Einfluss unterschiedlicher Taumittel auf die Dauerhaftigkeit von Betonwaren

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1 Einfluss unterschiedlicher Taumittel auf die Dauerhaftigkeit von Betonwaren Patrick Schäffel, Sebastian Palm 57. BetonTage Neu-Ulm, 5. Februar 2013

2 Ausgangssituation Informationen SLG vielfach Schäden an Betonpflasterflächen mögliche Ursachen: strenge Winter 2009/2010 und 2010/2011 vielerorts Knappheit an üblichen Streusalzen (NaCl) mutmaßlich falscher Einsatz von Tausalzen bzw. Einsatz falscher Streusalze, z. B. hochkonzentrierte Chloride, magnesiumhaltige Taumittel Gemeinsames Untersuchungsprogramms von SLG, VDZ und dem Verband Österreichischer Beton- und Fertigteilwerke (VÖB) zum Einfluss verschiedener Taumittel auf Betonpflastersteine

3 Gefrier- und Löslichkeitskurven 0 Lösung NaCl -10 MgCl 2 Temperatur in C Eis Salz in Hydratform CaCl 2-60 eutektischer Punkt Anteil in M.-% 3

4 Zusammenhang zwischen Gefrierpunkt und Porengröße Makroskopischer Gefrierpunkt Gefrierpunkt in den Poren Einfluss der Zusammensetzung der Porenlösung auf das Gefrierverhalten in Zementstein Budelmann, H.: Baustoffkunde 2. Semester. Vorlesungsskript, Institut für Baustoffe, Massivbau und Brandschutz, TU Braunschweig, 2003 Beddoe, R.E.; Setzer, M.J.: A low-temperature DSC investigation of hardened cement paste subjected to chloride action, Cement and Concrete Research 1988, Heft-Nr. 2, S

5 Taumittelkonzentrationen in Frost-Laborprüfungen NaCl CaCl 2 MgCl 2 mol Cl / l M.-% 0,09 0,5 0,5 0,4 0,17 1,0 0,9 0,8 0,52 3,0 2,9 2,5 1,07 6,3 5,9 5,1 1,64 9,6 9,1 7,8 3,93 23,0 21,8 18,7 Beddoe, R.E.; Setzer, M.J.: A low-temperature DSC investigation of hardened cement paste subjected to chloride action, Cement and Concrete Research 1988, Heft-Nr. 2, S

6 Einfluss von hochkonzentrierten Salzlösungen auf die Dauerhaftigkeit von Beton - Stand der Kenntnisse Milachowski, Charlotte; Skarabis, Jens; Gehlen, Christoph; Götzfried, Franz: Einfluss des Sulfatgehalts von Tausalzen auf den Frost-Tausalz- Widerstand von Betonen im Bereich der Bundesfernstraßen. Straße und Autobahn 2010, Heft-Nr. 11, S CDF Test 28 FTW 26 %-ige NaCl - Lösung 3 %-ige NaCl - Lösung

7 Einfluss von hochkonzentrierten Salzlösungen auf die Dauerhaftigkeit von Beton - Stand der Kenntnisse R.D. Hooton, G.A. Julio-Betancourt: Chemical Attack of Various Chloride Salts on Concrete Prüfung des FTW-Widerstandes mit verschiedenen Taumitteln nach ASTM C666 (-18 bis +3 C, 300 FTW) Lagerung in verschiedenen Taumittellösungen bei 5 C Bildung von Calcium- und Magnesiumoxichloriden, die zu Abwitterungen und Abblätterungen führten Schädigungsgrad abhängig von Dosierung der Salzlösung, der Lagerungstemperatur und der Lagerungsdauer

8 Einfluss von hochkonzentrierten Salzlösungen auf die Dauerhaftigkeit von Beton - Stand der Kenntnisse Lagerung (450 d) in NaCl - Lösung (18 %) bei 5 C Im Anschluss 300 FTW (gleiche Lösung) 300 FTW in 14 %iger MgCl 2 - Lösung Lagerung (530 d) in MgCl 2 - Lösung (20 %) bei 5 C

9 Einfluss von hochkonzentrierten Salzlösungen auf die Dauerhaftigkeit von Beton - Stand der Kenntnisse Lagerung (450 d) in NaCl - Lösung (18 %) bei 5 C Im Anschluss 300 FTW (gleiche Lösung) 300 FTW in 15 %iger CaCl 2 - Lösung Lagerung (530 d) in CaCl 2 - Lösung (22 %) bei 5 C

10 Einfluss von hochkonzentrierten Salzlösungen auf die Dauerhaftigkeit von Beton - Stand der Kenntnisse M. Collepardi, l. Coppola, C. Pistolesi: Durabiltiy of concrete structures exposed to CaCl 2 based deicing salts Bildung von Calciumoxychloriden (3CaO CaCl 2 15 H 2 O) Quelldrücke führen zu Schädigungen von Beton, insbesondere bei abnehmende w/z-werten und ohne künstliche Luftporen S. Chatterji: Mechanism of the CaCl 2 attack on Portland cement concrete Bildung von Komplexsalzen mit CaCl 2, Ca(OH) 2 und/oder CaCO 3 (Lösungen mit > 15 % CaCl 2 ) Kristallisationsdruck Auslaugung von Ca(OH) 2 und damit Vergröberung des Gefüges Verstärkung eines Frostangriffs Zunehmende Schädigung mit sinkender Temperatur (insb. < 20 C) D. Knöfel: Zur chemischen und Frost-Tauwechsel-Einwirkung von NaClund CaCl 2 - Lösungen sowie deren Gemenge auf Beton treibende Zerstörung von Zementstein durch Calciumoxychloridhydrat bei hohen CaCl 2 -Konzentratioen möglich

