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Forschungsbericht: Schädigungspotential infolge erhöhtem Sulfatgehalt bei Verwendung alkalifreier Erstarrungsbeschleuniger

Schädigungspotential infolge erhöhtem Sulfatgehalt bei Verwendung alkalifreier Erstarrungsbeschleuniger
Bauforschung, Band T 3156
Rolf Breitenbücher, Jochen Stark, Björn Siebert, Peter Nobst
Bauhaus-Univ. Weimar, F.A. Finger-Institut für Baustoffkunde -FIB-
Univ. Bochum, Institut für Konstruktiven Ingenieurbau, Lehrstuhl für Baustofftechnik
2008, 58 S., 51 Abb., 23 Tab.
Fraunhofer IRB Verlag

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Inhalt

Inhaltsverzeichnis

1 AUSGANGSSITUATION 1
2 ZIELSETZUNG UND VORGEHENSWEISE 2
3 WIRKUNGSMECHANISMEN ALKALIFREIER ERSTARRUNGSBESCHLEUNIGER 2
4 SCHÄDIGUNGSPOTENTIAL ALKALIFREIER ERSTARRUNGSBESCHLEUNIGER 3
5 PRÜFVERFAHREN ZUM SULFATANGRIFF AUF BETON 5
6 UNTERSUCHUNGEN AN SPRITZBETONPROBEN 6
6.1 Ausgangsstoffe 6
6.1.1 Zement 6
6.1.2 Gesteinskörnung 6
6.1.3 Zugabewasser 6
6.1.4 Erstarrungsbeschleuniger 7
6.1.5 Fließmittel 7
6.2 Zusammensetzung des Spritzbetons 7
6.3 Herstellung von Probekörpern aus Spritzbetonplatten 9
6.4 Einlagerung der Probekörper 11
6.5 Untersuchungen an Spritzbetonprobekörpern 12
7 ERGEBNISSE 15
7.1 Druckfestigkeit 15
7.2 Längenänderung 16
7.3 Ultraschalllaufzeit 17
7.4 Porositätsmessungen 18
7.5 Phasenanalysen 19
7.6 REM-Untersuchungen 22
8 ZUSAMMENFASSUNG 23
9 LITERATUR 25
10 ANHANG 28

Publikationslisten zum Thema:
Spritzbeton, Erstarrungsbeschleuniger, Sulfatgehalt, Dauerhaftigkeit, Schaden, Schädigung, Zusatzmittel, Betonzusatzmittel, Beschleuniger, Wirkung,

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Die Schriftenreihe Spezialbetone soll auch dem Bauingenieur oder Betontechnologen, der nicht täglich im jeweiligen Fachgebiet arbeitet, den sicheren Umgang mit weniger häufig verwendeten Betonen ermöglichen. Band 6 beschäftigt sich mit dem Thema "Spritzbeton". Die Fertigstellung der nationalen Spritzbetonnorm war Anlass, das Thema Spritzbeton im vorliegenden Band 6 der Schriftenreihe Spezialbetone zu behandeln. Auch bei diesem Band wurde das bewährte Konzept beibehalten, neben den Grundlagen auch Beispiele aus der Praxis aufzuführen. Für die allgemeine Betrachtung des Baustoffs Spritzbeton konnte Prof. Dr.-Ing. Harald Schorn, Obmann des Arbeitsausschusses DIN 18551, gewonnen werden. Die Maschinensysteme für Spritzbeton werden von Dr.-Ing. Richard Sonnenberg dargestellt, den Spritzbeton in der Anwendung behandelt Dipl.-Ing. Peter Maurer.

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Forschungsberichte

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Im Rahmen der Forschungsarbeit wird die Tragfähigkeit der Verbundfuge von unbewehrten Stahlfaserspritzbetonergänzungen experimentell sowie numerisch untersucht. Die Bewertung der Schubfestigkeit der unbewehrten Verbundfuge erfolgt durch kleinformatige Probekörper ohne Fugennormalspannung und mit Fugennormalspannung. Dabei wird der Einfluss der Oberflächenvorbehandlung, des Betonuntergrundes und des Fasergehaltes bei verschiedenen Rautiefen unter Verwendung von verschiedenen, praxisüblichen Spritzbetonmischungen untersucht. Des Weiteren werden die zwangsspannungsinduzierenden Schwindverformungen für unterschiedliche Spritzbetonmischungen ermittelt. Die statistische Auswertung der durchgeführten Kleinkörperversuche ohne Fugennormalspannung zeigt, dass bei der verwendeten Fasergeometrie mit den Bemessungsansätzen der Adhäsionstragfähigkeit nach (DIN EN 1992-1-1:2011-01) in Verbindung mit (DIN EN 1992-1-1/NA:2013-04) für Bauteile, die nachträglich mit Spritzbeton bzw. unbewehrten Stahlfaserspritzbeton ergänzt werden, unter sorgfältiger Nachbehandlung ein ausreichendes Sicherheitsniveau für Fugen der Rauheitskategorie rau, verzahnt und spritzrau erreicht wird.

