[Betonpraxis - Holcim] Alkali-Kieselsäure-Reaktion

 

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Die Alkali-Kieselsäure-Reaktion (AKR) ist eine langsam verlaufende, chemische Reaktion zwischen so genannten «reaktiven» Gesteinskörnungen und Alkalien. Einige Gesteinskörnungen, wie mikrokristalline Quarze, Opale, Flint aber auch Feldspate oder Glimmer können unter bestimmten Bedingungen eine «reaktive» Wirkung im Beton entfalten. Diese Gesteinskörnungen werden instabil, wenn sie sich in einer alkalischen Lösung befinden, wie dies bei der Porenlösung des Betons (pH>12) der Fall ist. Hauptträger löslicher Alkalien (Na+ und K+) im Beton ist der Zement. Die Alkalien können jedoch auch aus der Umgebung, z.B. aus Bergwässern, Tausalzen oder Meerwasser stammen. Die Alkali-Kiesel säure-Reaktion findet nur statt, wenn eine hohe Luftfeuchte von über 80% oder Wasser in flüssigem Zustand als Reaktionspartner vorliegen. Die Alkali-Kieselsäure-Reaktion führt zur Bildung eines quellfähigen Alkali-Kieselsäure-Gels. Im erhärteten Beton kann dieses hydrophile Gel zu Treiberscheinungen und – daraus resultierend – zu Rissen und Dehnungen führen.

Solche den Beton schädigende Alkali-Kieselsäure-Reaktionen sind vor allem in Norddeutschland aufgrund der dort vorkommenden Gesteine seit vielen Jahren bekannt. Indessen zeigen verschiedene Beobachtungen in den letzten Jahren, dass auch andere Regionen in Deutschland von diesem Phänomen nicht mehr verschont sind.

 

Die «Alkali Richtlinie» des DAfStB legt Maßnahmen fest, um AKR zu vermeiden. Sie fordert die Einstufung der Gesteinskörungen in Alkaliempfindlichkeitsklassen (Abb.1.3.21) und die Berücksichtigung der Umgebungsbedingungen für das Bauteil (Feuchteklassen, Abb. 1.3.20). Aufgrund dieser Einstufung sind die entsprechenden Maßnahmen zu treffen (Abb.1.3.25 – 27). In vielen Fällen ist die Verwendung von Zementen mit niedrigem wirksamen Alkaligehalt (NA-Zemente nach DIN 1164-10) zwingend vorgeschrieben. Die Holcim (Deutschland) AG bietet daher viele ihrer Zemente als NA-Zemente an. Auch die Verwendung hüttensandhaltiger Zemente kann zur Vermeidung von AKR beitragen. Hüttensande weisen in der Regel einen geringen Gehalt an löslichen Alkalien auf.

 

[Abb. 1-3-20]

[Abb. 1-3-21]

[Abb. 1-3-25]

[Abb. 1-3-26]

[Abb. 1-3-27]

 

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NA-Zemente

 

NA-Zemente nach DIN 1164-10 können als vorbeugende Maßnahme gegen schädigende Alkali-Kieselsäure-Reaktionen eingesetzt werden. Sie zeichnen sich durch einen besonders niedriges Na2O-Äquivalent aus und dienen nicht als Alkalienquelle für AKR. Zur Auswahl stehen die Holcim Zemente Holcim-Pur 4-NA, Holcim-Pur 5-NA, Holcim-Sulfo, Holcim-Ferro 3-NA, Holcim-Duo 3- LH/NA, Holcim-Duo 4-NA und Holcim-Aqua.

 

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Bedingungen für das Zustandekommen einer Alkali-Kieselsäure-Reaktion

 

Die Alkali-Kieselsäure-Reaktion kann nur erfolgen, wenn folgende Bedingungen gleichzeitig erfüllt sind:

• Vorhandensein von potenziell reaktiven Gesteinskörnungen

• genügend Feuchtigkeit im Beton

• hohe Porosität des Betons

• genügend lösliche Alkalien in der Porenlösung.

 

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Vorsorgliche Maßnahmen

 

Bei der Verwendung von Alkali-empfindlicher Gesteinskörnung ist gemäß der betreffenden Richtlinie der DAfStb zu verfahren.

Für den Fall, dass sich eine Gesteinskörnung als potenziell reaktiv erweist, wird allgemein empfohlen, die folgenden Maßnahmen zu ergreifen:

• beim Entwurf von Bauwerken sind konstruktive Maßnahmen vorzusehen, um das Eindringen von Wasser zu verhindern und damit das Risiko einer betonschädigenden Alkali-KieselsäureReaktion möglichst gering zu halten. Wasser sollte dabei leicht abfließen oder durch geeignete Entwässerungssysteme sowie zuverlässige, kontrollierbare und unterhaltsarme Abdichtungen abgeleitet werden. Wasserführende Risse im Beton sollten durch eine gute Bewehrungs- und Fugenanordnung vermieden werden

• geeignete Betonzusammensetzung mit einem w/z-Wert<0,50 wählen

• die Gesamtmenge der löslichen Alkalien im Beton auf ein sinnvolles Maßbegrenzen, (ca. 3kg/m3 im Fall herkömmlicher Bauwerke mit einer Nutzungsdauer von 50 Jahren)

• Zemente mit niedrigem wirksamen Alkaligehalt (NA-Zement gemäß DIN 1164-10) verwenden

• Hüttensandhaltige Zemente des Typs CEM II oder CEM III verwenden (z.B. Holcim-Ferro, Holcim-Duo, Holcim-Aqua). Hüttensande weisen in der Regel einen niedrigen Gehalt an löslichen Alkalien auf und fordern aufgrund ihrer ausgeprägten Nacherhärtung die Ausbildung von dichten Betongefügen.

Bauwerksteile in permanent trockener Umgebung (Expositionsklasse XC1) und einer Dicke unter 50cm erfordern keine besonderen Maßnahmen. Dies gilt auch für provisorische Konstruktionen sowie für sekundäre und einfach ersetzbare Elemente.

 

 

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- neue Wörter - 

 

1. der Quarz - 석영
2. der Flint - 부싯돌
3. der Glimmer - 미광, (광물) 운모
4. entfalten - 펴다, 전개하다, 계발하다
5. quellen - 부풀리다
6. hydrophil - 물을 좋아하는, 친수성의
7. verschonen - 아끼다, 소중히 하다, 해를 입히지 않다
8. vorbeugen - 예방하다
9. zustandekommen - 달성되다, 이루어지다
10. erweisen - 증명하다
11. abfließen - 흐르다
12. die Erhärtung - 확인, 시인, 증명
13. permanent - 영속적인, 불멸의, 지속적인
14. provisorisch - 임시의, 잠정적인
15. sekundär - 부차적인, 간접적인