AKR-Prüfverfahren zur Beurteilung von Gesteinskörnungen und projektspezifischen Betonen
Kombination aus Mörtelschnelltest und petrographischer Untersuchung
Stark, Jochen / Freyburg, Ernst / Seyfarth, Katrin / Giebson, Colin
Schäden an Betonbauwerken unter Mitwirkung einer Alkali-Kieselsäure-Reaktion (AKR) haben in den letzten Jahren trotz intensiver Forschung, vorhandener Normen und Richtlinien weltweit zugenommen. Auch in Deutschland besteht diesbezüglich akuter Handlungsbedarf. Erste Schritte wurden sowohl mit der Einführung des Allgemeinen Rundschreibens Straßen-bau ARS 15/2005 bzw. ARS 12/2006 und länderspezifischen Regelungen unternommen als auch mit der noch laufenden Überarbeitung der Alkali-Richtlinie des Deutschen Ausschusses für Stahlbeton (DAfStb). Am F.A. Finger-Institut für Baustoffkunde (FIB) wird zur kurz-fristigen Beurteilung der Alkalireaktivität von Gesteinskörnungen eine Kombination aus einem Mörtelschnelltest und petrographischen/mineralogischen Untersuchungen angewandt. Zur zuverlässigen Beurteilung des AKR-Schädigungspotenzials projektspezifischer Betone kommt eine neu entwickelte AKR-Performance-Prüfung mittels Klimawechsellagerung zum Einsatz. Im Vordergrund steht die Beurteilung von Betonen für Fahrbahndecken und Flug-betriebsflächen unter Berücksichtigung einer durch alkalihaltige Taumittel verursachten äußeren Alkalizufuhr. Die am FIB angewandten AKR-Prüfverfahren (Mörtelschnelltest, Performance-Prüfung mit FIB-Klimawechsellagerung), unterstützt durch petrographische und mineralogische Untersuchungen der zu beurteilenden Gesteinskörnungen, haben sich als geeignet erwiesen, Gesteinskörnungen und projektspezifische Betone hinsichtlich ihrer Eignung für Bauvorhaben, insbesondere im Verkehrswegebau und für Flugbetriebsflächen, zu beurteilen. Aus den Erfahrungen des FIB mit Untersuchungen zur Alkali-Kieselsäure-Reaktion im Beton (Untersuchung zahlreicher AKR-Schadensfälle, mehr als 30 AKR-Performance-Prüfungen projektspezifischer Betone für Flughäfen und Autobahnlose) sowie der Beurteilung der Alkalireaktivität von mehr als 180 Gesteinskörnungen sind folgende Sachverhalte abzuleiten: – •Entscheidend für das Vermeiden einer betonschädigenden AKR ist die konsequente Auswahl ausreichend alkaliunempfindlicher Gesteinskörnungen. Das gilt insbesondere für Betone, die während der Nutzung einer Alkalizufuhr von außen durch Taumittel ausgesetzt sind. – •Der Einfluss einer Alkalizufuhr von außen durch Taumittel überdeckt den Einfluss vom Alkaligehalt des Zements früher oder später. Niedrige Alkaligehalte im Zement wirken zwar zunächst schadensverzögernd, können jedoch bei Einsatz von alkali-reaktiven Gesteinskörnungen und einer Alkalizufuhr durch Taumittel eine beton-schädigende AKR nicht dauerhaft verhindern. – •Die Einhaltung des im ARS 12/2006 vorgeschriebenen Grenzwerts von 0,80 M.-% für das Na2O-Äquivalent (CEM I und CEM II/A) ist ausreichend hinsichtlich Vermeidung einer betonschädigenden AKR, wenn die eingesetzten Gesteinskörnungen ausreichend alkaliunempfindlich sind. – •Für den Fall einer Alkalizufuhr von außen, d.h. vor Einsatz in Beton für Fahrbahn-decken und Flugbetriebsflächen, müssen alle noch nicht bekannten Gesteinskörnungen hinsichtlich ihrer Alkali-Reaktivität beurteilt und eine geeignete Auswahl getroffen werden. – Cases of damage to concrete structures caused by an alkali silica reaction (ASR) have increased throughout the world in recent years in spite of intensive research and the existing standards and guidelines. There is an acute need for action in this respect, including in Germany. The first steps were taken not only with the introduction of the General Road Construction Circulars ARS 15/2005 and ARS 12/2006 and state-specific regulations but also with the revision of the Alkali Guidelines issued by the DAfStb (German Committee for Reinforced Concrete) that is still in progress. The combination of an accelerated mortar test and petrographic/mineralogical investigations is being used at the FIB (F.A. Finger Institute for Building Materials Science) for rapid assessment of the alkali reactivity of aggregates. A newly developed ASR performance test based on alternating climatic storage is being used for reliable assessment of the ASR damage potential of concretes for specific projects. The emphasis is on the assessment of concretes for pavements and airport runways while allowing for external introduction of alkalis by de-icing agents that contain alkalis. The ASR test methods used at the FIB (accelerated mortar test, performance testing with the FIB alternating climatic storage system), supported by petrographic and mineralogical examination of the aggregates to be assessed, have proved to be suitable for assessing aggregates and concretes for specific projects with respect to their suitability for construction projects, especially in the construction of traffic transportation systems and airport runways. The following facts have been deduced from the experience at the FIB with investigations into the alkali silica reaction in concrete (examination of numerous cases of ASR damage as well as more than 30 ASR performance tests on concretes for specific airport and motorway projects) and the assessment of the alkali reactivity of more than 180 aggregates: – Rigorous selection of aggregates that are sufficiently non-sensitive to alkalis is crucial for avoiding an ASR that can damage concrete. This is particularly true of concretes that are exposed during use to external introduction of alkalis through de-icing agents. – Sooner or later the effect of external introduction of alkalis through de-icing agents will mask the effect of the alkali content of the cement. Low levels of alkalis in the cement do in fact initially delay the damage but an ASR that damages the concrete cannot be permanently prevented if alkali reactive aggregates are used and there is input of alkalis through de-icing agents. – Compliance with the limit of 0.80 wt.% for the Na2O equivalent (CEM I and CEM II/A cements) specified in ARS 12/2006 is adequate for avoiding an ASR that damages concrete provided the aggregates used are sufficiently non-sensitive to alkalis. – For situations where there is external input of alkalis, i.e. for use in concrete for pavements and airport runways, all aggregates that are not already known must be assessed for their alkali reactivity and a suitable choice made. –
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beton 12/2006 ab Seite 574
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