Schädigungspotential infolge erhöhtem Sulfatgehalt bei Verwendung alkalifreier Erstarrungsbeschleuniger

Rolf Breitenbücher, Jochen Stark, Björn Siebert, Peter Nobst
Schädigungspotential infolge erhöhtem Sulfatgehalt bei Verwendung alkalifreier Erstarrungsbeschleuniger
Bauforschung, Band T 3156
2008, 58 S., 51 Abb., 23 Tab.,
Fraunhofer IRB Verlag

Mit dem Einsatz alkalifreier Erstarrungsbeschleuniger für Spritzbeton im konstruktiven Ingenieurbau (z. B. bei Hangsicherungen, Im Tunnelbau, u.ä.) konnten mehrere bisher aufgetretene Probleme gelöst werden. Insbesondere haben diese Erstarrungsbeschleuniger gegenüber den klassischen Produkten Vorteile hinsichtlich reduzierter Auslaugbarkeit und der Früh- und Endfestigkeit. Alkalifreie Erstarrungsbeschleuniger werden meist auf Basis von Aluminiumhydroxid und Sulfat hergestellt. Der Wirkungsmechanismus dieser Erstarrungsbeschleuniger basiert auf einer erhöhten Ettringitbildung im frischen Spritzbeton. Bei einer üblichen Dosierung von ca. 4,0 bis 8,0 M.-Prozent bezogen auf den Zementgehalt wird damit zusätzlich Sulfat in den Beton eingetragen, wobei dieser Anteil auch in etwa in der Größenordnung des nach DIN EN 197-1 max. zul. Sulfatgehaltes liegt. Das Potential für eine schädigende Ettringit- und/oder Thaumasitbildung wird folglich seitens Sulfat in etwa verdoppelt. Inwieweit dieses Potential im Spritzbeton tatsächlich zu Schäden führt, wurde bisher noch nicht näher untersucht. Ziel des Forschungsvorhabens war es zu untersuchen, inwieweit der durch den Einsatz alkalifreier Erstarrungsbeschleuniger verursachte Anstieg des Sulfatgehaltes die Dauerhaftigkeit von Spritzbeton beeinträchtigt. Dabei stand das Schädigungspotential infolge des erhöhten Sulfatgehaltes im Festbeton unter Berücksichtigung des spezifischen Spritzbetongefüges im Mittelpunkt der Untersuchungen. Bei diesem Forschungsprojekt wurden im Spritzstand der Ruhr-Universität Bochum unter praxisnahen Bedingungen 8 Spritzbetone unter Variation von Zement, alkalifreiem Erstarrungsbeschleuniger sowie Dosiermenge hergestellt. Aus den gespritzten Platten wurden jeweils mehrere Bohrkerne entnommen, die über einen Zeitraum von einem Jahr in 0,22 prozentige Sulfatlösung (Na tief 2 SO tief 4), Wasser bzw. an der Luft bei 8 Grad C gelagert wurden. Über diesen Zeitraum wurden die. Druckfestigkeit, Längenänderung und Ultraschalllaufzeit sowie auf der mikroskopischen

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DIN 18551: 1992-03 "Spritzbeton", Abschnitt 8.6, legt fest: "Für die im Spritzbeton liegende Bewehrung gelten die Werte des Verbundbereiches II nach DIN 1045: 1988-07, Tabelle 19. Dabei sind die Werte der Festigkeitsklasse des nachträglich aufgebrachten Spritzbetons maßgebend". Es wird vermutet, daß diese Festlegungen zu ungünstig sind. Deshalb wurde die Verbundfestigkeit der in Spritzbeton liegenden Bewehrung experimentell ermittelt. Der Vergleich von Bruchlasten, Rißbreiten, Rißbildern, Durchbiegungen und Stahlspannungsverläufen lieferte dem Versuchsprogramm gemäß keine signifikanten Unterschiede zwischen monolithischen und und spritzbetonverstärkten Balken. Da die Übergreifungslängen für alle Versuchsbalken unter Ansatz des günstigen Verbundbereiches I ermittelt worden waren, folgt daraus, daß für in Spritzbeton eingebettete Rippenstäbe die Verbundwerte des Verbundbereiches I angesetzt werden dürfen.

Roland Travnicek
Bauelemente aus Glasfaser-Spritzbeton
1985, 74 S., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

Fuer Untersuchungen an Glasfaserspritzbeton wurde eine Versuchsspritzanlage im Massstab 1:1 erstellt. Diese bestand aus Zwangsmischer, Moertelpumpe und Spritzkopf inklusive Schneidwerk fuer die entsprechenden Fasern. Als Fasern wurden alkalibestaendige Glasfasern der Type Cem Fil II verwendet. Die Einfluesse auf die Biegezugfestigkeit durch verschiedene Parameter, wie Fasergehalt, Faserlaenge und Lagerungsbedingungen wurden untersucht. An zwei typischen Bauteilen (faltwerkartigen Balken, Fassadenplatte) wurde deren Realisierbarkeit im gegenstaendlichen Herstellungsverfahren erprobt. Fuer zukuenftige Bemessungsvorschriften wurde ein faltwerkartiger Traeger mit 2,60 m Laenge bis zum Bruch belastet. Die Dehnungen bzw. Stauchungen im Zug- und Druckbereich wurden mittels Dehnungsstreifen und Datenerfassungseinheiten registriert und die Durchbiegung bestimmt. Die Langzeitbestaendigkeit, gemessen durch die Biegezugfestigkeit, wurde ermittelt und mit der Literatur verglichen. (-y-)

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Zeitschriftenartikel

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