Warum Beton quillt und reißt
Alkali-Aggregat-Reaktion im Visier eines interdisziplinären Forschungsprojekts.
Auch an Betonbauten nagt der Zahn der Zeit. Betroffen sind nicht nur stahlbewehrte Konstruktionen wie Brücken, sondern auch Betonbauten ohne Bewehrung, wie Staumauern. Einer der Gründe dafür ist die Alkali-
Abb.: Schäden in drei Dimensionen: Die durch AAR verursachten Risse im Beton entstehen in winzigen Kristallspalten (Mitte) und werden alsbald mit bloßem Auge sichtbar (links). Verantwortlich für das Bersten des Betons ist ein Alkali-
Bemerkenswert dabei: In zahlreichen Kieskörnern, die im Beton stecken, läuft die gleiche Reaktion ab – die Steinchen werden einzeln gesprengt. Der Druck, der durch diese Mikroreaktion auf ein ganzes Bauwerk ausgeübt werden kann, ist gewaltig: Eine Staumauer etwa kann sich um einige Dezimeter ausdehnen. Das kann zu Schäden an den seitlichen Anschlusspunkten zum Fels oder zu Verformungen im Bereich von Schleusen führen. Die Reaktion verläuft langsam, so dass bei betroffenen Bauwerken erst nach zehn bis fünfzehn Jahren erste Schäden bemerkbar werden. Das kontinuierliche Quellen des Betons kann allerdings die Lebensdauer von Bauwerken stark verkürzen.
Einem Team von Wissenschaftlern der Eidgenössischen Materialprüfungs- und Forschungsanstalt EMPA und des Paul-
Zu diesem Zweck wurden sechs Teilprojekte definiert: Das PSI untersucht mit Hilfe von Synchrotronstrahlung die Struktur der Reaktionsprodukte, um ihr Quellen erklären zu können. An der EPFL werden die maßgebenden Rahmenbedingungen für das Auflösen der Silikate und die Zusammensetzung der anfänglich gebildeten Reaktionsprodukte untersucht. Zudem werden dort mit Computersimulationen die Auswirkungen des Quellens auf Bauwerke erforscht. Und an der EMPA wird einerseits die Entstehung der Risse im Beton räumlich und zeitaufgelöst mit Computer-
„Wir sind bereits mittendrin, das bislang nur in Teilen bekannte Phänomen zu entschlüsseln“, so Leemann. Im Mai 2017 startete das vierjährige Forschungsprojekt. Erste Ergebnisse liegen bereits vor. Im nächsten Schritt geht es nun darum, die einzelnen Arbeitsgruppen stärker zu vernetzen und auf den Ergebnissen der Partnergruppen aufzubauen. So soll am Ende ein vollständiges Bild der AAR entstehen, das es erlaubt, den Zustand und die Gefährdung von Beton-
EMPA / RK