Alkali-Kieselsäure-Reaktion

Abb.: stark AKR-geschädigte Betonfahrbahndecke (Rastanlage)
Abb.: stark AKR-geschädigte Flugbetriebsfläche (Vorfeld)
Abb.: Klimasimulationskammer (Fa. Feutron)

 

Die zuerst in den 1930/40er Jahren in den USA festgestellte Alkali-Kieselsäure-Reaktion (AKR) ist auch heute noch eines der weltweit größten Probleme für die Dauerhaftigkeit von Betonbauwerken. Bei der AKR handelt es sich grundsätzlich um eine chemische Reaktion, die im Beton zwischen der hochalkalischen Porenlösung, bestimmten Formen der in Gesteinskörnungen enthaltenen SiO2-Modifikationen (oft als Kieselsäure bezeichnet) und Wasser abläuft. Dabei bilden sich quellfähige Alkali-Kieselsäure-Gele, die Dehnungen hervorrufen und schließlich zu Rissen im Beton führen können.

Voraussetzungen für den Ablauf einer AKR

In Abhängigkeit von vielen weiteren Randbedingungen kann eine AKR bereits nach wenigen Monaten oder aber erst nach vielen Jahren betonschädigend wirken. In jedem Fall lässt sich aber eine einmal ablaufende AKR in Außenbauteilen nicht mehr stoppen und führt früher oder später zu aufwendigen und kostenintensiven Instandsetzungs- bzw. Neubaumaßnahmen. Um AKR-Schäden zu vermeiden, sind daher im Vorfeld zu jeder Baumaßnahme umfangreiche Untersuchungen erforderlich.

Die AKR ist seit dem Bestehen des Finger-Instituts ein zentraler Untersuchungsschwerpunkt im Rahmen von baupraktischen Fragestellungen und auf dem Gebiet der Grundlagenforschung.

Unser Leistungsumfang bei einem AKR-Verdacht an Bestandsbetonen (z.B. Fahrbahndecken) umfasst:

AKR-Diagnoseuntersuchungen an Bohrkernen (Ø 50-150 mm)

  • Auflichtmikroskopie, Dünnschliffmikroskopie, quantitative Rissanalyse am Dünnschliff, Uranylacetat-Fluoreszenz-Schnelltest (UF-Test), hochauflösende Rasterelektronenmikroskopie

AKR-Prognoseuntersuchungen an Bohrkernen (Ø 100-350 mm, ohne Bewehrung)

  • Klimawechsellagerung (TP B-StB, Teil 1.1.10) für orientierende Aussagen zur Intensität bzw. zur zeitlichen Entwicklung (Fahrbahndecken) der AKR, je nach Anwendungsfall (Expositionsklasse) mit oder ohne äußere Alkalizufuhr bzw. mit oder ohne Frosteinwirkung
  • Bestimmung des statischen E-Moduls vor und nach der Klimawechsellagerung für quantitative Aussagen zum Schädigungsgrad

Unser Leistungsumfang zur AKR-Vermeidung bei Neubaumaßnahmen bzw. der Fertigteilherstellung umfasst:

  • Gutachtertätigkeit nach ARS 04/2013 des BMVS (Betonfahrbahndecken), Anhang G des DBS 918 143 (Betonschwellen), erweiterte Untersuchungen gemäß ZTV-W LB 215 (Wasserbauwerke) sowie individuelle, auf den Anwendungsfall abgestimmte Untersuchungen (z. B. für Flugbetriebsflächen aus Beton), dazu gehören:
    • Vorbeurteilung der Alkaliempfindlichkeit feiner und grober Gesteinskörnungen mittels Schnelltests (u. a. Mörtelschnelltest, Schnellprüfverfahren, Natronlaugetest) und petrographischer sowie mineralogischer Untersuchungen
    • Beurteilung des AKR-Potentials und der Dauerhaftigkeit der vorgesehenen Betonzusammensetzung mittels Klimawechsellagerung (TP B-StB, Teil 1.1.10)
    • Regelmäßige Überwachung der Alkaliempfindlichkeit feiner und grober Gesteinskörnungen (Bestätigungsprüfungen, Rezepturbewertungen)
    • Begehung von Lieferwerken von Gesteinskörnungen

Forschungsschwerpunkte:

  • AKR-Prüfverfahren
  • AKR-Vermeidung
  • Äußere Alkalizufuhr
  • Lastinduzierte Vorschädigung
  • Computergestützte Rissanalytik
  • Quellverhalten von AKR-Gelen
  • Thermodynamische Modellierung
  • Lösevorgänge im/am Gesteinskorn

Internationale Anbindung:

  • Mitarbeit im RILEM TC 219-ACS (2006 – 2013)
  • Mitarbeit im RILEM TC 258-AAA (seit 2014)
  • Konferenzteilnahme (u. a. ICAAR)