Reduktion des Restrisikos einer AAR (Alkali-Aggregate Reaction) im Straßenbau - Einsatz von Portlandhüttenzementen

Abstract

Die Beurteilung von alkaliempfindlichen Gesteinskörnungen und Maßnahmen zur Minimie-rung des Risikos einer möglichen schädlichen Alkali-Aggregate Reaction (AAR) ist für den Betonbau, insbesondere für den Anwendungsfall Betondecke, von großer Bedeutung. Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit dem Einfluss von hüttensandhaltigen Zementen auf die Minimierung dieses Risikos. Für diesen Zweck wurden Untersuchungen an einem weiten Spektrum von Betonausgangsstoffen durchgeführt.<br />Insgesamt wurden 25 Zemente mit unterschiedlichen Hüttensandgehalten von 8 österreichi-schen Herstellern für die Untersuchungen herangezogen.<br />Neben diesen Zementen dienten zwei natürliche Gesteinskörnungen, von denen eine in der Praxis für die Betonherstellung verwendet wird, aber hinsichtlich AAR ein gewisses Restrisiko aufweist, und eine für die Be-tonherstellung nicht übliche reaktive Gesteinskörnung als Basis für die Untersuchungen. Zusätzlich zu diesen natürlichen Gesteinskörnungen wurden Recyclingmaterialien bzw. Bohrkerne aus bestehenden Betondecken einer Untersuchung unterzogen, um Prüfmethoden zur Beurteilung dieser Materialien für eine Wiederverwendung in neu zu errichtenden Beton-decken zu evaluieren. Neben der Durchführung von Schnelltests für Mörtelprismen wurden Betonprismen bei unter-schiedlichen Lagerungsbedingungen jeweils für ein Jahr gelagert und die Längenänderungen in regelmäßigen Abständen bestimmt. Nach Abschluss der Dehnungsmessungen wurden Prü-fungen zur Bestimmung der mechanischen und bruchmechanischen Eigenschaften der Betone durchgeführt. Ergänzend dazu wurde, sowohl bei den Schnelltests als auch bei den Langzeit-versuchen, die Uranylacetatmethode eingesetzt.<br /> Sowohl an den Ergebnissen der Schnelltests, als auch an den Ergebnissen der Langzeitversu-che, konnte der positive Effekt von hüttensandhaltigen Zementen auf die Reduktion der Deh-nungen und damit die Minimierung des Risikos einer schädigenden AAR beobachtet werden. Je größer der Hüttensandgehalt der Zemente, desto geringer waren die gemessenen Dehnun-gen. Da die gemessenen Dilatationen ein Maß für das Auftreten einer schädlichen AAR sind, kann gefolgert werden, dass hüttensandhaltige Zemente eine Verringerung der Reaktion im Beton ermöglichen und deshalb mit deren Verwendung die Gefahr von Schädigungen an Bauwerken vermindert werden kann. An den Ergebnissen der Bestimmungen der mechanischen und bruchmechanischen Parame-ter, insbesondere an den Ergebnissen der Biegezugfestigkeitsprüfungen, aber auch an den Ergebnissen der Keilspaltversuche (Kerbbiegezugfestigkeit und spezifische Bruchenergie) konnte der positive Effekt von hüttensandhaltigen Zementen ebenfalls beobachtet werden. Die bruchmechanischen Parameter sind ein Indikator für den Schädigungsgrad des untersuch-ten Betons. Betonprismen mit höheren Biegezugfestigkeiten bzw. Kerbbiegezugfestigkeiten wiesen geringere Dehnungen als Probekörper mit niedrigeren Festigkeiten auf.<br />Die UV-Lichtuntersuchungen mit Uranylacetat wiesen die gleichen Ergebnisse wie die o. a. Untersuchungsmethoden auf. Bei den Untersuchungen der Bruchflächen der Probekörper mit Uranylacetat und UV-Licht zeigte sich, dass mit einer Erhöhung des Hüttensandgehaltes des Zementes die, unter dem UV-Licht sichtbare, Alkalireaktion - qualitativ - abnimmt.<br />Für die Prüfung von Recyclingmaterialien zeigte sich, dass die Verfahren die zur Bestimmung der AAR-Gefährdung bei natürlichen Gesteinskörnungen angewandt werden auch für Recyc-linggesteinskörnungen eingesetzt werden können und Aussagen über die Wiederverwendbar-keit dieser Betonausgangsstoffe ermöglichen.

The assessment of alkali-sensitive aggregates and measures to minimize the risk of a potential harmful Alkali-Aggregate Reaction (AAR) is extremely important for the Austrian concrete constructions in general and especially for concrete pavements. The presented paper shows the influence of cements containing slag for reducing this risk. Due to this a lot of research work has been done with a wide range of different concrete raw materials.<br />In total 25 cements with different slag contents of 8 Austrian cement producers have been used or the examinations. Besides this large number of cements two types of natural aggre-gates were the basis of the analysis. One of these aggregates is used for concrete production and it shows a certain residual risk regarding AAR. The other aggregate is not commonly used for producing concrete. Besides these natural aggregates also recycled materials and respectively drilling cores from existing concrete pavements have been used to evaluate testing methods for the assessment of recycled materials and for the re-use in new concrete pavements.<br />In addition to the performance of ultra-accelerated mortar-bar tests concrete prism tests have been carried out with different storage conditions and a storage period of one year. The in-crease in length has been determined regularly. At the end of the length measurement tests the fracture mechanical values of the concrete prisms have been determined. Additional analysis both on the mortar bars and on the concrete prisms by use of the uranylacetate-method has been carried out.<br /> The results both of the ultra-accelerated mortar-bar tests and of the concrete prism tests show the positive effect of cements containing slag on the reduction of the expansion and due to that a minimization of the risk of a harmful AAR could be achieved. The higher the content of slag the lower was the measured expansion.<br />Besides the results of the measurements of the expansions the issues of the fracture-mechanical testing methods also show the positive effect of cements containing slag. There is a good correlation between the results of the wedge splitting test according to Tschegg and the results of the determination of the tensile strength in bending. The examinations carried out with the uranylacetate-method showed the same results as the above mentioned test methods.<br />To evaluate the AAR-threat of recycled aggregates it has been shown that the same testing methods as for the assessment of natural aggregates can be used. These testing methods allow declarations of the reusability of recycled aggregates.