Durch die Zugabe von Lithium bei der Herstellung von Beton kann unter bestimmten Voraussetzungen eine schädigende AKR (Alkali-Kieselsäure-Reaktion) verhindert werden. Auch bei bereits geschädigten Betonen soll eine Tränkung mit Lithium das Fortschreiten der Schädigung zumindest verringern können. Hierüber liegen jedoch in Deutschland keine gesicherten Erkenntnisse vor. Die Restnutzungsdauer einer Betonfahrbahndecke könnte deutlich verlängert werden, wenn die schädigende AKR verzögert oder möglicherweise sogar gestoppt werden könnte. In dem durchgeführten Forschungsvorhaben wurde daher untersucht, ob mit einer Lithium-Tränkung der Schadensfortschritt einer rissgeschädigten Betonfahrbahndecke beeinflusst werden kann. Hierzu wurde die vorhandene Literatur ausgewertet und Laboruntersuchungen an Bohrkernen aus einer rissgeschädigten Betonfahrbahndecke durchgeführt. Abschließend wurden Empfehlungen für die Durchführung eines Praxisversuchs gegeben. In den USA wurden bereits AKR-geschädigte Betonfahrbahndecken mit einer Lithium-Tränkung behandelt. Eine positive Wirkung im Sinne einer Verzögerung einer schädigenden AKR konnte bisher nicht nachgewiesen werden. Für die Laboruntersuchungen wurde ein Baulos mit geringer Schädigung ausgewählt, das augenscheinlich AKR-spezifische Schadensmerkmale aufwies. Die Laboruntersuchungen im FIZ an Bohrkernen mit und ohne Lithiumbeaufschlagung sollten Aufschluss darüber geben, ob der Schadensverlauf durch eine Lithium-Tränkung beeinflusst werden kann. Um praxisgerechte Verhältnisse nachzubilden, wurden die Bohrkerne an der Mantelfläche mit Epoxydharz abgedichtet, sodass eine Wasseraufnahme bzw. Wasserabgabe nur über die beiden Stirnflächen möglich war. Nach rd. 18 Monaten Einlagerung in einer 40-Grad C-Nebelkammer wiesen die Bohrkerne mit und ohne Lithiumbeaufschlagung Dehnungen von 0,6 bis 1,1 mm/m auf, die über die normale Temperatur- und Feuchtedehnung von rd. 0,30 bis 0,60 mm/m hinausgehen. Derartige Dehnungen weisen auf eine schädigende AKR hin. Aus Betonproben, die vor und nach einer neunbzw. 18-monatigen Nebelkammerlagerung eines Bohrkerns entnommen wurden, wurden Dünnschliffe hergestellt. Als Gesteinskörnung wurde u. a. Rhyolith-Splitt gefunden, der u. U. eine schädigende AKR auslösen kann. Bis zu einem Zeitpunkt von 9 Monaten konnten an entsprechenden Dünnschliffen weder vor noch nach der neunmonatigen Nebelkammerlagerung Riss- bzw. Gelbildungen festgestellt werden, die ursächlich auf eine schädigende AKR hinweisen. Dass an dem vor der Nebelkammerlagerung entnommenen Dünnschliff keine Hinweise auf eine schädigende AKR gefunden wurden, ist insofern nicht unplausibel, da eine Strecke mit geringer Schädigung ausgewählt worden war. Außerdem verzögerte sich die Feuchteaufnahme der Bohrkerne infolge der Abdichtung. Dies zeigt auch die geringe Dehnungszunahme der Bohrkerne, die bei nicht abgedichteten Bohrkernen in den ersten Wochen wesentlich stärker auftritt. AKR-bedingte Treibreaktionen können bei den abgedichteten Bohrkernen somit auch erst zeitlich verzögert auftreten. Die Nebelkammerlagerung wurde daher bis zu einem Zeitraum von 18 Monaten fortgesetzt. Zu diesem Zeitpunkt wurde zusätzlich aus dem Bohrkern mit der stärksten Dehnung eine Betonprobe entnommen und ein Dünnschliff hergestellt. Nach 18 Monaten Nebelkammerlagerung wurden in den Dünnschliffen deutliche Hinweise auf eine schädigende AKR festgestellt. Die Laborversuche zeigen, dass durch die Lithiumbeaufschlagung die Dehnungen nicht verringert wurden. Eine Verhinderung oder zumindest Verzögerung der schädigenden AKR konnte somit nicht nachgewiesen werden. Ursache hierfür ist vermutlich auch, dass das Lithium nur rd. 1 bis 2 cm tief in den oberflächennahen Bereich und nicht bis in den unteren Bereich der rd. 26 cm dicken einschichtigen Betondecke eindringt. Die Rissschädigung der Decke müsste für eine entsprechende Eindringtiefe bereits stärker ausgeprägt sein. Eine derart vorgeschädigte Betondecke dürfte aber infolge der andauernden Dauerschwingbeanspruchung vermutlich nur noch eine geringe Restlebensdauer aufweisen, sodass durch eine Lithiumtränkung keine Verlängerung der gesamten Nutzungsdauer zu erwarten wäre. Eine Lithiumbehandlung sollte daher an einer Betonfahrbahndecke mit zweischichtiger Bauweise mit geschädigtem Oberbeton (Schichtdicke rd. 7 cm) durchgeführt werden. Die Decke sollte zum Zeitpunkt der Tränkung nur eine geringe Schädigung aufweisen. Es ist vorstellbar, dass das Lithium im Fugenbereich leichter in den Beton eindringen kann. Möglicherweise lässt sich durch eine frühzeitige Tränkung die Schädigung der Fugenbereiche aufhalten, die üblicherweise zu vorzeitigen Erhaltungsmaßnahmen führt.

