Alkali­reaktivität von Gesteins­körnungen und Betonen (Baustoffe)

Bei Vorhandensein alkaliempfindlicher Gesteinskörnungen im Beton können Treibreaktionen infolge einer schädigenden Alkali-Kieselsäure-Reaktion (AKR) auftreten, die zu massiven Rissbildungen führen. Um solche Schäden bei Neubau- und Instandsetzungsmaßnahmen zu vermeiden oder das Restreaktionspotenzial bereits geschädigter Bauwerke zu bestimmen, werden im Baustofflabor der BAW spezielle Laborprüfungen durchgeführt.

Sofern die stofflichen Voraussetzungen im Beton für eine schädigende AKR, also erhöhter Alkaligehalt und alkaliempfindliche Gesteine, gegeben sind, ist bei Wasserbauwerken die Wahrscheinlichkeit einer solchen Reaktion aufgrund des ständigen Feuchteangebots (massige Bauteile, Wasserbeaufschlagung) deutlich höher als beispielsweise bei Ingenieurbauwerken des Hochbaus. Bereits geringe Vorschädigungen, z. B. aus Rissen infolge Zwangsspannungen bei abfließender Hydratationswärme, können auch bei nur schwach reagierenden Gesteinskörnungen langfristig eine schädigende AKR initiieren (Bild 1).

Um Schäden zu vermeiden, werden daher bei jedem Verdacht auf Alkaliempfindlichkeit (z. B. bei Verwendung bestimmter Gesteinskörnungen, die laut Regelwerk nicht eindeutig bewertet werden können) erweiterte Eignungsuntersuchungen in Anlehnung an die Alkali-Richtlinie des DAfStb durchgeführt. Dazu werden mit den geplanten Betonrezepturen Probekörper hergestellt und für 9 Monate in einer 40°C-Nebelkammer gelagert (Bild 2). Während der Lagerung werden neben augenscheinlichen Schadensmerkmalen (Rissbildung, Gelausscheidungen) die Dehnungen (Bild 3) und Änderungen des inneren Gefügezustands (relativer E-Modul) erfasst.

Liegen bei Betonbauwerken bereits Schäden mit AKR-typischen Schadensbildern vor, werden zur Ermittlung der Schadensursache, des Schadensausmaßes sowie des noch im Beton vorhandenen Treibreaktionspotenzials Bohrproben aus den geschädigten Bauwerken entnommen und ebenfalls einer reaktionsbeschleunigenden Lagerung in der 40°C-Nebelkammer ausgesetzt. Zusätzlich zu den genannten Bewertungsverfahren erfolgt eine direkte Bewertung evtl. Festigkeitsverluste durch die Bestimmung der Restfestigkeit nach der Nebelkammerlagerung. Diese Untersuchungen sind notwendige Voraussetzungen für die Bewertung der Tragfähigkeit und Gebrauchstauglichkeit sowie evtl. Instandsetzungsmöglichkeiten.