Vertiefte Untersuchungen zum Sulfatwiderstand von Beton. Wirkung von höheren Flugaschegehalten auf den Sulfatwiderstand von Beton

Beurteilung des Sulfatwiderstandes die Praxisbedingungen – vor allem in den Punkten Betonzusammensetzung und –dichtigkeit – nicht direkt abbilden. So stellen die bisher realisierten Laborprüfungen wesentlich schärfere Beanspruch-ungen nach, als sie tatsächlich im Bauwerk bestehen. Dies gilt insbesondere für thaumasitbildenden Sulfatangriff auf flugaschehaltige Betone bei niedrigen Temperaturen.
Ziel der Forschung war es, den Sulfatwiderstand der Betone unterschiedlicher Zusammensetzungen möglichst nah an Praxisbedingungen zu untersuchen. Im Unterschied zu den bisherigen Untersuchungen werden normgerecht hergestellte Betonprüfkörper geprüft. Dabei wurde die Art des Zementes, der Gehalt von Steinkohlenflugasche nach DIN EN 450 und die Art der Gesteinskörnung variiert. Die Proben wurden in sulfathaltigem Baugrund und unter praxisnahen Bedingungen ausgelagert. Die Untersuchungsergebnisse sollten Hinweise über die Richtigkeit der gegenwärtig gültigen Regelungen für Betone mit Portlandkalk¬stein/Steinkohlenflugaschen-Gemischen geben. Die Forschung wurde gemeinsam mit dem F.A. Finger-Institut für Baustoffe (FIB) und dem Forschungsinstitut der Zementindustrie Düsseldorf (FIZ) durchgeführt.
Im cbm sollten die hergestellten Betonproben in Sulfatlösungen mit 1500 mg/l bzw. 3000 mg/l SO42- bei 8 °C gelagert werden. Für die Beurteilung des Sulfatangriffs wird nach bestimmten Zeitabständen der Zustand der Proben optisch beurteilt, Festigkeiten, Sulfatprofile und mineralogische Zusammensetzungen der Proben ermittelt. Parallel zu den Betonproben wurden Untersuchungen an Mörtelflachprismen durchgeführt.
Die Untersuchungsergebnisse haben gezeigt, dass

die Betone mit CEM II/A-LL 32,5 R und 20 M.-% SFA - unter den gewählten Lagerungsbedingungen – die empfindlichsten gegen Sulfatangriff sind. Schon nach 180 d Sulfatlagerung wurden an Kanten und Ecken durch Thaumasitbildung hervorgerufene Schädigungen beobachtet. Auch die Sulfatbindung und die Sulfatanteile im oberflächennahen Bereich lagen auf dem höchsten Niveau der flugaschehaltigen Betone. Die Festigkeiten dieser Betonproben nahmen während der Sulfatlagerung bis zu einem Jahr zu, während der weiteren Sulfatlagerung bis zu zwei Jahren blieben sie dann konstant.
Die Betone CEM I 42,5 R HS zeigten nach zwei Jahren Sulfatlagerung die höchste Sulfatbindung und die höchsten Sulfatanteile im oberfläche-nahen Betonbereich. Die Betonproben waren reichlich mit Thaumasit bedeckt, allerdings zeigten sie geringere Abplatzungen an Kanten und Ecken als die Proben mit CEM II/A-LL 32,5 R und 20 M. % SFA. Die Festigkeiten der Proben nahmen während der Sulfatlagerung bis zu einem Jahr zu, stagnierten dann bei weiterer Lagerung bis zu zwei Jahren.
Die Betone mit CEM I 32,5 R und 20 M.-% SFA mit Kalksteinkörnung und die mit quarzitischer Gesteinskörnung zeigten nach 180 d Lagerungsdauer geringe Thaumasitablagerungen an den Betonoberflächen, jedoch kaum Schäden an Kanten und Ecken. Innerhalb weiterer Lagerung bis zu zwei Jahren nahm die Menge des an den Betonoberflächen gebildeten Thaumasits zu, die Schäden an den Ecken und Kanten waren deutlicher. Die Festigkeiten der Proben nahmen während der Sulfatlagerung bis zu zwei Jahren zu.
Die Betone mit 30 M.-% Flugasche, unabhängig von Zementart (CEM I oder CEM II/A-LL) und Gesteinskörnung (calcitisch oder quarzitisch), zeigten einen sehr guten Sulfatwiderstand. Diese Betone banden im Vergleich mit anderen, 20 M.-% SFA-haltigen Betonen, geringere Sulfatmengen und zeigten ein dichtes Zementsteinmikrogefüge im oberflächennahem Bereich. Sie wiesen keine sichtbaren Schäden nach zwei Jahren Sulfatlagerung auf. Die Festigkeiten dieser Betone nahmen auch während des zweiten Lagerungsjahres deutlich zu.
Die Betone mit Hochofenzement CEM III/B 32,5 N-NW/HS zeigten innerhalb von zwei Jahren Sulfatlagerung keine sichtbaren Schäden und nur eine geringe Sulfatbindung. Es wurden aber relativ hohe Sulfatgehalte in der oberflächennahen Zementsteinschicht gemessen. Diese Ergebnisse sollten noch überprüft werden. Die Festigkeiten der Betonproben nahmen bis zu einem Jahr Sulfatlagerung zu, stagnierten dann aber während der weiteren Lagerung bis zu zwei Jahren.

Ansprechpartner

Dr.-Ing. Liudvikas Urbonas

Förderung

Deutscher Ausschuss für Stahlbeton (DAfStb), 08.2006 bis 12.2009