Bauhaus Universität Weimar Fakultät Bauingenieurwesen – F.A. Finger-Institut für Baustoffkunde – Coudraystr. 11, D- 99421 Weimar – Tag der Prüfung: 6. August 2003 – Gutachter: – Prof. Dr.-Ing. habil. Jochen Stark – Prof. Dr. rer. nat. habil. Dietbert Knöfel – Prof. Dr. rer. nat. Albrecht Wolter – Zusammenfassung – Ziel der Arbeit war, den Einfluss von Gesteinskörnungen - die im Beton einen Anteil von mindestens 70 % einnehmen - auf die Dauerhaftigkeit von Beton, insbesondere bei Frost-Tau-Angriff und hinsichtlich Alkali-Zuschlag-Reaktion zu untersuchen. Bei den Betrachtungen und Analysen an Gesteinen, Gesteinskörnungen und daraus hergestelltem Beton - mit Schwerpunkt auf carbonatischen Gesteinen - galt besonderes Augenmerk dem Einfluss von Taumitteln und der Übertragbarkeit der Prüfergebnisse auf die Praxis. – Bezüglich des Frost-Tau- bzw. Frost-Tausalz-Widerstands ging es vor allem darum, zu klären, ob die Prüfverfahren für Gesteinskörnungen tatsächlich so ausgelegt sind, dass aus den Prüfergebnissen die zu erwartende Dauerhaftigkeit des Gesteins im daraus hergestellten Beton ableitbar ist. Zur näheren Untersuchung der Korrelation von Materialkennwerten und Dauerhaftigkeit wurden verschiedene Untersuchungen herangezogen. Während Wasseraufnahmen und Sättigungsgrade keine Korrelation zur zu erwartenden Betondauerhaftigkeit lieferten, widerspiegelten die Porenkennwerte, Tonmineraliengehalte und das thermische Ausdehnugsverhalten aT die Dauerhaftigkeitseigenschaften der Gesteinskörnungen - unter Anbetracht des Fehlens von Grenzwerten - immerhin tendenziell. – Die Frost-Tau- bzw. Frost-Tausalz-Prüfverfahren nach DIN EN 1367-1 mit Wasser bzw. NaCl-Lösung sowie die DIN EN 1367-2 mit 14%-iger Magnesiumsulfat-Lösung sind im Prinzip nutzbar, jedoch sollten die in der Arbeit vorgeschlagenen Modifikationen angewendet werden, um eine höhere Korrelation zur Betondauerhaftigkeit zu erhalten. Trotz Modifikationen bleibt die Genauigkeit der Vorhersage jedoch unter der des Washington Hydraulic Fracture Tests (WHFT). Dieser wurde in den USA entwickelt und in dieser Arbeit auch auf deutsche Gesteinsfraktionen angewendet. Eine jüngst veröffentlichte Berechnungsvorschrift ermöglicht es zudem, anhand der Testergebnisse an Gesteinskörnungen - ermittelbar in wenigen Tagen - auf die zu erwartende Betondehnung bei Frostangriff zu schließen. – Bei Betonuntersuchungen unter Nutzung des CF- bzw. CDF-Testes wurden kapillares Saugen, Abwitterungen, innere Schädigungen und Betondehnungen analysiert, wobei letzteres als die praktikabelste Bewertungsgröße bewertet wurde. Es ist hervorzuheben, das hierzu im Labor Langzeituntersuchungen mit Trocknungsphasen zwischen den Frost-Tau-Wechsel-Zyklen durchgeführt wurden. Diese Wechsellagerungen zeigten die beste Korrelation zum bekannten Praxisverhalten - u.a. von amerikanischem D-cracking-gefährdetem Gestein - und zu den im Rahmen der Arbeit durchgeführten Auslagerungsversuchen an einer Auslagerungsstation in Schweden. – Hinsichtlich der Alkali-Zuschlag-Reaktion galt es zu klären, ob eine Dedolomitisierung von CaMg(CO3)2, d.h. eine Alkali-Dolomit-Reaktion (ADR), theoretisch und praktisch ablaufen kann und ob es eine schädigende Alkali-Carbonat-Reaktion (ACR) ausgehend vom CaCO3 gibt. Untersuchungen hierzu wurden an Gesteinsstückchen, Gesteinspulvern und am Feinmörtel durchgeführt. – Entsprechend dem Ergebnis der thermodynamischen Berechnung (freie Reaktionsenthalpie), konnte in den Laboruntersuchungen am dolomitischen Gesteinsmaterial eine Brucitbildung röntgenographisch und optisch nachgewiesen werden. Allerdings konnte die Reaktion nicht an Labor-Feinmörteln sowie an einer großen Anzahl von am F.A. Finger-Institut für Baustoffkunde untersuchten Mörtel- bzw. Betonproben mit Schäden infolge Alkalireaktion bestätigt werden. – Weiterhin galt es zu untersuchen, inwieweit es möglich ist, die Betonprüfung zur Ermittlung des Widerstands gegenüber AKR effektiver zu gestalten und welchen Einfluss Taumittel auf eine Alkali-Kieselsäure-Reaktion (AKR) haben. – Durch Anwendung eines Wechsellagerungsprogramms, welches eine Klima-Simulation darstellt, konnte im Vergleich zur standardisierten Nebelkammerlagerung eine Zeitersparnis von > 50 % bis zum Überschreiten der 0,6 mm/m-Grenze für Beton mit EIII-Zuschlag ermittelt werden. Weiterhin konnte klar herausgestellt werden, dass Taumittel - insbesondere Natriumacetat-Lösung (Einsatz auf Flughäfen) - fördernd auf eine AKR im Beton wirkten. – Ausblickend sind für Deutschland als Prüfverfahren dringend zu empfehlen: – ·der Washington Hydraulic Fracture Test als praxisrelevantestes und effektivstes Prüfverfahren für den Frost-Tau-Widerstand von Gesteinskörnungen für Beton sowie – ·die Wechsellagerung mit dem Klima-Simulationsprogramm als effektivstes Prüfverfahren für den AKR-Widerstand von Beton. –