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Die schädigende Alkali-Kieselsäure-Reaktion (AKR) im Beton stellt in Teilbereichen nach wie vor ein Problem bei der Bewertung der Dauerhaftigkeit von Beton dar. Eine der häufigsten Fragestellungen ist immer noch eine schnelle und sichere Beurteilung der Alkaliempfindlichkeit von Gesteinskörnungen für die Betonherstellung. Darüber hinaus erscheint in Zeiten der Ressourceneinsparung der Ausschluss von Gesteinskörnungen auf Grund unzureichender Kenntnis der Alkaliempfindlichkeit nicht zukunftsorientiert. Weiterhin wird oft nur die makroskopische Betrachtung von Betonen oder Mörtelprismen zur Beurteilung der Alkaliempfindlichkeit von Gesteinskörnungen herangezogen, wobei die bei der AKR stattfindenden Prozesse nicht genügend berücksichtigt werden. In der vorliegenden Arbeit wurde der Beitrag von Gesteinskörnungen zur AKR im Beton untersucht, um die Alkaliempfindlichkeit von Gesteinskörnungen zu quantifizieren und die zu erwartende Schädigung des Betons durch die Gesteinskörnung detaillierter als bisher klassifizieren zu können. Im Vordergrund der Arbeit stand dabei das Verständnis der Auflösungsprozesse von Gesteinskörnungen in KOH-Lösungen (pH ≥ 13) bei unterschiedlichen Reaktionsbedingungen. An vier Gesteinskörnungen wurde der 40 °C-Betonversuch durchgeführt, um die Alkaliempfindlich-keit der Gesteinskörnungen zu dokumentieren. Weiter wurden die Gesteinskörnungen mit dem Schnellprüfverfahren untersucht sowie petrografisch und mineralogisch begutachtet. Dabei stimm-ten die Ergebnisse nur teilweise mit denen des 40 °C-Betonversuchs überein. Anhand von Löseversuchen an den originalen Lieferkörnungen der Gesteinskörnungen bei 40 °C und mit 1,0 M KOH-Lösung war es möglich, die Reaktivität der Gesteinskörnungen mit den ermittelten SiO₂- und Al₂O₃-Konzentrationen der alkalischen Lösungen zu beschreiben. Bei den Untersuchungen von verschiedenen Varianten zur Beschleunigung der Löseversuche konnten durch eine erhöhte Temperatur von 80 °C und eine abgesenkte Konzentration der KOH-Lösung von 0,1 M innerhalb von 56 Tagen vergleichbare Ergebnisse zu den Resultaten der Löseversuche bei 40 °C und 1,0 M KOH-Lösung erreicht werden. In der alkalischen Lösung wird ein bestimmter Teil des gelösten SiO₂ durch ebenfalls vorhandenes Al₂O₃ alumosilikatisch gebunden. Der verbleibende Teil des gelösten SiO₂ steht für eine AKR zur Verfügung. Aus der zeitabhängigen Darstellung dieser SiO₂-Konzentration wurde die Lösegeschwindigkeit ermittelt. Dabei wurden vier aufeinanderfolgende Phasen dem Dehnungs- und Rissbreitenverlauf der Probekörper des 40 °C-Betonversuchs zugeordnet. Zur Beurteilung der Alkaliempfindlichkeit einer Gesteinskörnung sind die Lösegeschwindigkeiten der letzten drei Phasen entscheidend. Nach der Entwicklung dieser Vorgehensweise an den vier untersuchten Gesteinskörnungen wurde diese Methode bei weiteren Gesteinskörnungen angewendet. Die ermittelten Lösegeschwindigkeiten stellten ebenfalls ein exaktes Abbild der Ergebnisse des 40 °C-Betonversuchs dar. Die entwickelte Methode bietet eine Möglichkeit, die Alkaliempfindlichkeit einer Gesteinskörnung schnell, sicher und genauer als bisher zu bestimmen. Besonders vorteilhaft sind dabei die direkte Prüfung der Gesteinskörnung an der originalen Korngröße (Lieferkörnung), wie diese auch im Beton eingesetzt wird, die zementunabhängige Prüfung, sowie die einfache experimentelle Durchführung und Auswertung. Darüber hinaus zeigte sich bei der Anwendung der Methode, dass neben der Gesteinskörnung selbst auch der Einfluss von Zusatzstoffen auf die Löslichkeit von Gesteinskörnungen beurteilt werden kann. Erste Ergebnisse belegen den löseinhibierenden Effekt des aluminiumhaltigen Zusatzstoffes Metakaolin durch die Blockierung der Oberfläche einer reaktiven Gesteinskörnung im Alkalischen. The alkali-silica reaction (ASR) in concrete still presents a problem in assessing the durability of con-crete structures. In this context an important question is a fast and reliable evaluation to identify the ASR-sensibility of aggregates. Furthermore in times of the economization of resources the exclusion of aggregates from concrete production by reason of the insufficient knowledge of theirs ASR sensibility does not seem future-oriented. Concrete prism tests only evaluate the ASR-sensibility of aggregates by observing macroscopic effects while ASR-processes are often unconsidered. This research investigated the contribution of aggregates to ASR in concrete to quantify the sensibility of aggregates and to classify the destruction of concrete caused by ASR sensitive aggregates in a more precise way. The main focus of this thesis aimed the understanding of dissolution processes of aggregates in high alkaline solutions (pH ≥ 13) at different conditions. The ASR-sensibility of four aggregates was evaluated by performing the German 40 °C concrete prism test in a fog chamber. In a next step the 80 °C accelerated mortar bar test was conducted. In addition petrographic and mineralogical investigations were also considered to assess the reactivity of the aggregates. These results only partly agreed with those of the 40 °C concrete prism test. Moreover dissolution experiments were performed with the aggregates in their original grain sizes and with 1.0 M KOH-solution at a storage temperature of 40 °C. By measuring the concentration of silica and alumina of the alkaline solutions the ASR-sensibility of the four aggregates could be described. Furthermore different possibilities were tried out to accelerate the solution test. At a higher temperature of 80 °C and a lowered concentration of the KOH-solution of 0.1 M comparable results to the conditions of 40 °C and 1.0 M KOH-solution could be achieved in a period of 56 days. Within the alkaline solution a certain part of the soluble silica is bonded by dissolved alumina in alu-minosilicate structures. The remaining part of the soluble silica is available for ASR. Solution rates were calculated from the time-dependent account of this available silica. For that matter four se-quent periods were correlated to the expansions and crack widths of the specimens of the 40 °C concrete prism test. To assess the ASR-sensibility of an aggregate the last three periods are essential. After developing this method with the four aggregates investigated this method was performed with more aggregates. The measured solution rates accurately reproduced the results of the 40 °C concrete prism test. This method provides a possibility to reliably evaluate the ASR-sensibility of an aggregate in a short time and in a more detailed way as up to now. Especially the direct assessment of the aggregate on the original grain like it is used in concrete, the independence of the influence of the cement and the simple experimental performance and analysis are advantageous. Furthermore it is shown that in addition to the aggregate also the influence of supplementary ce-menting materials (SCMs) on the solubility of aggregates could be appraised. First results document the inhibiting effect from the SCM metakaolin on the solubility of aggregates by surface blocking of the aggregate in alkaline solutions. |
