Einfluss verschiedener Auftausalze auf den Frost- Tausalz-Widerstand von Beton

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Laura Brandt
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1 ASTRAD SYMPOSIUM 2011 Einfluss verschiedener Auftausalze auf den Frost- Tausalz-Widerstand von Beton 13. April 2011 C. Milachowski, F. Götzfried*, J. Skarabis, C. Gehlen Technische Universität München Centrum Baustoffe und Materialprüfung *SÜDSALZ GmbH

2 Quelle: Südsalz

3 Inhaltsübersicht Grundlagen der Frost-Tausalz-Schädigung von Beton Untersuchungsprogramm Ergebnisse Zusammenfassung

4 Teil 1: Grundlagen

5 Was ist Beton? Luft Gesteinskörnungen Zement Wasser Sande Kies oder Splitt Zusatzstoffe Zusatzmittel Flugasche / Hüttensand / Kalksteinmehl Fließmittel Luftporenbildner

6 Was passiert bei einem Frost-Tausalz-Angriff? Frostsaugen Schadensbilder: Rissbildung im Betongefüge Flächige Abwitterung Absanden Schollige Abwitterung Popouts

8 Was passiert bei einem Frost-Tausalz-Angriff? Frostsaugen Schadensbilder: Rissbildung im Betongefüge Flächige Abwitterung Absanden Schollige Abwitterung Popouts

9 Stand der Normung XF2 XF4 mäßige Wassersättigung, mit Taumittel hohe Wassersättigung, mit Taumittel Bauteile im Sprühnebel- oder Spritzwasserbereich von taumittelbehandelten Verkehrsflächen, soweit nicht XF4 Überwiegend horizontale Bauteile im Spritzwasserbereich von taumittelbehandelten Verkehrsflächen; Räumerlaufbahnen von Kläranlagen Meerwasserbauteile in der Wasserwechselzone Anforderungen: Zementart, Mindestzementgehalt, w/z-wert, Gesteinskörnung, z.t. Einführung künstlicher Luftporen Betondruckfestigkeit Nachbehandlung

10 Praxis Labor Bildquelle: Setzer

11 Nachweis der Frost-Tausalz-Beständigkeit im Labor Prinzip: Probekörper werden vorgesättigt und anschließend einer definierten Frost-Tau-Wechsel-Beanspruchung im Labor unterzogen Für den Bereich XF4 (hohe Wassersättigung mit Taumittel): - Plattenprüfverfahren - Würfelverfahren - CDF-Verfahren

12 CDF-Verfahren Bildquelle: Setzer

13 Abnahmekriterum: Mittlere aufsummierte Abwitterung vor Befrostung nach Befrostung

14 Auftausalz Salzart: NaCl, MgCl 2, CaCl 2 Anforderungen: Reinheit Kornverteilung Kleinst- und Größtkornanteil Anteil unlöslicher Stoffe Feuchtigkeit bei Silo- und Hallenlagerung Nachweis erfolgt über eine Analyse der Zusammensetzung

15 Teil 2: Untersuchungen

Verwendete Betonrezeptur Anforderung: Zement: CEM I 42,5 N Zementgehalt: 350 kg/m³ 350 kg/m³ w/z-wert: 0,45 0,45 Gesteinskörnung: Sand, Basalt Zusatzmittel: LP

16 Verwendete Betonrezeptur Anforderung: Zement: CEM I 42,5 N Zementgehalt: 350 kg/m³ 350 kg/m³ w/z-wert: 0,45 0,45 Gesteinskörnung: Sand, Basalt Zusatzmittel: LP Bilder: 4,6 Vol.-% 4,5 Vol.-% Verschiedene Prüflösungen um - Einfluss Sulfatgehalt - Einfluss Feuchtsalzkomponente - Einfluss Taumittelkonzentration zu ermitteln

