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Sulfatbeständigkeit - aktuelle Forschungsergebnisse

Klammer, Dietmar / Tritthart, Josef / Mittermayr, Florian / Brunnsteiner, Andrea

Es wurden Schäden an Betonen, die in österreichischen Tunneln durch Kontakt zu sulfathältigen Wässern entstanden sind, sowie Mörtelproben, die im Labor in Sulfatlösungen ausgelagert waren, untersucht. Die Betonschäden in den Tunneln waren das Ergebnis eines Sulfatangriffs der Thaumasit-Form (TSA), obwohl das Gebirgswasser nur etwa 500 mg SO₄^-2/l (gelöster Gips; CaSO₄.2H₂O) enthielt. Die Schäden traten nur an Stellen auf, wo Alkaliionen aus dem Beton verfügbar waren und Wasser, wie die Untersuchung der stabilen Isotope des Sauerstoffs und Wasserstoffs zeigten, verdunsten konnte. Der Verdunstungsprozess hat nicht nur zu einer gravierenden Erhöhung der Sulfatkonzentration über die Sättigungskonzentration von Gips hinaus geführte und so die Aggressivität des Wassers erhöhte, sondern auch zu einem exzessiven Anstieg der Natriumkonzentration. Als Ergebnis dieses Aufkonzentrierungsprozesses ist die Bildung des vorgefundenen Na-Sulfats Mirabilit (Na₂SO₄.10H)₂O) in Form kristalliner Ausblühungen an der Betonoberfläche zu sehen. Die Untersuchung der Mörtelproben zeigte, dass bei einem Angriff von Lösungen mit erhöhten Sulfatgehalt (3000 mg SO₄^-2 /l) an den Mörtelproben im Zeitraum von 3,5 Jahren, eine Schädigung ebenfalls durch die Bildung von Thaumasit sowohl bei niedrigen Temperaturen als auch geringfügig bei Raumtemperatur aufgetreten ist. Dabei spielte der w/z Wert (die Porosität) eine wesentliche Rolle. Er ist nicht nur für die Geschwindigkeit der Schadensbildung verantwortlich, sondern auch maßgeblich für das Ausmaß der Schädigung unabhängig von der verwendeten Zementsorte. Die Druckfestigkeiten blieben nach einer Nacherhärtungsphase bei den bei 20°C gelagerten Proben während des Untersuchungszeitraumes etwa gleich, während sie bei den bei 5°C gelagerten Proben mehr oder wendiger deutlich abnahmen. Die Sulfatgehalte der Mörtelproben zeigte nach 3,5 Jahren Werte, die weit über dem zulässigen Sulfatgehalt von 3,5% SO₃ lagen. Die Ergebnisse der Porenlösungsuntersuchungen zeigten, dass die OHKonzentration fortlaufen abgenommen hat. Ebenso hat die Sulfatkonzentration mit Ausnahme der bei 3000 mg SO₄^-2/l gelagerten Probe mit w/z-Wert 0,70 zunächst auch abgenommen, stieg im weiteren Verlauf teilweise wieder an, blieb aber immer weit unter der SO₄^-2-Konzentration der jeweiligen Lagerlösung.