Heidi Ungricht, Zürich – Eidgenössische Technische Hochschule – Institut für Baustoffe (IfB ehemals IBWK) – ETH Hönggerberg – CH - 8093 Zürich – Referent: Prof. Dr. Michael H. Faber – Korreferent und Leiter der Arbeit: Prof. Dr. Hans Böhni – Korreferent: Dr. F. Hunkeler – Termin der mündlichen Prüfung: 8. Oktober 2004 – Kurzfassung – Viele Modelle für den Chlorideintrag in den Beton setzen einen mehr oder weniger homogenen Prozess voraus und basieren auf der Diffusion als einzigem Transportmechanismus. Sie erlauben keine korrekte Beschreibung und Prognose des Chlorideintrags in Bauteile der Verkehrsinfrastruktur, die Spritzwasser ausgesetzt sind. Die Arbeit hatte primär zum Ziel, detaillierte Kenntnisse über die bei der Wasser- und Chloridaufnahme vor Ort ablaufenden physikalischen Prozesse zu erhalten. – Die Zielsetzungen wurden durch die Kombination eines umfangreichen Feldversuchs mit verschiedenen Laboruntersuchungen erreicht. Im Feldversuch wurde einerseits das Verhalten verschiedener Betone verglichen und andererseits wurde eine breite Datenbasis für die Analyse der Beanspruchungsseite unter einer natürlichen Spritzwasserbelastung beschafft. Die Veränderungen des Wassergehalts wurden über Messungen des elektrischen Widerstands in verschiedenen Tiefenstufen erfasst. Die Umrechnung der gemessenen Widerstände in den Wassergehalt erfolgte mit im Labor ermittelten Korrelationen. – Wasserhaushalt unter realen Bedingungen – Unter wechselnden Spritzwasserverhältnissen prägen Einzelereignisse den Wasserhaushalt, bei denen innerhalb von sehr kurzen Zeitabschnitten viel Wasser bis in große Tiefen eingetragen wird. Die wichtigsten Transportmechanismen von Wasser während dieser Ereignisse sind der Kapillartransport und die Verdunstung. Infolge Verdunstung wird der Wassereintrag durch Kapillartransport unter realen Bedingungen deutlich gebremst im Vergleich zum Wassereintrag in einem Aufsaugversuch im Labor an trockenem Beton. Bei sehr hoher Luftfeuchtigkeit und tiefer Temperatur wird die Verdunstung aber so gering, dass die Wasseraufnahme vor Ort mit ähnlichen Geschwindigkeiten erfolgt wie im Labor. Große Wassereinträge sind demnach bei derart ausgesetzten Bauteilen, klimatisch bedingt, nur in den Wintermonaten zu erwarten. Ab März bis etwa November sind die Wasseraufnahmen auf eine dünne Oberflächenschicht beschränkt und der Beton trocknet von außen nach innen langsam aus. Die Wasseraufnahme wird weiter durch die Qualität des Betons und dessen momentanen Feuchtigkeitszustand bestimmt. Aufgrund ihrer Auswirkungen auf den Feuchtzustand im Beton wurden große, mittlere und kleine Ereignisse charakterisiert und definiert. – Modellierung des Chlorideintrags – Der Wassereintrag prägt auch den Eintrag von Chloriden, der während der Ereignisse in den Wintermonaten über den Kapillartransport erfolgt. Der Chlorideintrag erfolgt damit sehr schnell innerhalb kurzer Zeitabschnitte von wenigen Tagen. Die entsprechenden Chloridmengen und deren Eintragstiefe wurden für die verschiedenen Ereignisse abgeschätzt. – Für die Bildung von Chloridprofilen konnte damit ein einfaches Modell vorgeschlagen werden, das die verschiedenen Transportmechanismen berücksichtigt: Während der Wintermonate werden Chloride durch Kapillartransport in den Oberflächenbereich eingetragen, dort angereichert und evtl. in größere Tiefen weitertransportiert. Während des ganzen Jahrs werden sie, den jeweils vorhandenen Konzentrationsgradienten entsprechend, durch Diffusion nach innen, evtl. auch nach außen umverteilt. – Mit dem Modell wurden die Chloridprofile der Versuchsplatten berechnet. Der Beitrag durch Kapillartransport wurde über die Resultate der Untersuchungen des Wasserhaushalts vor Ort abgeschätzt. Die Übereinstimmung der Resultate mit den an Bohrkernen bestimmten Profilen war recht gut. Auch die Extrapolation auf 5 bzw. 20 Jahre ergab sinnvolle Resultate. Mit dem Modell werden somit die wesentlichen Mechanismen beim Chlorideintrag unter wechselnder Spritzwasserbeanspruchung erfasst. Die Berücksichtigung verschiedener Einflüsse auf diese Mechanismen ist auf einfache Art möglich. – Folgerungen für die Praxis – Das entwickelte Modell für den Chlorideintrag ist viel versprechend. Es kann problemlos verwendet werden zur Abschätzung der weiteren Veränderung vorhandener Chloridprofile in bestehenden Bauteilen nach deren Instandsetzung, andererseits ist es bei der Bemessung auf Dauerhaftigkeit einsetzbar. Dazu sind jedoch weitere Forschungsanstrengungen nötig. – Ein abschließender Vergleich der verschiedenen im Versuchsstand eingesetzten Beton- und Stahlqualitäten im Hinblick auf die Dauerhaftigkeit (Initiierungs- und Wachstumsphase) ist noch nicht möglich. Die Untersuchungen werden deshalb noch weitergeführt. Bisher können folgende Aussagen bestätigt werden: – #Die Reduktion des w/z-Werts und die Zugabe von Zusatzstoffen, insbesondere von Silikastaub, haben eine positive Auswirkung im Hinblick auf den Wasser- und Chlorideintrag. Es spielt nicht nur das Volumen an kapillar füllbaren Poren eine Rolle, sondern auch deren Porenradien. – #Der Anteil gebundener Chloride war hoch und lag bis zu einem Gesamtchloridgehalt von rd. 2 M.-% bezogen auf den Zementgehalt zwischen 63 M.-% und 85 M.-% (alle Betone). – #In Betonen mit Zusatzstoffen sind wegen des höheren elektrischen Widerstands vor allem während der Austrocknungsphase in den Sommermonaten markant kleinere Korrosionsgeschwindigkeiten zu erwarten. Bei sehr feuchtem oder nassem Beton in den Wintermonaten sind die Unterschiede geringer. – Kontakt: Heidi Ungricht – Tel (0041) 62 88 77 230 – E-Mail: ungricht@tfb.ch – www.tfb.ch – Download der Dissertation unter www.tfb.ch oder www.nebis.ch –