Dauerhaftigkeit von Beton

Historische Rolle der Dauerhaftigkeit. Voraussetzungen und Kennwerte. Wesentliche betontechnische Maßnahmen zur Gewährleistung der Dauerhaftigkeit. Expositionsklassen, bezogen auf Umgebungsbedingungen (Bewehrungskorrosion, Betonangriff). Grenzwerte für Expositionsklassen bei chemischem Angriff durch natürliche Böden und Grundwasser. Grenzwerte für Zusammensetzung und Eigenschaften von Beton für die einzelnen Expositionsklassen. Einfluss des Zementsteins auf die Dauerhaftigkeit. Bedeutung der Porenverhältnisse im Beton. Zusammenhang zwischen Porosität und Druckfestigkeit als Grundlage für den Mischungsentwurf. Walz-Diagramm.

Kurzer historischer Abriss. Chemische und mineralogische Zusammensetzung des Portlandzementklinkers. Zementtechnische Eigenschaften der Klinkermineralien. Rolle des Gipses als Erstarrungsregler. Charakteristik und Eigenschaften der Zementzumahlstoffe Hüttensand, Trass, Flugasche, Ölschiefer und Silicastaub. Zumahlstoffzemente im Beton. Zementmahlung. Hydratation der silicatischen Phasen der Zemente. Vergleich der Hydratationsprodukte. Reaktionskinetik und -geschwindigkeit bei der Hydratation des Portlandzements. Reaktionen während der Frühphase der Hydratation. Der Hydratationsgrad als Maß für den Hydratationsfortschritt. Normalzemente nach DIN EN 197-1 und Zemente mit besonderen Eigenschaften nach DIN EN 197-1, DIN EN 14216 und DIN 1164. Sulfathüttenzement und Feinstzemente.

Kurzer historischer Abriss. Wesen der Carbonatisierung als Reaktion der Zementsteinphasen mit Kohlendioxid. Carbonatisierungsphasen. Positive und negative Auswirkungen der Carbonatisierung auf den Beton. Einflussfaktoren auf die Carbonatisierung – CO₂-Konzentration, Feuchtigkeit, w/z-Wert, Zementart, Nachbehandlung, Gesteinskörnungen, Zusatzmittel, Zusatzstoffe, Temperatur und thermodynamische Aspekte. pH-Wert und pH-Wert-Berechnungen. Korrosion der Bewehrung und Maßnahmen zu deren Einschränkung. Methoden zur Bestimmung der Carbonatisierungstiefe. Berechnung des Carbonatisierungsfortschritts. Carbonatisierungsschwinden. Schutz- und Instandsetzungsmaßnahmen gegen stahlbetongefährdende Carbonatisierung. Selbstheilung von Rissen.

Kurzer historischer Abriss. Schädigungsmechanismus bei Sulfatangriff. Mikrostrukturelle Veränderungen im Zementsteingefüge bei Sulfatangriff. Physikalischer Widerstand von Beton gegen das Eindringen sulfathaltiger Wässer. Chemischer Angriff durch Sulfate mit Ettringit-, Gips- und Thaumasitbildung. Modellierung der Thaumasitbildung. Schäden an Betonkonstruktionen infolge Sulfatangriff durch Oxidation von Sulfiden. Mauerwerksschäden durch Zementinjektion in sulfathaltiges Mauerwerk. Normative Regelungen bei zu erwartetem Sulfatangriff. Prüfverfahren zur Vorhersage der Sulfatbeständigkeit von Beton bei innerem und äußerem Angriff. Ergebnisse von Untersuchungen zum Einfluss der Sulfationenkonzentration auf den Schädigungsverlauf und Berechnungen zur Ausfällung von Gips in Abhängigkeit vom pH-Wert.

