Einwirkung von Biodiesel auf Betonflächen

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1 Einwirkung von Biodiesel auf Betonflächen Prof. Dr.-Ing. K.-Ch. Thienel (UniBw) Dr. J. Junggunst (TÜV SÜD Industrie Service GmbH) Gliederung Motivation Formen des chemischen Angriffs auf Beton Einfluss von Mineralöl auf Beton Untersuchungsparameter Ergebnisse Zusammenfassung

2 Motivation Biodiesel hat wegen seines geringeren Preises und politischer Vorgaben einen Anteil von 4 % am Dieselmarkt erreicht. Biodiesel wird inzwischen von mehr als 1900 Tankstellen angeboten. Bis Ende 2003 wurde Biodiesel nur in Reinform (B100) vermarktet. Seit 2004 können bis zu 5 % Biodiesel herkömmlichem Diesel beigemischt werden (B5). Motivation Die Wirkung mineralischer Treibstoffe auf Beton wurde ausreichend untersucht. Zur Wirkung von Biodiesel auf Beton liegen bisher wenige Untersuchungen vor. Die Auswirkung einer kombinierten Einwirkung ist noch nicht bekannt.

3 Formen des chemischen Angriffs auf Beton Treibender Angriff Durch das Bilden neuer Phasen kann ein Kristallisationsdruck entstehen, der das Betongefüge zerstört. Lösender Angriff Bestandteile des Zementsteins werden gelöst oder umgewandelt. Das Betongefüge wird geschwächt und eventuell poröser. Fettsäuren im Biodiesel können einen lösenden Angriff verursachen. Einfluss von Mineralöl auf Beton Druckfestigkeit Die Druckfestigkeit wird durch einen Lagerung in Mineralöl reduziert. Ursache ist ein innerer Gleiteffekt. Der Prozess ist nach dem Austrocknen reversibel. Folgerung für die Praxis eine höhere Betonfestigkeitsklasse verwenden.

4 Einfluss von Mineralöl auf Beton chemische Schädigung Eine chemische Schädigung ist erst ab einer Neutralisationszahl (Säurezahl) von über 0,25 mg KOH/g zu erwarten. Der Grenzwert der Neutralisationszahl für Dieselkraftstoff beträgt nach DIN EN 590 0,20 mg KOH/g. Untersuchungsparameter Treibstoff Serie % Diesel (Tankstelle Ottobrunn, Hersteller unbekannt) 100 % Biodiesel (Tankstelle Ottobrunn, Hersteller unbekannt) Treibstoff Serie % Diesel (Esso-Raffinerie, Ingolstadt) 100 % Biodiesel (Connemann-Ölmühle, Leer) 5 % Biodiesel / 95 % Diesel (B5) 10 % Biodiesel / 90 % Diesel (B10)

5 Untersuchungsparameter Vorlagerung: 7 Tage unter Wasser, 21 Tage bei 20 C / 65 % r. F. Einlagerung ab einem Alter von 28 Tagen Art der Beaufschlagung vollständig in Treibstoff eingetaucht (D, B5, B10, B100) Treibstoff aufstehend (B100) zweimal wöchentlich je 10 min in Treibstoff eingetaucht und abgewischt (B100) Probekörper eingetaucht

6 Probekörper Biodiesel (B100) aufstehend Biodiesel 22 mm 56 mm ca. 10 mm 100 mm 100 mm Probekörper in Biodiesel (B100) eintauchen und abwischen 100 mm Betonwürfel 78 mm Betonwürfel Biodiesel ca. 8 mm Blechwanne Glasstäbchen

7 Betoneigenschaften Material CEM II/A-LL 32,5 R: 524 kg/m 3 Münchner Kalksand 0/4 mm: 1570 kg/m 3 Wasser: 262 kg/m 3 W/Z = 0,50 Prismendruckfestigkeit (28 d): 61 MPa Anforderungen (z. B. DIN EN Abscheider für Leichtflüssigkeiten ): C35/45 Untersuchte Parameter Biegezugfestigkeit Druckfestigkeit Eindringtiefe von Biodiesel ph-wert Säurekapazität

8 Biegezugfestigkeit Serie 1 Biegezugfestigkeit [MPa] Vorlagerung Normklima Diesel Biodiesel Einlagerung Probenalter [d] Druckfestigkeit Serie 1 Druckfestigkeit [MPa] Vorlagerung Normklima Diesel Biodiesel Einlagerung Probenalter [d]

9 Auswirkung der Lagerung in Biodiesel Serie 1 Auswirkung der Lagerung in Biodiesel Serie 1

10 Auswirkung der Lagerung in Biodiesel Serie 1 Auswirkung der Lagerung in Biodiesel Serie 1

11 Prismen nach 184 d in Treibstoff und weiteren 56 d bei 20 C/65 r.f. Diesel Biodiesel (B100) Druckfestigkeit Serie 2 Druckfestigkeit [MPa] Vorlagerung Normklima 100 % Diesel 5 % Biodiesel 10 % Biodiesel 100 % Biodiesel Einlagerung Probenalter [d]

12 Schädigung nach 129 d Einlagerung 100 % Biodiesel (B100) 5 % Biodiesel (B5) Eindringtiefe Biodiesel Eindringtiefe [mm] 4,0 3,0 2,0 1,0 Minimum Mittelwert Maximum 0,0 BD EUA 28d BD EUA 56d BD A 28d BD A 56d

13 ph-wert und Säurekapazität Kern Rand 40 mm Einfluss der Beaufschlagungsdauer auf den ph-wert am Rand und im Kern 13,5 13,0 Rand 28 d Kern 28 d Rand 56 d Kern 56 d p H-Wert 12,5 12,0 11,5 NK D 5%BD 10%BD BD BD A BD EUA

14 Einfluss der Beaufschlagungsdauer auf die Säurekapazität am Rand und im Kern Säurekapazität (OH - -Ionen) [mmol/kg] Rand 28 d Kern 28 d Rand 56 d Kern 56 d 0 NK D 5%BD 10%BD BD BD A BD EuA Zusammenfassung Biodiesel greift Beton lösend an. Der Angriff beschränkt sich im Untersuchungszeitraum auf die Randzone. Selbst die scheinbar ungestörte Randzone wird durch die Fettsäure im Biodiesel geschädigt. Durch diesen Säureangriff kann die Randzone so stark aufgeweicht werden, dass sie bei einer mechanischen Beanspruchung keinen nennenswerten Widerstand bietet. Beimengungen von 5 bzw. 10 % Biodiesel wirken sich im Untersuchungszeitraum nicht negativ auf die Festigkeit aus.