Vermeidung von AKR durch Flugasche bei Alkaliangriff von außen

Projektnummer 323

Aufgrund aktueller Schäden an Betonfahrbahndecken, die nach ersten Untersuchungsergebnissen auf Alkali-Kieselsäure Reaktion (AKR) zurückzuführen sind, wurde vom Bundesministerium für Verkehr, Bau- und Wohnungswesen (BMVBW) das "Allgemeine Rundschreiben Nr. 15/2005" zum Thema "Vermeidung von Schäden an Fahrbahndecken aus Beton in Folge von AKR" herausgegeben. Darin wird eine Begrenzung des Alkaligehaltes von Fahrbahndeckenzementen auf 0,8 M.-% vorgeschrieben. Der Einsatz flugaschehaltiger Bindemittel ist darin nicht vorgesehen. Durch einen umfassenden Nachweis der Dauerhaftigkeit von Straßenbeton mit Flugasche und einen darüber hinausgehenden Nachweis der Vermeidung einer AKR durch Flugasche soll der Einsatz von Straßenbeton mit Flugasche künftig ermöglicht werden.

Mit den geplanten Untersuchungen soll geprüft werden, unter welchen Randbedingungen schädigende Alkali-Kieselsäurereaktionen bei einer zusätzlichen Alkalizufuhr von außen vermieden werden können, wenn bei Gesteinskörnungen der Empfindlichkeitsklasse EIII-S (bedenklich) Flugasche in Kombination mit CEM I-Zementen mit in Deutschland üblichen Na2 O-Äquivalenten als Bindemittel eingesetzt wird.

Geplant sind Untersuchungen an Betonen mit verschiedenen, in Deutschland verfügbaren Flugaschen und Zementen mit unterschiedlichem Alkaligehalt auf schädigende Alkalireaktionen bei Verwendung von Gesteinskörnungen der Empfindlichkeitsklassen EI (unbedenklich) und EIII S (bedenklich) nach der Alkali-Richtlinie des DAfStb.

Es werden Untersuchungen an Feinbetonen mit Duranglas durchgeführt, um den Einfluss der Flugasche bei einem Alkaliangriff von außen zu ermitteln. Weiter sind Untersuchungen an herkömmlichen Straßenbetonen und Betonen für Meerwasserbauwerke mit alkaliempfindlichen Zuschlägen vorgesehen. Es werden Dehnungen gemessen, Ultraschalllaufzeiten bestimmt und punktuell werden die Rissbildung und evtl. Gelausscheidungen mittels Dünnschliffmikroskopie und Rasterelektronenmikroskopie untersucht. Durch den Vergleich der Dehnungsmessungen und durch die Beurteilung der Schäden an Betonprismen und Würfeln wird der Einfluss eines unterschiedlich hohen Flugasche-Gehaltes auf die Schädigung infolge der durch eine zusätzliche Alkalienzufuhr von außen verursachten AKR bestimmt.

An ausgewählten Betonen werden die Porenlösungszusammensetzungen analysiert. Das Zementsteingefüge sowie Phasenneubildungen sollen charakterisiert und die Eindringtiefe von Na+ - und Cl- -Ionen bestimmt werden.

Um eine Beaufschlagung von Betonbauteilen mit Alkalien im Sprühnebelbereich von Straßen zu simulieren, wird von den hergestellten Betonproben ein Würfel mit 300 mm Kantenlänge im Freien gelagert und im Winter mit 3%iger NaCl-Lösung beaufschlagt.

Das Projekt ist dem VGB-Schwerpunktforschungsprogramm "Entsorgung von Rückständen aus Kohlekraftwerken und Müllverbrennungsanlagen" (ERKOM) zugeordnet. Das Vorhaben wird von Dezember 2008 bis Mai 2011 unter der Leitung von Prof. Detlef Heinz am Centrum Baustoffe und Materialprüfung (cbm) der Technischen Universität München durchgeführt und von einer Arbeitsgruppe des Technischen Ausschuss Kraftwerksnebenprodukte fachlich begleitet. Das Vorhaben wird aus Mitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Technologie (BMWi) über die Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen "Otto von Guericke" e. V. (AiF ) gefördert (AiF-Projektnummer 15866 N).