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Die Alkali-Kieselsäure-Reaktion in Beton für Fahrbahndecken und Flugbetriebsflächen unter Einwirkung alkalihaltiger Enteisungsmittel

  • Das Hauptziel der Arbeit war es zu klären, ob alkalihaltige Enteisungsmittel eine Alkali-Kieselsäure-Reaktion (AKR) auslösen und/oder beschleunigen können und was die dabei ggf. zugrunde liegenden Mechanismen sind. Die Untersuchungen dazu ergaben, dass die auf Verkehrsflächen eingesetzten alkalihaltigen Enteisungsmittel auf Basis von Natriumchlorid (Fahrbahndecken) bzw. auf Basis der AlkaliacetateDas Hauptziel der Arbeit war es zu klären, ob alkalihaltige Enteisungsmittel eine Alkali-Kieselsäure-Reaktion (AKR) auslösen und/oder beschleunigen können und was die dabei ggf. zugrunde liegenden Mechanismen sind. Die Untersuchungen dazu ergaben, dass die auf Verkehrsflächen eingesetzten alkalihaltigen Enteisungsmittel auf Basis von Natriumchlorid (Fahrbahndecken) bzw. auf Basis der Alkaliacetate und -formiate (Flugbetriebsflächen) den Ablauf einer AKR in Betonen mit alkalireaktiven Gesteinskörnungen auslösen und mitunter stark beschleunigen können. Dabei nimmt die AKR-fördernde Wirkung der Enteisungsmittel in der Reihenfolge Natriumchlorid - Alkaliacetate - Alkaliformiate erheblich zu. Es zeigte sich, dass im Fall der Alkaliacetate und -formiate nicht allein die Zufuhr von Alkalien von Bedeutung ist, sondern dass es außerdem zu einer Freisetzung von OH-Ionen aus dem Portlandit und folglich zu einem Anstieg des pH-Wertes in der Porenlösung kommt. Dadurch wird der Angriff auf alkalireaktives SiO2 in Gesteinskörnungen verstärkt und der Ablauf einer AKR beschleunigt. Unter äußerer NaCl-Zufuhr kommt es hingegen nicht zu einem Anstieg des pH-Wertes, was der Grund für die weniger stark AKR-fördernde Wirkung von NaCl ist. Von Bedeutung sind hier die zugeführten Na-Ionen und offenbar ein sich andeutender, direkter Einfluss von NaCl auf das SiO2-Löseverhalten. Sind pH-Wert und Na-Konzentration in der Porenlösung ausreichend hoch, wird sich thermodynamisch bedingt AKR-Gel bilden. Die Bildung von FRIEDEL’schem Salz ist dabei nur eine Begleiterscheinung, aber keine Voraussetzung für den Ablauf einer AKR unter äußerer NaCl-Zufuhr. Es zeigte sich weiter, dass sich mit der FIB-Klimawechsellagerung als Performance-Prüfung das AKR-Schädigungspotential von Betonen für Fahrbahndecken und Flugbetriebsflächen zuverlässig beurteilen lässt. Die Vorteile der FIB-Klimawechsellagerung liegen in der Prüfung kompletter, projektspezifischer Betonzusammensetzungen unter Beachtung aller praxisrelevanten klimatischen Einwirkungen und vor allem in der Berücksichtigung einer äußeren Alkalizufuhr. Innerhalb von 36 Wochen kann das AKR-Schädigungspotential einer Betonzusammensetzung für eine Nutzungsdauer von 20-30 Jahren in der Praxis sicher beurteilt werden.show moreshow less
  • The primary objective of this thesis was to elucidate whether alkali-containing deicers are able to trigger and/or to accelerate an alkali-silica reaction (ASR) in concrete and, if so, what the reaction mechanisms are. The investigations showed that alkali-containing deicers used for highway (sodium chloride) and airfield (alkali acetates/formates) pavements are able to trigger and highlyThe primary objective of this thesis was to elucidate whether alkali-containing deicers are able to trigger and/or to accelerate an alkali-silica reaction (ASR) in concrete and, if so, what the reaction mechanisms are. The investigations showed that alkali-containing deicers used for highway (sodium chloride) and airfield (alkali acetates/formates) pavements are able to trigger and highly accelerate ASR in concrete with alkali-reactive aggregates. The aggressiveness of the deicers increases in the order sodium chloride – alkali acetates – alkali formates. The results indicate that in case of the alkali acetates and formates it is not just an issue of the alkalis but also of an additional release of OH-ions from portlandite, resulting in an increase of the pH in the concrete pore solution. Hence, the attack on silica in alkali-reactive aggregates is intensified and the ASR can be highly accelerated. For sodium chloride, however, it was evident that there is not an increase of the pH what is the decisive reason for its less severe impact on the ASR. Vitally important is the excess supply of Na-ions together with clear indications that sodium chloride is able to influence the dissolution behaviour of silica directly. Thermodynamically driven, ASR-gel will form if the pH and the Na-concentration are sufficiently high. The formation of chloroaluminates like FRIEDEL’s salt is thus rather an accompanying than a required reaction for an ASR. It could be shown furthermore that the cyclic climate storage as a performance test is able to assess the ASR potential of concrete mixtures for highway and airfield pavements reliably. The advantages of the cyclic climate storage are to test project specific concrete compositions, i.e. job mixtures, under extensively realistic conditions, including the impact of alkali-containing deicers. Within 36 weeks, it is possible to safely predict the ASR potential of the mixtures for a service life of 20-30 years.show moreshow less

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Metadaten
Document Type:Doctoral Thesis
Author: Colin Giebson
URN (Cite-Link):https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:gbv:wim2-20131217-20916Cite-Link
ISBN:978-3-00-044366-4 (Druckversion)
Referee:Univ.-Prof. em. Dr.-Ing. habil. Jochen StarkGND, Univ.-Prof. Dr.-Ing. Rolf BreitenbücherGND, Dir. u. Prof. Dr. rer. nat. Birgit Meng
Advisor:Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. Prof. h.c. mult. Dr.-Ing. e.h. mult. em. Jochen StarkGND
Language:German
Date of Publication (online):2013/12/15
Date of first Publication:2013/12/15
Date of final exam:2013/10/28
Release Date:2013/12/17
Publishing Institution:Bauhaus-Universität Weimar
Granting Institution:Bauhaus-Universität Weimar, Fakultät Bauingenieurwesen
Institutes:Fakultät Bauingenieurwesen / F. A. Finger-Institut für Baustoffkunde
Pagenumber:208
Tag:Alkali-Kieselsäure-Reaktion; Fahrbahndecken; Flugbetriebsflächen; äußere Alkalizufuhr; Enteisungsmittel; Natriumchlorid; Alkaliacetate; Alkaliformiate; AKR-Performance-Prüfung; FIB-Klimawechsellagerung
alkali-silica reaction; pavements; external alkalis; deicer; sodium chloride; alkali acetates; alkali formates; ASR performance test; cyclic climate storage
GND Keyword:Beton; Alkali-Kieselsäure-Reaktion
Dewey Decimal Classification:600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / 620 Ingenieurwissenschaften
BKL-Classification:56 Bauwesen / 56.45 Baustoffkunde
Licence (German):License Logo Creative Commons 4.0 - Namensnennung-Keine Bearbeitung (CC BY-ND 4.0)