The addition of lithium during the production of concrete prevents ASR damage under specific conditions. Impregnating already damaged concrete with lithium is supposed to reduce the progression of the damage. However, no validated results concerning this issue are available in Germany. The remaining service life of a concrete pavement could be significantly extended if the damaging ASR could be delayed or even stopped. This research project was therefore aimed at investigating whether impregnation with lithium can affect the damage progression in a crack-damaged concrete pavement. The existing literature was evaluated and laboratory investigations on drill cores from a crack-damaged concrete pavement were performed. This was followed by recommendations for a practical test. ASR damage to concrete pavements have been previously treated with lithium impregnation in the US. To date, a positive effect that delays the damaging ASR has not been proven. A construction section with low damage and obvious ASR-specific damage characteristics was selected for the laboratory tests. The laboratory tests in the FIZ on drill cores with and without lithium addition were performed to determine whether the damage progression can be affected by lithium impregnation. Practical conditions were simulated by sealing the sides of the drill cores with epoxy resin, so that water could only be taken up or given off through the two end faces. After approx. 18 months of storage in a fog chamber at 40 deg C, the drill cores with and without lithium addition showed extensions between 0.6 and 1.1 mm/m, which exceeded the normal temperature and humidity extension between approx. 0.30 and 0.60 mm/m. Such extensions indicate a damaging ASR. Polished sections were produced from concrete samples that were taken before and after a 9- or 18-month exposure of drill cores in a fog chamber. The aggregate contained Rhyolith chips, which can initiate a damaging ASR. Up to an exposure period of 9 months, neither the polished sections taken before the nine-month fog chamber exposure nor the ones taken afterwards showed the crack and gel formation that indicates a damaging ASR reaction. It does not seem implausible that the polished sections taken before the fog changer storage do not show traces of a damaging ASR, as a section with little damage had been selected. The humidity uptake was furthermore reduced by the seal around the drill core. This is reflected by the small increase in the length of the drill cores, which is much larger during the first few weeks when the drill cores are not sealed. Expansion reactions due to ASR in sealed drill cores can therefore only occur after a time delay. The fog chamber storage was therefore extended to a period of 18 months. At that time, a concrete sample was taken from the drill core with the highest expansion and a polished section was produced. After 18 months of fogchamber storage, clear indications of a damaging ASR were found in the polished section. The laboratory tests show that lithium addition did not reduce the expansion. Prevention or at least a delay of the damaging ASR could therefore not be proven. One of the reasons may be that the lithium only penetrated approx. 1 to 2 cm deep into the area near the surface, but did not reach the deeper parts of the one-layer concrete pavement with an approximate thickness of 26 cm. The crack damage of the pavement would have to be much more significant to allow for appropriate penetration. However, a concrete pavement with this extent of damage would most likely have a short remaining service life, so that no extension of the total usage time can be expected as a result of lithium impregnation. Lithium treatments should therefore be performed on a concrete pavement with a twolayer structure, of which the top layer (with a thickness of approx. 7 cm) is damaged. The pavement should only show moderate damage at the time of impregnation. It is possible that the lithium penetrates much faster into the concrete in the joint areas. Early impregnation might slow the damage in the joint areas, which usually leads to premature maintenance measures.