Grenzen der Bindemittelzusammensetzung dauerhafter Flugaschebetone

Projektnummer 315

Durch die seit den 1970er Jahren betriebene Forschung auf dem Gebiet der Anwendung von Flugasche in Beton konnten für die heute praxisrelevanten Mischungsverhältnisse alle prinzipiellen Fragestellungen bezüglich Festigkeit und Dauerhaftigkeit geklärt werden. In jüngerer Zeit werden jedoch vermehrt flugaschereiche Betone konzipiert, die unter dauerhaften Beanspruchungen verwendet werden sollen. Damit wird der Flugascheeinsatz an seine technischen Grenzen herangeführt, so dass sich die Frage nach den Anwendungsgrenzen erneut stellt.

Der Einsatz von Flugasche wirkt sich auf unterschiedliche Art und Weise auf die Dauerhaftigkeit des Betons aus. So bewirkt die Bildung von zusätzlichen Hydratationsprodukten eine Steigerung der Festigkeit und somit des Gefügewiderstands gegen alle mechanischen Angriffe. Ein weiterer Effekt liegt in der Veränderung des Porengefüges. Hier kommt es aufgrund der zeitlich verzögerten und nicht vollständigen Umsetzung der Flugasche zwar zu einem höheren Gesamtporengehalt, die Porengrößenverteilung ist jedoch deutlich feiner und bewirkt einen erhöhten Eindringwiderstand für Beton schädigende Stoffe, wie z. B. Sulfat.

Betone mit höheren Flugaschegehalten wurden am Institut für Bauforschung der RWTH Aachen untersucht, wobei der Schwerpunkt auf der Ermittlung des Reaktionsverlaufs zur Beurteilung der Alkalität und der Porenstruktur unter versiegelten Bedingungen lag. Es wurde festgestellt, dass selbst bei sehr hohem Flugascheanteil im Bindemittel (bis zu 60 M.-%) die Alkalitätsreserve auch nach sehr langen Reaktionszeiten nicht verbraucht wird. Allerdings ist bei Kombinationen mit Hochofenzement der verbleibende absolute Gehalt an Portlandit im Zementstein gering. Problematisch ist daher die Karbonatisierungsgeschwindigkeit, durch die die Festigkeit in der Randzone und der Widerstand gegen Frost- und Frost-Tau-Wechsel-Beanspruchung negativ beeinflusst werden kann.

In diesem Forschungsprojekt sollen in einem ersten Schritt Prüfungen an Zementsteinen durchgeführt werden, bei denen gezielt das Flugasche/Zement-Verhältnis und der Wasser/Bindemittel-Wert variiert werden. Es werden ein handelsüblicher Portlandzement und zwei Flugaschen mit unterschiedlicher Feinheit verwendet. Die hergestellten Probekörper werden nach festgelegten Zeitpunkten auf die Karbonatisierungstiefe untersucht. Ergänzend werden Porositäts-, thermogravimetrische und chemische Untersuchungen durchgeführt. Ziel der Untersuchungen ist es, Anhaltswerte für die Grenzen der Bindemittelzusammensetzung dauerhafter Flugaschebetone zu bestimmen und ein tieferes Verständnis für die Vorgänge bei der Karbonatisierung zu gewinnen.

Nach erfolgreichem Projektabschluss sollen das Untersuchungsprogramm auf weitere Zementarten ausgedehnt und Erfolg versprechende Betonmischungen einem Langzeittest unterzogen werden. Das Forschungsprogramm dient der Erweiterung der Anwendung von Flugasche bei sicherer Einhaltung der Dauerhaftigkeit des Betons. Die Ergebnisse sind grundlegende Voraussetzung für den Einsatz höherer Flugaschemengen in Beton.

Das Projekt wird von August 2008 bis Oktober 2009 unter der Leitung von Prof. Wolfgang Brameshuber am Institut für Bauforschung (IBAC) der RWTH Aachen durchgeführt und vom Technischen Ausschuss Kraftwerksnebenprodukte begleitet. Es ist fachlich dem VGB-Schwerpunktforschungsprogramm "Entsorgung von Reststoffen aus Kohlekraftwerken und Müllverbrennungsanlagen” (ERKOM) zugeordnet.