17 Einfluss Sulfatgehalt Quelle: Südwestdeutsche Salzwerke AG

18 Einfluss Sulfatgehalt Hintergrund: TL Streu: Gehalt an wasserlöslichen Sulfaten im Auftausalz maximal 2,0 M.-% (bezogen auf die Trockenmasse) dennoch: Forderung nach weitaus niedrigeren Gehalten Äußerer Sulfatangriff auf Beton: CA-Hydrate + SO 2-4 Ettringit Ca(OH) 2 + SO 2-4 (hohe Sulfatkonzentration) Gips CSH + CaCO 3 + SO (T < 15 C) Thaumasit

19 Stand der Normung XA1 schwacher chemischer Angriff Bauteile in Kläranlagen Güllebehälter XA2 XA3 mäßiger chemischer Angriff Stark angreifender chemischer Angriff Bauteile in betonangreifenden Böden Bauteile, die mit Meerwasser in Berührung kommen Industrieabwasseranlagen Gärfuttersilos Kühltürme mit Rauchgasableitung Anforderungen: Zementart, Mindestzementgehalt, w/z-wert, Betondruckfestigkeit Nachbehandlung

20 Untersuchungskonzept Prüfung mit dem CDF-Verfahren in 3%igen und 26,3%igen NaCl-Lösungen Salze: Parameter Siedesalz S1 Steinsalz S2 Steinsalz S3 Natriumchlorid Ph.Eur. S4 NaCl [Gew.-%] 99,7 98,25 98,88 99,8 Calcium [mg/kg] Magnesium [mg/kg] 0, < 1 Sulfat [mg/kg]

21 Stand der Normung XA1 schwacher chemischer Angriff 200 < SO 4 2- mg/l 600 XA2 mäßiger chemischer Angriff 600 < SO 4 2- mg/l 3000 XA3 Stark angreifender chemischer Angriff 3000 < SO 4 2- mg/l 6000

22 Bedeutung für die Dauerhaftigkeit 3%ige Lösungen: ,0/97,0 = 158 mg/l 26,3%ige Lösungen: ,3/73,7 = 1820 mg/l XA0 XA2 Klasse min. f ck max. w/z- Wert Z min XA1 C30/37 0, kg/m³ XA2 C30/37 0, kg/m³ XA3 C35/45 bzw. C30/37 (+LP) 0, kg/m³ XF4 C30/37 (+LP) 0, kg/m³ XD3 C35/45 bzw. C30/37 (+LP) 0, kg/m³

23 Einfluss Sulfatgehalt (3%ige Lösungen) Abwitterung [g/m²] Straßenbeton Beton in den Prüflösungen: 3% NaCl(6 mg/l SO 4 ) 3% NaCl (47 mg/l SO 4 ) 3% NaCl(127 mg/l SO 4 ) 3% NaCl(5 mg/l SO 4 ) Frost Tau Wechsel [ ]

24 Einfluss Sulfat 3%ige Lösungen geringer Sulfatgehalt: hoher Sulfatgehalt:

25 Einfluss Sulfat 26,3%ige Lösungen geringer Sulfatgehalt: hoher Sulfatgehalt:

26 2. Einfluss Feuchtsalzkomponente bessere Wirkung bei geringerer Menge

27 Untersuchungskonzept (1) Prüfung mit dem CDF-Verfahren in NaCl-Lösungen mit zusätzlich NaCl, MgCl 2 oder CaCl 2 Lösungen: L1 (NaCl + 0,9 NaCl) L2 (NaCl + 0,9 CaCl 2 ) L3 (NaCl + 0,9 MgCl 2 ) L4 (NaCl + 7,9 NaCl) L5 (NaCl + 7,9 CaCl 2 ) L6 (NaCl + 7,9 MgCl 2 ) 2,1 M.-% NaCl (S2) und 0,9 M.-% NaCl (S2) 2,1 M.-% NaCl (S2) und 0,9 M.-% CaCl 2 (S5) 2,1 M.-% NaCl (S2) und 0,9 M.-% MgCl 2 (S6) 2,1 M.-% NaCl (S2) und 7,9 M.-% NaCl (S2) 2,1 M.-% NaCl (S2) und 7,9 M.-% CaCl 2 (S5) 2,1 M.-% NaCl (S2) und 7,9 M.-% MgCl 2 (S6)

