Betondeformation

Entwicklung einer Freifeld-Methode zum Monitoring des inhomogenen Ausdehnungsverhaltens von Betonfahrbahnen bei witterungsbedingten Temperatur- und Feuchteänderungen

Das Land Sachsen-Anhalt unterstützt von 2014 bis 2020 Projekte im Bereich der industriellen Forschung und experimentellen Entwicklung mit Mitteln aus dem Europäischen Fonds für regionale Entwicklung (EFRE). Die GMBU e.V. nutzt als gemeinnützige Forschungs-einrichtung dieses Förderprogramm, um die Entwicklung einer Methode zur Untersuchung der Mikroporenstruktur in Beton durchführen zu können.

Beton ist sowohl im Hoch- wie im Tiefbau unbestritten einer der vielseitigsten und am weitesten verwendeten Baustoffe. Jedoch treten immer wieder Schäden auf, die in Zusammenhang mit zu hohen Traglasten oder den Witterungsbedingungen stehen. Prominentes Beispiel sind die durch Alkali-Kieselsäure-Reaktion (AKR) hervorgerufenen Schäden an Betonfahrbahndecken, im Volksmund als Betonkrebs bezeichnet. Die dadurch entstehenden Schäden gehen in die Millionen und verursachen bei Bund und Ländern eine immense finanzielle Belastung.

Die Ursache vieler solcher Schadensbilder hat ihren Ausgang in der porösen Struktur des Baustoffes. Die Zusammensetzung bzw. das Gefüge etwa von Straßenbeton ist komplex und besteht auf der Mesoskala aus der Inklusion von Schottersteinen und auf der Mikroskala aus Sand- und Zementpartikeln (i.e Zementleim). Das nach der Herstellung verfestigte Betongefüge ist durchsetzt mit makroskopischen Luftporen, die über ein sogenanntes Kapillarporennetzwerk auf der Nanometer-Skala verbunden sind. Aufgrund der sich ständig ändernden Umweltbedingungen (i.e. Temperatur-, Feuchtewechsel) kommt es zu einer dynamischen Veränderung des kapillaren Porennetzwerkes, das u.U. zur Zerrüttung des gesamten Gefüges führen kann. Daraus resultiert eine fortschreitende und schleichende Verminderung der Tragfähigkeit, die in Zusammenhang mit den oben beschriebenen Alterungsprozessen und Schäden von Betonfahrbahndecken stehen.

Gegenwärtig kann der Zusammenhang zwischen der Tragfähigkeit von Betonfahr-bahndecken und deren Mikroporenstruktur nur unzureichend hergestellt werden. Bei der im Vorhaben verfolgten Methode wird das poröse Mikrovolumen mit Hilfe von Sorptions-messungen bestimmt und parallel hierzu das Quellverhalten der Betonproben quantifiziert. Aus den gewonnenen Informationen kann der Zusammenhang zwischen den Eigenschaften des Porennetzwerkes auf der Grundlage thermodynamischer Zustandsparameter (i.e. Temperatur, Wasserdampfdruck) und der Deformationseigenschaften der Betonprobe ermittelt werden.

Die methodische Herangehensweise erlaubt eine Übertragung aus dem Labor ins Freifeld. Ziel der Entwicklung ist ein Messverfahren mit dem erstmals der Zustand der Mikroporen und deren zeitliche Änderung in der Betonfahrbahndecke im eingebauten Zustand ermittelt werden kann. Dies basiert auf der Kombination der Temperatur- und Feuchtedaten mit einer Vermessung der Längenänderung. Die so erhaltenen Daten können die Aussagekraft prognostischer Diagnosen zu Alterungs- bzw. Schädigungszustandes hochbelasteter Betondecken verbessern und besitzen somit für den Fachman eine hohe Relevanz.

Das Vorhaben ist adressiert an Sachverständige, Gutachter in Bau- und Strassenbauämtern sowie einschlägige Prüflabore, die ständig mit Fragen der Festigkeit und Tragfähigkeit von Beton befasst sind. Für nähere Informationen steht die GMBU e.V. gerne zur Verfügung.