Dauerhaftigkeit von Beton

Jochen Stark, geb. 1943 in Erlbach. Studium Baustoffingenieurwesen an der Hochschule für Architektur und Bauwesen Weimar (HAB). 1972 Promotion am Mendelejew-Institut in Moskau mit einer Arbeit zur Kinetik des Zementklinkerbrandes. Bis 1989 Abteilungsleiter im Forschungsinstitut Weimar des Zementanlagenbaus Dessau (ZAB). 1988 Habilitation mit der Schrift zur Entwicklung des hydraulisch aktiven Belit-Zementes. Ab 1990 Professor für Baustoffkunde und von 1995 bis 2010 Direktor des F. A. Finger-Institutes für Baustoffkunde an der Bauhaus-Universität Weimar. Ehrenprofessor und Dr.-Ing. e. h. verschiedener nationaler und ausländischer Hochschulen. Forschungsarbeiten und Veröffentlichungen u. a. zur Zementchemie und zur Dauerhaftigkeit von Beton.
Bernd Wicht, geb. 1943 in Wurzen. Studium Baustoffingenieurwesen an der Hochschule für Architektur und Bauwesen Weimar (HAB). Anschließend im Fachbereich Baustoffe Weimar der Bauinformation bei der Deutschen Bauakademie tätig. Ab 1992 wissenschaftlicher Mitarbeiter am F. A. Finger-Institut für Baustoffkunde der Bauhaus-Universität Weimar. Forschungsarbeiten und Veröffentlichungen zur Dauerhaftigkeit von Beton, zur Geschichte der Baustoffe sowie der Weimarer Baustofffakultät.

Beton ist der am häufigsten verwendete Bau-und Werkstoff der Gegenwart. Bauwerke aus Beton, Stahlbeton und Spannbeton gehören zu unserer täglichen Umwelt. Die Palette dieser Bauwerke ist sehr umfangreich, sie reicht von der Verwendung des Betons für Wohn- und Verkehrsbauten bis hin zu Startrampen für die Raumfahrt oder Schutzhüllen für Kernreaktoren. Für jedes Einsatzgebiet werden höchste Anforderungen an Zuverlässigkeit und Dauerhaftigkeit des Betons gestellt. Dauerhaftigkeit von Beton bedeutet, dass Bauteile aus Beton über die vorgesehene Nutzungsdauer gegenüber allen Einwirkungen bei ausreichender Wartung und Instandhaltung genügend beständig sind. Am F. A. Finger-Institut für Baustoffkunde der Bauhaus-Universität Weimar werden seit vielen Jahren Forschungsarbeiten zu Fragen der Dauerhaftigkeit von Beton durchgeführt. Ein großer Teil der Ergebnisse dieser Forschungen sind Bestandteil dieses Buches. Das betrifft insbesondere die Kapitel zum Frost- und Frost-Tausalzwiderstand, zur schädigenden Etrringitbildung, zur Alkali-Kieselsäure-Reaktion und zur Sulfatwiderstandsfähigkeit von Beton. Das Buch richtet sich an Studierende ebenso wie die auf dem Gebiet des Bauwesens in Forschung und Praxis Tätigen.

Dieses Buch befasst sich mit den Größen und Einflüssen, die für die Dauerhaftigkeit des Baustoffs Beton von Bedeutung sind. Das F. A. Finger-Institut für Baustoffkunde an der Bauhaus-Universität Weimar trägt die Ergebnisse ihrer langjährigen Forschungsarbeiten zusammen. Zahlreiche Bilder, insbesondere Klinkeranschliffe, eröffnen zusätzliche Einblicke in die werkstoffkundlichen Vorgänge.