28 Ergebnisse Abwitterung [g/m²] Beton in den Prüflösungen: L1(NaCl + 0,9 NaCl) L2(NaCl + 0,9 CaCl 2 ) L3(NaCl + 0,9 MgCl 2 ) Frost Tau Wechsel [ ]

29 Ergebnisse Abwitterung [g/m²] Beton in den Prüflösungen: L4(NaCl + 7,9 NaCl) L5(NaCl + 7,9 CaCl 2 ) L6 (NaCl + 7,9 MgCl 2 ) Frost Tau Wechsel [ ]

30 28 Frost-Tau-Wechsel: NaCl NaCl + MgCl 2 NaCl + CaCl 2 56 Frost-Tau-Wechsel: NaCl NaCl + MgCl 2 NaCl + CaCl 2

31 Einfluss: Reines Feuchtsalz Bildquelle: Öberg et al.

32 Untersuchungskonzept (2) Einfluss reines Feuchtsalz Prüfung mit dem CDF-Verfahren in NaCl-, MgCl 2 - und CaCl 2 - Lösungen Lösungen: L7 (3% NaCl) L8 (18% CaCl 2 ) L9 (14% MgCl 2 ) 3,0 M.-% NaCl (S2) 18,0 M.-% CaCl 2 (S5) 14,0 M.-% MgCl 2 (S6) Hier: maximale zu erwartende Schädigungen

33 Ergebnisse Beton in den Prüflösungen: 1500 L7 (3,0 M. % NaCl) Abwitterung [g/m²] L8 (18 M. % CaCl 2 ) L9 (14 M. % MgCl 2 ) Frost Tau Wechsel [ ]

34 28 Frost-Tau-Wechsel: NaCl MgCl 2 CaCl 2

35 Fazit Einfluss Feuchtsalzkomponente Tendenz: Schädigungspotential CaCl 2 > MgCl 2 > NaCl, aber:

36 Einfluss Taumittelkonzentration

37 Hintergrund Quelle: Setzer et al. Relativ niedrige Konzentration führen bei NaCl zu Schädigungsmaximum

38 Untersuchungskonzept Prüfung von einem regelkonform hergestellten Beton mit dem CDF- Verfahren in NaCl-Lösungen mit zusätzlich NaCl, MgCl 2 oder CaCl Beton in den Prüflösungen: 1000 Beton in den Prüflösungen: 2,1 M. % NaCl und 0,18 M. % MaCl M. % NaCl 750 2,1 M. % NaCl und 0,9 M. % MaCl 2 Abwitterung [g/m²] M. % NaCl Abwitterung [g/m²] ,1 M. % NaCl und 7,9 M. % MaCl Frost Tau Wechsel [ ] Frost Tau Wechsel [ ]

39 Untersuchungskonzept Prüfung von einem regelkonform hergestellten Beton mit dem CDF- Verfahren in NaCl-Lösungen mit zusätzlich NaCl, MgCl 2 oder CaCl Beton in den Prüflösungen: 3 M. % NaCl 10 M. % NaCl Beton in den Prüflösungen: 2,1 M. % NaCl und 0,18 M. % CaCl 2 2,1 M. % NaCl und 0,9 M. % CaCl 2 2,1 M. % NaCl und 7,9 M. % CaCl 2 Abwitterung [g/m²] Abwitterung [g/m²] Frost Tau Wechsel [ ] Frost Tau Wechsel [ ]

40 Abnahmekriterium für 3%ige NaCl-Lösung Abwitterung [g/m²] Frost Tau Wechsel [ ]

41 Zusammenfassung

42 Ein erhöhter Sulfatgehalt von Auftausalzen beeinträchtigt den Frost-Tausalz-Widerstand von Beton nicht Durch Zugabe einer Feuchtsalzkomponente wird der Frost- Tausalz-Widerstand minimal verringert Den größten Einfluss auf den Frost-Tausalz-Widerstand hat die Art des Taumittels und die Konzentration der Lösung Der Einfluss all dieser Komponenten ist auf normkonform zusammengesetzten Beton unerheblich!!!

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