Sulfatwiderstand unterschiedlich zusammengesetzter Betone (Teil 1)
Sulfate resistance of concretes with different compositions (Part 1)
Lipus, Klaus / Puntke, Stefan
Übersicht – Nach der in Deutschland gültigen Betonnorm DIN EN 206-1/DIN 1045-2 sind bei einem möglichen Sulfatangriff der Expositionsklassen XA2 (bis 3 000 mg Sulfat/l) und XA3 (> 3 000 mg Sulfat/l) HS-Zemente einzusetzen. Seit 1996 können bei einer Exposition bis 1 500 mg Sulfat/l anstelle von HS-Zementen auch Zement/Flugasche-Gemische verwendet werden. Die den Regelungen zugrunde liegenden Untersuchungen und Prüfverfahren wurden bei 20 °C Raumtemperatur durchgeführt. Die besonders bei Gründungsbauwerken auftretenden niedrigeren Temperaturen werden dadurch jedoch nicht erfasst. Ausgehend von der Beobachtung einer speziellen Form des Sulfatangriffs, der schädigenden Thaumasitbildung, geriet insbesondere während der letzten drei Jahre das Verhalten von Betonen und Mörteln bei einem Sulfatangriff in Verbindung mit niedrigen Temperaturen in die Diskussion. Die Untersuchungen, über die hier berichtet wird, hatten zum Ziel, die Erkenntnisse zum Sulfatwiderstand bei niedrigen Temperaturen zu verbessern. Insbesondere sollte das Verhalten von Zement/Flugasche-Gemischen geprüft und Ursachen einer möglichen schädigenden Thaumasitbildung untersucht werden. Zu diesem Zweck wurden Prüfkörper aus unterschiedlich zusammengesetzten Mörteln und Betonen einem definierten Sulfatangriff (Sulfatlagerung) ausgesetzt. Die fallweise beobachteten Schädigungen äußerten sich sowohl als Dehnungen und Rissbildungen als auch in Form von Gefügeveränderungen. Diese wurden in Abhängigkeit von den eingesetzten Zementen und Zementbestandteilen erfasst und ausgewertet. Die Untersuchungsergebnisse zeigen, dass HS-Zemente nach DIN 1164 nicht nur bei 20 °C, sondern auch bei niedriger Temperatur (hier 8 °C) die Eigenschaft "hoher Sulfatwiderstand" aufweisen. Solche HS-Zemente eignen sich also für Bauwerke, die einem möglichen Sulfatangriff (Expositionsklasse XA1 bis XA3 nach DIN EN 206-1) ausgesetzt sind, unabhängig von der zu erwartenden Umgebungstemperatur. Zement/Flugasche-Gemische zeigten bei niedriger Temperatur einen deutlich verringerten Sulfatwiderstand, im Vergleich zu Prüfungen bei 20 °C. Die Bedeutung dieses Ergebnisses für die Baupraxis muss jedoch noch weiter untersucht werden. Eine schädigende Thaumasitbildung wurde bei niedriger Temperatur nur bei den Mörteln und Betonen festgestellt, die auch bei 20 °C keinen ausreichenden Sulfatwiderstand aufwiesen. Die typischen Thaumasitschäden traten nur da auf, wo zuvor eine Schädigung durch sekundäre Ettringitbildung stattgefunden hatte. Mörtel und Betone aus HS-Zementen, auch in Kombination mit Kalksteinmehl- und/oder Flugaschezusatz, blieben in allen Untersuchungen ungeschädigt. – Abstract – According to the concrete standard DIN EN 206-1/DIN 1045-2, which applies in Germany, high sulfate-resisting cements have to be used for possible sulfate attack of the exposure classes XA2 (up to 3 000 mg sulfate/l) and XA3 (> 3 000 mg sulfate/l). Since 1996 it has also been permissible to use cement/fly ash mixtures instead of high sulfate-resisting cements for exposure up to 1 500 mg sulfate/l. The investigations and test methods on which the regulations are based were carried out at a room temperature of 20 °C. However, this does not cover the lower temperatures which may occur, especially with foundation structures. Based on the observation of a specific type of sulfate attack - the damaging formation of thaumasite - there has been a debate, especially during the last three years, about the behaviour of concretes and mortars during sulfate attack in conjunction with low temperatures. The investigations which are reported here were aimed at improving the understanding of sulfate resistance at low temperatures. In particular, the intention was to test the behaviour of cement/fly ash mixtures and investigate causes of possible damaging thaumasite formation. Test pieces made of mortars and concretes with different compositions were therefore exposed to a specific sulfate attack (sulfate storage). The damage observed in some cases was apparent not only as expansion and cracking but also in the form of changes to the microstructure. These were recorded and evaluated in relation to the cements and cement constituents used. The results of the investigation showed that high sulfate-resisting cements complying with DIN 1164 exhibit the property of "high sulfate resistance" not only at 20 °C but also at low temperature (in this case 8 °C). Such high sulfate-resisting cements are therefore suitable for structures which are exposed to possible sulfate attack (exposure classes XA1 to XA3 as defined in DIN EN 206-1), regardless of the expected ambient temperature. Cement/fly ash mixtures exhibited significantly reduced sulfate resistance at low temperature when compared to tests at 20 °C. However, the significance of this result for building practice must be investigated further. Damaging thaumasite formation at low temperature was detected only in the mortars and concretes which did not exhibit adequate sulfate resistance even at 20 °C. The typical thaumasite damage occurred only where there had been previous damage through secondary ettringite formation. Mortars and concretes made with high sulfate-resisting cements, including in combination with added limestone meal and/or fly ash, remained undamaged in all investigations. –
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beton 2/2003 ab Seite 97
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