Einführung.- 1 Kenngrößen und Einflussfaktoren auf die Dauerhaftigkeit von Beton.- 1.1 Historische Rolle der Dauerhaftigkeit.- 1.2 Voraussetzungen für die Dauerhaftigkeit.- 1.3 Einfluss des Zementsteins.- 1.4 Literatur.- 2 Carbonatisierung von Beton.- 2.1 Kurzer historischer Abriss.- 2.2 Wesen der Carbonatisierung.- 2.3 Phasen der Carbonatisierung.- 2.4 Auswirkungen der Carbonatisierung.- 2.4.1 Der pH-Wert.- 2.4.2 Korrosion der Bewehrung.- 2.5 Methoden zur Bestimmung der Carbonatisierungstiefe.- 2.6 Berechnung des Carbonatisierungsfortschrittes.- 2.7 Carbonatisierungsschwinden.- 2.8 Einflussfaktoren auf die Carbonatisierung.- 2.8.1 CO2-Konzentration.- 2.8.2 Feuchtigkeit.- 2.8.3 w/z-Wert.- 2.8.4 Zementart.- 2.8.5 Nachbehandlung.- 2.8.6 Zuschläge, Zusatzmittel, Zusatzstoffe.- 2.8.7 Temperatur und thermodynamische Aspekte.- 2.9 Schutz- und Instandsetzungsmaßnahmen gegen stahlbetongefährdende Carbonatisierung.- 2.9.1 Schutzmaßnahmen.- 2.9.2 Instandsetzungsmaßnahmen.- 2.9.3 Beurteilung der Wirksamkeit carbonatisierungsbremsender Beschichtungen.- 2.10 Selbstheilung von Rissen.- 2.11 Literatur.- 3 Neutralisation durch Schwefeldioxid und Stickoxide.- 3.1 Mechanismen der SO2- und NOx-Aufnahme.- 3.2 Literatur.- 4 Einwirkung von Chloriden auf Beton.- 4.1 Kurzer historischer Abriss.- 4.2 Chloride im Beton.- 4.2.1 Betonausgangsstoffe.- 4.2.2 Einwirkung von Meerwasser.- 4.2.3 Einwirkung von Tausalzen.- 4.2.4 Brandfall.- 4.3 Mechanismus des Eindringens von Chloriden.- 4.4 Beeinflussung der Transportvorgänge von Chloriden im Beton.- 4.5 In welcher Form liegen Chloride im Beton vor?.- 4.6 Chlorideinbindung durch Bindemittel.- 4.7 Kritischer korrosionsauslösender Grenzwert.- 4.8 Bestimmung des Chloridgehaltes.- 4.8.1 Quantitative chemische Analyse.- 4.8.2 Bestimmung (Nachweis) freier Chloridionen.- 4.8.3 Nachweis der fest gebundenen Chloridionen.- 4.9 Chloridangriff auf Stahlbeton.- 4.9.1 Elektrochemische Grundlagen.- 4.9.2 Rolle der Risse auf den Korrosionsfortschritt des Betonstahles.- 4.10 Schutz- und Instandsetzungsmaßnahmen bei chloridinduzierter Korrosion.- 4.10.1 Schutzmaßnahmen.- 4.10.2 Instandsetzungsmaßnahmen.- 4.11 Literatur.- 5 Sulfatwiderstandsfähigkeit von Beton.- 5.1 Kurzer historischer Abriss.- 5.2 Schadensmechanismus des Sulfatangriffs auf Beton.- 5.3 Ursachen des Sulfattreibens.- 5.4 Wirkungen des Sulfatangriffs.- 5.5 C3A-Gehalt und Sulfatwiderstand.- 5.6 Einfluss von Zusatzstoffen auf den Sulfatwiderstand.- 5.7 Einfluss verschiedener Sulfatlösungen auf Zementstein.- 5.8 Betonangreifende Flüssigkeiten, Böden und Dämpfe.- 5.9 Betonparameter und Sulfatkorrosion.- 5.10 Prüfverfahren.- 5.11 Literatur. - 6 Schädigende Ettringitbildung im erhärteten Beton.- 6.1 Kurzer historischer Abriss.- 6.2 Grundlagen.- 6.3 Ettringit im Frischbeton.- 6.4 Ettringit im erhärteten Beton.- 6.5 Schädigende Ettringitbildung infolge unsachgemäßer Wärmebehandlung.- 6.5.1 Thermodynamische Berechnungen zur Ettringitbildung.- 6.5.2 Sulfatbindung in Abhängigkeit von der Erhärtungstemperatur.