Einfluss von Phonolith-Gesteinsmehl auf das Alkaliangebot für eine ...
Einfluss von Phonolith-Gesteinsmehl auf das Alkaliangebot für eine ...
Einfluss von Phonolith-Gesteinsmehl auf das Alkaliangebot für eine ...
Erfolgreiche ePaper selbst erstellen
Machen Sie aus Ihren PDF Publikationen ein blätterbares Flipbook mit unserer einzigartigen Google optimierten e-Paper Software.
Sachbericht<br />
<strong>Einfluss</strong> <strong>von</strong> <strong>Phonolith</strong>-<strong>Gesteinsmehl</strong> <strong>auf</strong> <strong>das</strong> <strong>Alkaliangebot</strong><br />
<strong>für</strong> <strong>eine</strong> Alkali-Kieselsäure-Reaktion<br />
gefördert durch<br />
<strong>das</strong> Wirtschaftsministerium des Landes Baden-Württemberg<br />
im Rahmen der<br />
Innovationsgutsch<strong>eine</strong> A & B <strong>für</strong> kl<strong>eine</strong>re und mittlere Unternehmen<br />
L<strong>auf</strong>zeit: 16.11.2010 – 30.09.2011<br />
Problemstellung:<br />
Eine Möglichkeit, um <strong>eine</strong> betonschädigende AKR zu vermeiden, ist der Einsatz<br />
puzzolanischer Zusatzstoffe oder die Verwendung <strong>von</strong> Portlandpuzzolanzementen. Die<br />
Verwendung <strong>von</strong> <strong>Phonolith</strong>-<strong>Gesteinsmehl</strong> als Hauptbestandteil in Portlandpuzzolanzementen<br />
wird zur Vermeidung <strong>eine</strong>r schadhaften AKR in Deutschland aber bisher<br />
nicht in Betracht gezogen. Als ersten Grund sind die hohen Gesamtalkaligehalte <strong>von</strong> größer<br />
8 M.-% des <strong>Phonolith</strong>-<strong>Gesteinsmehl</strong>s als Hauptbestandteil in Portlandpuzzolanzementen<br />
oder auch als Betonzusatzstoff zu nennen. Ein weiterer Grund ist, <strong>das</strong>s die<br />
Leistungsfähigkeit <strong>von</strong> <strong>Phonolith</strong>- <strong>Gesteinsmehl</strong> mit den in Deutschland verfügbaren<br />
Betonausgangsstoffen noch nicht systematisch untersucht wurde. Jedoch ist immer wieder in<br />
der Diskussion die Frage, inwieweit der bereits erwähnte Alkalireichtum <strong>für</strong> den <strong>Phonolith</strong><br />
wirksame Alkalien <strong>für</strong> <strong>eine</strong> schädigende Alkalireaktion zur Verfügung stellt oder ob der<br />
<strong>Phonolith</strong> zu <strong>eine</strong>r Verringerung des Anteils wirksamer Alkalien entsprechend der<br />
Zementaustauschrate führt (Verdünnungseffekt). Die wichtigste Voraussetzung <strong>für</strong> die „AKR-<br />
Wirksamkeit“ <strong>von</strong> <strong>Phonolith</strong>-<strong>Gesteinsmehl</strong> ist demnach, <strong>das</strong>s kein wirksamer Alkalieintrag in<br />
den Beton stattfindet. Das bedeutet aber durchaus, <strong>das</strong>s <strong>Phonolith</strong>-<strong>Gesteinsmehl</strong> <strong>eine</strong>n<br />
nennenswerten Alkaligehalt <strong>auf</strong>weisen darf. Der Nachweis <strong>für</strong> diese Behauptung wurde aber<br />
bisher noch nicht ausreichend wissenschaftlich untersucht.<br />
Innovation:<br />
Durch die Entwicklung vorhandener und adaptierter Schnellversuche ist es zukünftig<br />
möglich, <strong>eine</strong> Vorauswahl <strong>von</strong> unterschiedlich in Frage kommenden Anteilen <strong>von</strong> <strong>Phonolith</strong><br />
als Zusatzstoff oder als Hauptbestandteil in Portlandpuzzolanzementen in Verbindung mit<br />
konkreten Gesteinskörnungen zu treffen. Durch die gezielte Vorauswahl müssen zeit- und<br />
kostenintensive Beton-Performance-Prüfungen nur mit aussichtsreichen Betonzusammensetzungen<br />
durchgeführt werden.
