Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Prüfung und Bewertung des wirksamen Alkaligehalts von Zementen

Ein hoher Widerstand von Betonbauwerken gegen eine Alkali-Kieselsäure-Reaktion (AKR) kann bei alkaliempfindlichen Gesteinskörnungen in bestimmten Fällen gewährleistet werden, indem Zemente mit einem niedrigem wirksamem Alkaligehalt (NA-Zement) eingesetzt werden. Die NA-Eigenschaft wird nach DIN 1164-10 bisher vereinfacht durch den Gesamtalkaligehalt des Zements und bei hüttensandhaltigen Zementen zusätzlich in Abhängigkeit von dessen Hüttensandgehalt definiert. Dieser Ansatz vernachlässigt zum einen die Wirkung verschiedener Hüttensandeigenschaften und zum anderen die Wirkung anderer Zementhauptbestandteile wie Kalksteinmehl (LL) oder Steinkohlenflugasche (V) auf den wirksamen Alkaligehalt eines Zements.

Ziel des Forschungsvorhabens ist es, ein Vorgehen zur realistischen Prüfung und Bewertung des wirksamen Alkaligehalts von Zementen zu entwickeln. Dazu sollen Grenzwerte für die NA-Eigenschaft und für Fahrbahndeckenzemente nach TL Beton-StB 07 abgeleitet werden. Die Zemente sollen mit dem Auspress- und dem Lösungsverfahren untersucht werden. Als Ergebnis ergibt sich die Bewertung der Hydroxidionenkonzentration. Diese Werte und daraus abgeleitete Grenzwerte werden durch Betonversuche im Labor und die seit 40 Jahren durchgeführten Freiversuche des VDZ verifiziert. Dazu sollen rd. 50 Betone ausgewertet werden.

Die Forschungsergebnisse könnten bei der Überarbeitung der DIN 1164-10 und der TL Beton-StB 07 einfließen. Das neue Verfahren wird das Innovationspotenzial in der Zementindustrie erhöhen, da es im Vergleich zu deskriptiven Festlegungen mehr Freiheitsgrade bei der Entwicklung von NA- und Fahrbahndeckenzementen bietet. Dies würde vor allem die Wettbewerbsfähigkeit der KMUs steigern, da diese oft nur auf eine beschränkte Auswahl an Ausgangsstoffen zurückgreifen können, die derzeit in der Definition von NA-Zementen keine ausreichende Berücksichtigung finden.

Ergebniszusammenfassung:

Das IGF-Vorhaben liefert ein neues Konzept aus Prüfverfahren und Bewertungskriterien, um den wirksamen Alkaligehalt von Zementen insbesondere mit mehreren Hauptbestandteilen praxisnah prüfen und bewerten zu können. Diese Zemente haben in Deutschland einen Marktanteil von 73 %. Kriterien für NA- und Fahrbahndeckenzemente sowie E II-S-geeignete Zemente wurden anhand von Untersuchungen der Porenlösung und Betonversuchen abgeleitet sowie mittels Langzeituntersuchung an ausgelagerten Betonen überprüft. Das Konzept ist geeignet, um den niedrigen wirksamen Alkaligehalt (NA-Eigenschaft) auch bei den neuen klinkereffizienten Zementen CEM II/C (S-LL) und CEM VI (S-LL) nach prEN 197-5:2020 nachzuweisen. Die DIN 1164-10 berücksichtigt diese Zemente bisher nicht, so dass deren praxisgerechte Prüfung und Bewertung noch nicht möglich ist. Dieses Forschungsvorhaben leistet somit einen innovativen Beitrag, um die Leistungsfähigkeit von Zementen im Vergleich zur derzeit in DIN 1164-10 genormten Praxis besser bewerten zu können. Da das Konzept zudem auch für die neuen Zementarten geeignet ist, kann es deren Markteinführung auch als NA-Zemente unterstützen. Bei bauaufsichtlichen Zulassungen von CEM II/C-M-Zementen als NA-Zement wird es bereits berücksichtigt. Schon während der Projektlaufzeit wurde ein entsprechender Antrag auf Basis dieser Ergebnisse beim Deutschen Institut für Bautechnik gestellt, das eine Verwendung der Ergebnisse dieses Forschungsvorhabens bereits in Aussicht gestellt hat. Darüber hinaus wird das Konzept in Rezepturbewertungen gemäß dem ARS Nr. 04/2013 zur Beurteilung des AKR-Widerstandes von Betonen für Fahrbahndecken aus Beton eingesetzt und der wirksame Alkaligehalt von Zementen auf diesem Wege verglichen. Die Forschungsergebnisse können bei der Überarbeitung der DIN 1164-10 und der TL Beton-StB 07 einfließen und damit auch normativ umgesetzt werden.