- 6.5.3 Einfluss der Betonzusammensetzung auf die späte Ettringitbildung.- 6.5.4 Laborversuche zur Dauerhaftigkeit wärmebehandelter Betone.- 6.5.5 Vorbeugende Maßnahmen.- 6.6 Späte Ettringitbildung in nicht wärmebehandelten Betonen.- 6.6.1 Innere Sulfatquellen und späte Sulfatfreisetzung.- 6.6.2 Wechselnde Feuchtebelastung und schadensfördernde Randbedingungen.- 6.7 Nachweis von Betonschäden.- 6.7.1 Makroskopisches Schadensbild.- 6.7.2 Kennwerte zur Schadenserfassung.- 6.7.3 Nachweis der Schadensbeteiligung von Ettringit.- 6.7.3.1 Mikroskopisches Schadensbild.- 6.7.3.2 Analytische Verfahren zur Bestimmung von Oxidund Phasenzusammensetzung.- 6.8 Literatur.- 7 Frost-und Frost-Tausalz-Widerstand von Beton.- 7.1 Kurzer historischer Abriss.- 7.2 Gefrieren der Porenlösung im Zementstein.- 7.2.1 Gefrierpunkterniedrigung durch Druck.- 7.2.2 Gefrierpunkterniedrigung durch gelöste Stoffe.- 7.2.3 Gefrierpunkterniedrigung durch Oberflächenkräfte.- 7.2.4 Unterkühlungseffekte.- 7.3 Zerstörungsmechanismen.- 7.3.1 Makroskopische Mechanismen.- 7.3.1.1 Ungleiche Temperaturausdehnungskoeffizienten.- 7.3.1.2 Schichtenweises Gefrieren.- 7.3.1.3 Temperatursturz.- 7.3.2 Mikroskopische Schadensursachen.- 7.3.2.1 Hydraulischer Druck.- 7.3.2.2 Kapillarer Effekt.- 7.3.2.3 Diffusion und Osmose.- 7.3.2.4 Thermodynamisches Modell.- 7.3.2.5 Kristallisationsdruck.- 7.4 Einflussgrößen.- 7.4.1 Einfluss der Betonzusammensetzung.- 7.4.1.1 Wasserzementwert.- 7.4.1.2 Zuschlag.- 7.4.1.3 Künstliche Luftporen.- 7.4.1.4 Zement.- 7.4.2 Technologische Einflüsse.- 7.4.3 Äußere Einflüsse.- 7.5 Frost- und Frost-Taumittel-Prüfverfahren.- 7.5.1 Prüfung des Frost-Taumittel-Widerstandes mit dem CDF-Verfahren.- 7.5.2 Prüfung des Frostwiderstandes mit dem CIF-Verfahren.- 7.5.3 Präzision von CDF- und CIF-Test.- 7.5.4 Prüfung des Frost- und Frost-Tausalz-Widerstandes nach der schwedischen Norm SS 13 72 44 (Slab-Test; Borås-Verfahren).- 7.6 Baupraktische Hinweise.- 7.6.1 Wesentliche Einsatzgebiete für Betone mit hohem FTW bzw.FTSW.- 7.6.2 Hauptschadensbilder frost-und/oder frosttaumittelgeschädigter Betonkonstruktionen.- 7.6.3 Mikroluftporen im Beton (LP-Beton).- 7.6.4 Betontechnische Voraussetzungen für Betone mit hohem FTW bzw. FTSW.- 7.6.5 Wesentliche betontechnologische Anforderungen zur Sicherung eines sachgerechten LP-Betons.- 7.6.6 Beispiel für die Berechnung des spezifischen Zementgehaltes eines Luftporenbetons (LP-Beton).- 7.7 Literatur.- 8 Mikrobiologische Betonkorrosion.- 8.1 Korrosion von Beton in Abwasseranlagen.- 8.2 Korrosion von Beton an Hochbauten.- 8.3 Literatur.- 9 Alkali-Kieselsäure-Reaktion.- 9.1 Kurzer historischer Abriss.- 9.2 Mechanismus der Alkali-Kieselsäure-Reaktion.- 9.3 Reaktivität von Zuschlägen.- 9.4 Alkaliempfindliche Zuschläge.- 9.5 Einflussgrößen auf die Alkali-Kieselsäure-Reaktion.- 9.6 Möglichkeiten zur Reduzierung bzw. Verhinderung schädigender Alkali-Kieselsäure-Reaktion.- 9.7 Prüfverfahren.- 9.8 AKR-Schadensmerkmale.- 9.9 Alkali-Richtlinie.- 9.10 Literatur.- Stichwortverzeichnis.