Die Ergebnisse der Schnellversuche wurden mit <strong>eine</strong>r systematischen Analyse <strong>von</strong> löslichen<br />
Alkalien in Abhängigkeit des Aufschlussverfahrens wissenschaftlich untersucht.<br />
Abschließend wurden die aus den Schnellversuchen und chemischen Analysen gewonnenen<br />
Erkenntnisse mit ausgewählten Betonzusammensetzungen in acht Beton-Performance-<br />
Prüfungen bestätigt.<br />
Durch die Analyse <strong>von</strong> ausgepressten Porenlösungen und wasserlöslichen Alkalien wurde<br />
der <strong>Einfluss</strong> <strong>auf</strong> <strong>eine</strong> schädigende AKR untersucht. Aus der Extraktion mit Wasser zeigte<br />
sich, <strong>das</strong>s <strong>das</strong> Na2O-Äquivalent der Zemente sich durch die <strong>Phonolith</strong>beimischung<br />
verringert. Durch Variation des Aufschlusses mit 1 n NaOH bzw. KOH (pH-Wert = 14) konnte<br />
der maximal wirksame Alkaligehalt des <strong>Phonolith</strong>-<strong>Gesteinsmehl</strong>s zu 0,247 M.-% bestimmt<br />
werden.<br />
Die Analyse <strong>von</strong> ausgepressten Porenlösungen an 28 Tagen alten Zementsteinproben<br />
zeigte, <strong>das</strong>s bei hohen Na2O-Äquivalenten der Portlandzemente sich <strong>das</strong> <strong>Phonolith</strong> mindernd<br />
<strong>auf</strong> den OH - -Gehalt auswirkt, während bei geringeren Na2O-Äquivalenten der<br />
Portlandzemente der OH - -Gehalt erhöht wird. Die Hydratation bei<br />
Portlandpuzzolanzementen ist jedoch nach 28 Tagen noch nicht vollständig abgeschlossen.<br />
Die Analyse <strong>von</strong> ausgepressten Porenlösungen an 365 Tage alten Zementsteinproben war<br />
zum Zeitpunkt der Fertigstellung dieses Abschlussberichtes noch nicht abgeschlossen und<br />
wird gesondert veröffentlicht.<br />
Des Weiteren zeigten die Analysen der Porenlösungen, <strong>das</strong>s der Kaliumgehalt in den<br />
Porenlösungen bei Verwendung <strong>von</strong> <strong>Phonolith</strong> abgeschwächt wird, während die<br />
Natriumgehalte leicht ansteigen, je mehr <strong>Phonolith</strong> den Portlandzementen beigemischt<br />
wurde. Die Calciumgehalte sanken mit der Zeit, da sich bei der Hydratation <strong>das</strong> SiO2 mit dem<br />
Calcium zu CSH verbindet. Die mit <strong>Phonolith</strong> gemischten Zemente benötigen durch den<br />
erhöhten Anteil an SiO2 mehr Calcium gegenüber den Portlandzementen, um CSH-Phasen<br />
zu bilden. Das bedeutet, <strong>das</strong>s weniger Calcium im Alkalikieselsäuregel gebunden werden<br />
kann und somit der Quelldruck geringer wird. Somit besitzt <strong>Phonolith</strong> als Zusatzstoff <strong>eine</strong>n<br />
vorteilhaften Effekt hinsichtlich Dehnung und Rissbildung.<br />
Zusammenfassend kann aus den Untersuchungen abgeleitet werden, <strong>das</strong>s <strong>Phonolith</strong>-<br />
<strong>Gesteinsmehl</strong> als Zusatzstoff mit <strong>eine</strong>r spezifischen Oberfläche <strong>von</strong> < 524 m²/kg <strong>eine</strong><br />
schädigende Alkali-Kieselsäure-Reaktion im Beton, der während der Nutzung häufig oder<br />
längere Zeit feucht ist (Feuchtigkeitsklasse WF), mindert.<br />
Nationale und internationale Veröffentlichungen im Rahmen der geförderten<br />
Innovationsgutsch<strong>eine</strong> A & B <strong>für</strong> kl<strong>eine</strong> und mittlere Unternehmen:<br />
Kerschl, C. (2011): Beitrag zum <strong>Einfluss</strong> <strong>von</strong> getempertem <strong>Phonolith</strong>-<strong>Gesteinsmehl</strong> <strong>auf</strong><br />
<strong>das</strong> <strong>Alkaliangebot</strong> <strong>für</strong> <strong>eine</strong> Alkali-Kieselsäure-Reaktion. Diplomarbeit an der<br />
Materialprüfungsanstalt Universität Stuttgart in Kooperation mit dem Institut <strong>für</strong> Werkstoffe im<br />
Bauwesen der Universität Stuttgart, Betreuer: Dr. Mielich
Mielich, O.; Reinhardt, H.-W. (2012): Influence of phonolite rock powder on the<br />
mitigation at an alkali-silica reaction. 14 th International Conference on Alkali Aggregate<br />
Reaction, Austin, Texas, USA, May 20-25, 2012, in Vorbereitung<br />
Mielich, O.; Reinhardt, H.-W. (2012): Influence of phonolite rock powder on the alkali<br />
availability for an alkali-silica reaction. International Congress on durability of concrete,<br />
Trondheim, Norway, June 18-21, 2012, in Vorbereitung<br />
Mielich, O.; Reinhardt, H.-W. (2012): The influence of phonolite rock powder as<br />
supplementary cementitious material on ASR. 3 rd International Conference on Concrete<br />
Repair, Rehabilitation and Retrofitting, Cape Town, South Africa, September 3-5 2012, in<br />
Vorbereitung<br />
Mielich, O.; Reinhardt, H.-W. (2012): Wirkungsweise <strong>von</strong> <strong>Phonolith</strong>-<strong>Gesteinsmehl</strong> als<br />
Zusatzstoff zur Vermeidung <strong>eine</strong>r AKR. 18. Internationale Baustofftagung, Weimar, 12. bis<br />
15. September 2012, in Vorbereitung<br />
Ansprechpartner:<br />
Dr.-Ing. Oliver Mielich<br />
Telefon: 0711/685-62261<br />
E-Mail: oliver.mielich@mpa.uni-stuttgart.de