11 Entwicklung des Versuchsprogramm Analyse von Taumitteln aus Rückstellproben der BASt (u. a. Sulfatgehalt) Prüfung des Frost-Taumittel-Widerstandes von Pflastersteinen gemäß DIN EN 1338 Taumittel NaCl, CaCl 2, MgCl 2 (Konzentration 3 %) Taumittellösung CMA (5 %, äquivalente Auftauleistung) Prüfungen zum Kristallisationsdruck von Tausalzen 50 Trockungs-/Sättigungszyklen in Anlehnung an DIN Taumittel mit Konzentrationen entsprechend der jeweils optimalen Tauwirkung (sofern bekannt, eutektischer Punkt) Sättigung in Lösung bei (20 ± 1) C, Trocknen bei (110 ± 5) C (6 h) Prüfung des chemischen Angriffes Einlagerung in 4 Taumittellösungen bei (6 ± 1) C

12 Taumittel aus Rückstellproben der BASt Element Chlorid Einheit BASt 1 Sizilien BASt 2 Polen BASt 3 Peru Taumittel BASt 4 Übersee BASt 5 *) BASt 6 *) ,0 53,4 58,1 61,7 61,3 57,2 Nitrat als NO 3 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 Sulfat als SO 4 2,12 3,47 1,29 0,25 0,58 1,06 Iodid M.-% 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 Natrium 41,3 35,9 36,5 38,3 38,1 35,5 Kalium 0,08 0,02 0,04 0,02 0,07 0,03 Calcium 1,03 1,70 0,55 0,03 0,38 0,60 Magnesium 0,05 0,00 0,09 0,00 0,04 0,12 *) nicht bestimmt

13 Taumittel für die Dauerhaftigkeitsuntersuchungen Element Wasser, 950 C IR Einheit Natriumchlorid Calciumchlorid Taumittel Ice & Dust Away Magnesium -chlorid Hexahydrat n. b. 13,5 n. b. 42,3 Chlorid 61,2 48,1 0,14 33,3 Nitrat als NO 3 0,00 0,01 0,00 0,00 Sulfat als SO 4 0,03 0,05 0,01 0,23 Iodid M.-% 0,00 0,00 0,00 0,00 Natrium 38,3 0,95 0,06 0,23 Kalium 0,07 0,23 0,00 0,26 Calcium 0,03 27,1 2,80 0,01 Magnesium 0,00 0,00 2,61 15,9 n. b.: nicht bestimmt

14 Wasseraufnahmen und Rohdichten der Betonpflastersteine bei Ausgleichsfeuchte im Klima 20/65 0,18 Kapillare Wasseraufnahme in M.-% nach 10 min Fußbad 0,16 0,14 0,12 0,10 0,08 0,06 0,04 0,02 0,00 24 Steine mit geringster Wasseraufnahme übrige 26 Steine 2,28 2,30 2,32 2,34 2,36 2,38 2,40 Rohdichte bei Ausgleichsfeuchte im Klima 20/65 in g/cm³

15 Frost-Taumittel-Widerstand 1,5 3 %ige NaCl - Lösung Abwitterung in kg/m² 1,0 0,5 3 %ige CaCl 2 - Lösung 3 %ige MgCl 2 - Lösung 5 %ige CMA - Lösung Grenzwert nach DIN EN 1338, Abschnitt , Frost-Tau-Wechsel

16 Befeuchtungs-Trocknungs-Zyklen Abwitterung in M.-% 1,0 0,8 0,6 0,4 22 %ige NaCl - Lösung, Vorsatzbeton 22 %ige CaCl 2 - Lösung, Vorsatzbeton 22 %ige MgCl 2 - Lösung, Vorsatzbeton 25 %ige CMA - Lösung, Vorsatzbeton 0,2 0, Befeuchtungs-Trocknungs-Zyklen

17 Chemischer Angriff nach Lagerung bei (6 ± 1) C Vorsatzbeton Dehnung in mm/m 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0,0 22 %ige NaCl - Lösung, Vorsatzbeton 22 %ige CaCl 2 - Lösung, Vorsatzbeton 22 %ige MgCl 2 - Lösung, Vorsatzbeton 25 %ige CMA - Lösung, Vorsatzbeton dest. Wasser, Vorsatzbeton -0,1-0, Alter in Monaten

18 Chemischer Angriff nach Lagerung bei (6 ± 1) C Kernbeton Dehnung in mm/m 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0,0 22 %ige NaCl - Lösung, Kernbeton 22 %ige CaCl 2 - Lösung, Kernbeton 22 %ige MgCl 2 - Lösung, Kernbeton 25 %ige CMA - Lösung, Kernbeton dest. Wasser, Kernbeton -0,1-0, Alter in Monaten

19 Zusammenfassung der Untersuchungen Ergebnisse unter den gewählten betontechnologischen und versuchstechnischen Randbedingungen Abwitterungen gemäß DIN EN 1338 deutlich unterhalb des Grenzwertes von 1,0 kg/m² nach 28 Frost-Tau-Wechseln Keine Schädigungen infolge Kristallisationssprengdruck durch Aufkonzentration der Taumittel mit 50 Befeuchtungs-Trocknungs-Zyklen Keine signifikanten Schädigungen durch Komplexsalzbildung in Taumittel- Lösungen bei Temperaturen von (6 ± 1) C innerhalb von 9 Monaten 20

20 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!

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