Kurzer historischer Abriss. Grundlagen zum Mineral Ettringit. Ettringit im erhärteten Beton. Schädigende Ettringitbildung infolge unsachgemäßer Wärmebehandlung. Ergebnisse von Langzeituntersuchungen zur Dauerhaftigkeit wärmebehandelter Betone. Späte Ettringitbildung in nicht wärmebehandelten Betonen. Thermodynamische Berechnungen zur Ettringitbildung. Sulfatbindung in Abhängigkeit von der Erhärtungstemperatur. Einfluss der Betonzusammensetzung auf die späte Ettringitbildung. Nachweis von Betonschäden infolge schädigender Ettringitbildung – makroskopische und mikroskopische Schadensbilder. Analytische Verfahren zur Bestimmung von Oxid- und Phasenzusammensetzungen zum Nachweis von Schäden infolge einer Ettringitbildung. Vorbeugende Maßnahmen zur Verhinderung einer späten Ettringitbildung.

Kurzer historischer Abriss. Mechanismus des Säureangriffs. Angriff durch aggressive Kohlensäure. Biogene Säurebildung in Abwasser- und Biogasanlagen. Kombinierter Säure-Sulfat-Angriff. Säurebildung an Kühltürmen und Wasserbauten. Schutzmaßnahmen gegenüber Säureangriff mittels aktiver und passiver Maßnahmen. Säurewiderstandsfähiger Beton. Performance-Prüfverfahren für Betone mit hohem Säurewiderstand.

Kurzer historischer Abriss. Chloride als eine der wesentlichen Ursachen für die Gefährdung von Betonkonstruktionen durch Korrosionsschäden. Herkunft und der Mechanismus des Eindringens von Chloriden in den Beton. Verteilung der Chloride im Beton sowie die Rolle der freien Chloride. Transportvorgänge von Chloriden im Beton. Chlorideinbindung durch Bindemittel. Kritischer korrosionsauslösender Grenzwert in Normen und Baupraxis. Bestimmung des Chloridgehalts im Beton. Chloridangriff auf Stahlbeton. Elektrochemische Grundlagen der Chloridkorrosion. Risse und Fortschritt der Korrosion bei Betonstahl. Schutz- und bei Instandsetzungsmaßnahmen chloridinduzierter Korrosion. Möglichkeiten des aktiven und passiven Korrosionsschutzes. Korrosionsüberwachungssysteme.

Kurzer historischer Abriss. Voraussetzungen für eine Alkali-Kieselsäure-Reaktion. Alkalireaktive Minerale und Gesteinskörnungen. Mechanismen einer Alkali-Kieselsäure-Reaktion. Schadenscharakteristik. Erkennen von AKR-Schäden anhand makroskopischer und mikroskopischer Merkmale. AKR-beeinflussende Faktoren wie Alkaligehalt des Zements, Zementgehalt des Betons, Menge an alkaliempfindlichen Gesteinskörnungen, Temperatur und Feuchtigkeit, Permeabilität des Betons, Alkalizufuhr von außen. Maßnahmen zur Vorbeugung oder Reduzierung einer betonschädigenden Alkali-Kieselsäure-Reaktion wie Einsatz latent hydraulischer und puzzolanischer Stoffe sowie von Lithiumverbindungen. Nationale Normen und Richtlinien. Internationale und nationale Prüfverfahren mit Mörtelschnelltest und Performance-Prüfung. Beispiele petrographischer Untersuchungen.

Kurzer historischer Abriss. Grundlagen zu den Gefriervorgängen innerhalb des Betons. Dazu gehören Gefrierpunkterniedrigung und Unterkühlungseffekte. Makroskopische und mikroskopische Schädigungsmechanismen, die zu Frost- bzw. Frost-Tausalz-Schaden führen. Thermodynamisches Modell der Frostschädigung. Mikroeislinsenbildung und Mikroeislinsenpumpe. Einfluss von Betonzusammensetzung, Zementart, Technologie sowie äußeren Einflüssen auf Frost- und Frost-Tausalz-Schädigungen. Bedeutung des Einbringens künstlicher Luftporen in den Beton. Die wichtigsten Frost- und Frost-Taumittel-Prüfverfahren (CDF-, CIF- und Slab-Test). Baupraktische Hinweise mit Berechnungsbeispiel des spezifischen Zementgehalts eines Luftporenbetons.