Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Differenzierung von E III-S-Gesteinskörnungen und Ableitung betontechnischer Maßnahmen

Betone nach EN 206-1 müssen über eine Nutzungsdauer von mindestens 50 Jahren einen ausreichenden AKR-Widerstand aufweisen. Die Regeln, um dies zu erreichen, sind bisher national festgelegt. In Deutschland sind bestimmte Gesteinskörnungen (weitere Gesteinskörnungen nach Alkali-Richtlinie) durch Laborprüfungen in eine der zwei Alkaliempfindlichkeitsklasse E I-S (alkaliunempfindlich) oder E III-S (alkaliempfindlich) einzustufen. E III-S-Gesteinskörnungen dürfen in bestimmten Fällen entweder gar nicht oder nur in Verbindung mit vorbeugenden Maßnahmen eingesetzt werden. Diese Maßnahmen sind auf den ungünstigsten Fall ausgelegt: Hoch alkaliempfindliche Gesteinskörnungen und hoher Zementgehalt. Viele Gesteinskörnungen sind aber nur mäßig alkaliempfindlich. Bei diesen sind deshalb gegebenenfalls andere Maßnahmen möglich.

Ziel des Forschungsvorhabens ist, die bisherige Alkaliempfindlichkeitsklasse E III-S in die zwei neuen Klassen E II-S und E III-S* aufzuteilen. Grenzwerte zur Einstufung mäßig alkaliempfindlicher E II-S-Gesteinskörnungen sollen u. a. für den Betonversuch mit 40 °C-Nebelkammerlagerung definiert werden. Für den 60 °C-Betonversuch soll ein neuer Prüfansatz zur Differenzierung zwischen E II-S und E III-S* geprüft werden. Für die E II-S-Gesteinskörnungen sollen angepasste betontechnische Maßnahmen für einen ausreichenden AKR-Widerstand mittels AKR-Performance-Prüfverfahren und Freilagerungsversuchen erarbeitet werden.

Mit der normativen Einführung der neuen Alkaliempfindlichkeitsklasse E II-S und der darauf abgestimmten vorbeugenden Maßnahmen würde die Ressourceneffizienz verbessert werden, da die regional verfügbaren stofflichen Ressourcen für Beton besser genutzt werden könnten. Dies würde die Wettbewerbsfähigkeit gerade von kleinen und mittelständischen Transportbeton-, Gesteinskörnungs- und Zementherstellern (KMU) steigern, die nur an einem Produktionsstandort auf eine beschränkte Auswahl an Ausgangsstoffen zurückgreifen können.

Ergebniszusammenfassung:

Die sogenannten „weiteren“ Gesteinskörnungen nach Alkali-Richtlinie des Deutschen Ausschusses für Stahlbeton sind in die Alkaliempfindlichkeitsklasse E I-S (nicht alkali-reaktiv) oder E III-S (alkali-reaktiv) einzustufen. Eine Klasse für mäßig alkali-reaktive Gesteinskörnungen (E II-S), wie z. B. in Canada, England und den USA vorhanden, existiert bisher nicht. In diesem Projekt wurden daher Kriterien erarbeitet, um die Alkaliempfindlichkeitsklasse E III-S in die zwei Klassen „E II-S“ und „E III-S neu“ aufteilen und die Alkali-Kieselsäure-Reaktivität der Gesteinskörnungen differenzierter beschreiben zu können. Grenzwerte für die Bewertung von Gesteinskörnungen in AKR-Prüfverfahren und auf die Alkali-Kieselsäure-Reaktivität der Gesteinskörnung abgestimmte vorbeugende Maßnahmen wurden erarbeitet. Der 60 °C-Betonversuch mit einem Na2O-Äquivalent aus dem Portlandzement von 4,0 kg/(m³ Beton) und mit einem Grenzwert für die Dehnung von

≤ 0,20 mm/m nach 140 Tagen wird als Prüfverfahren zur Unterscheidung mäßig und hoch alkali-reaktiver Gesteinskörnungen empfohlen. Dies entspricht den Empfehlungen, die seinerzeit aus dem europäischen Forschungsprojekt „Partner“ an die europäischen Normungsgremien CEN/TC154 und CEN/TC104 gegeben worden waren.

Mittels AKR-Performance-Prüfungen und Betonversuchen mit Freilagerung wurden für mäßig alkali-reaktive Gesteinskörnungen vorbeugende Maßnahmen für einen ausreichenden AKR-Widerstand des Betons abgeleitet. Die Maßnahmen wurden in Abhängigkeit des im IGF-Vorhaben 19842 N definierten „wirksamen Na2O-Äquivalents des Zements“ festgelegt, da dieser Kennwert auch auf klinkereffiziente Zemente mit mehreren Hauptbestandteilen anwendbar ist und diese in Deutschland einen Anteil von 73 % des Zementversands ausmachen. Die Eignung der Zemente kann alternativ anhand der Hydroxidionenkonzentration im Alter von 28 Tagen im Auspress- oder Lösungsverfahren nachgewiesen werden.