DOI: 10.1002/best.201600052
FACHTHEMA
Jianxin Ma, Frank Dehn
Schwind- und Kriechverhalten von Beton auf Basis eines alkalisch-aktivierten Hüttensands In diesem Beitrag werden die Erkenntnisse einer experimentellen Studie zum Schwind- und Kriechverhalten von Beton auf Basis eines alkalisch-aktivierten Hüttensands (AAS-Beton) zusammengefasst und mit den für Portlandzement-Beton bekannten Schwind- bzw. Kriechmodellen verglichen. Für den untersuchten AAS-Beton wurde eine repräsentative Zusammen setzung ausgewählt, die bzgl. des Hüttensandeinflusses einen großen Anwendungsbereich abdeckt und somit grundsätzliche Aussagen und eine Übertragbarkeit bzgl. des Langzeitverformungsverhaltens auch für andere AAS-Betone zulässt.
Shrinkage and creep behavior of alkali-activated slag concrete Based on an experimental study, this paper summarizes constitutive findings for the shrinkage and creep behaviour of concrete based on alkali-activated slag in comparison to wellknown coherences for Portland cement concrete. For the investigated alkali-activated slag concrete (AAS concrete) a representative composition was chosen which covers a wide spectrum of application areas as well as enables basic statements and transferability to other AAS concretes.
1 1.1
dratationsprodukten hin zu dreidimensional vernetzten Ca-armen oder gar Ca-freien alumosilicatischen Polymeren und damit bspw. zu einem erhöhten Widerstand bei lösenden und treibenden Säure- bzw. Sulfatangriffen [1].
Alkalisch-aktivierte Bindemittel (AAB) Allgemeines und Definition
Unter alkalisch-aktivierten Bindemitteln (AAB) werden mineralische, anorganische, nichtmetallische Bindemittel verstanden, deren Ansteifen/Erstarren/Erhärten auf der Zugabe eines alkalischen – zumeist flüssigen – Aktivators zu einem Ausgangsstoff mit hohen Gehalten an reak tivem Silicium und Aluminium basiert [1]. Gemäß dieser Definition eignen sich Stoffe aus natürlichen Ressourcen bzw. industrielle Nebenprodukte für die alkalische Aktivierung, die sich in Abhängigkeit von ihren Herstellungsprozessen hinsichtlich des Phasenbestands, der Granulometrie und der chemischen Zusammensetzung zum Teil stark voneinander unterscheiden. Betone auf Basis alkalisch-aktivierter Bindemittel (AABBetone) können ggf. helfen, urbane Stoffkreisläufe im Sinne eines nachhaltigen und ressourcenschonenden Umgangs mit Rohstoffen durch die Verwertung von Sekundärrohstoffen zu vervollständigen. In aktuellen Stu dien, die sich äußerst kritisch mit der Erstellung von Ökobilanzen verschiedener AAB-Betone auf Basis von Flugaschen, Hüttensanden und Metakaolin unter Berücksichtigung unterschiedlichster Produktionsszenarien (Aktivatorherstellung und -gehalte, Calcinierungstemperaturen usw.) auseinandergesetzt haben, konnte für AAB-Betone aufgrund einer deutlichen CO2-Reduktion eine positive Umweltbilanz dargestellt werden [2]. Neben der Umweltbilanz liegt die Hauptmotivation zur Verwendung von AAB aus betontechnologischer Sicht in den erzielbaren Dauerhaftigkeitseigenschaften [3]. Der Prozess der alkalischen Aktivierung ermöglicht die Verwendung von Ausgangsstoffen mit einem geringen Ca/SiVerhältnis – bis hin zu Ca-freien Systemen – und führt somit zu einer Änderung der festigkeitsbildenden Reak tionsprodukte von zweidimensionalen, Ca-basierten Hy 22
Während die Dauerhaftigkeitseigenschaften von AABBeton vielfach Gegenstand wissenschaftlicher Untersuchungen waren, sind insbesondere Studien zum mechanischen Kurz- und Langzeitverhalten bislang nur eingeschränkt verfügbar. Dies trifft insbesondere auf das Langzeitverformungsverhalten zu. Dieser Beitrag fasst daher experimentelle Ergebnisse zum Schwind- und Kriechverhalten von Beton auf Basis eines alkalisch-aktivierten Hüttensands zusammen. Der untersuchte Beton spiegelt dabei hinsichtlich des alkalisch-aktivierten Hüttensands eine repräsentative Zusammensetzung wider, w elche grundlegende Aussagen im Vergleich zu Normalbetonen erlaubt.
1.2
Alkalisch-aktivierter Hüttensand (AAS)
Das Hauptreaktionsprodukt eines AAB auf Basis eines alkalisch-aktivierten Hüttensands (AAS, Alkali-Activated Slag) ist Calciumsilicathydrat (C-S-H) [4, 5], welches sich jedoch in der Zusammensetzung und Struktur deutlich von einem C-S-H eines Portlandzements unterscheidet. Zum einen liegt das Ca/Si-Verhältnis bei AAS üblicherweise zwischen 0,8 und 1,0 [4, 6], während es beim C-S-H eines Portlandzements ca. 1,5 beträgt. Zum anderen wird das Calcium im C-S-H eines AAS teilweise durch Alu minium (Al) ausgetauscht. Das Al/Si-Verhältnis liegt im Bereich von 0,06 bis 0,1 [4, 7]. Weiterhin kann Natrium (Na) in das C-S-H eingebaut werden. Nach [6] ist die Gelporosität (d < 10 nm) des C-S-H eines AAS mit einem Wert von 44 % höher als die Gelporosität eines C-S-H bei Verwendung von Portlandzement (zwischen 33 und 38 %).
© Ernst & Sohn Verlag für Architektur und technische Wissenschaften GmbH & Co. KG, Berlin. Beton- und Stahlbetonbau 112 (2017), Heft 1