Tabelle 3


Sind die Überschreitung des Grenzwertes der Alkalibilanz oder auch eine Alkalizufuhr von außen (z. B. bei kommunalen Straßen, Bundesstraßen und Bundesautobahnen, Flugbetriebsflächen) nicht auszuschließen, muß der Zuschlag zusätzlich auf erhöhte Alkaliresistenz geprüft werden. Für die Prüfung der Zuschlaglieferkörnungen sind an Probenmengen erforderlich: für 0/2 und 2/8 mm je 4 kg und bei 8/16 und 16/32 mm je 8 kg. An den Körnungen > 8 mm kann auch eine petrographische Geröllanalyse an Konzentraten von Gesteinsgruppen durchgeführt werden, um den Reaktivitätsgrad der Gesteine zu ermitteln.

Der Reaktivitätsgrad des Zuschlages darf Grenzwerte zweier Kurzzeitprüfungen nicht überschreiten (zwei chemische Kennwerte, einen Kennwert einer Feinmörtelprüfung, alle an aufgemahlenem Probengut ermittelt). Bei Überschreiten eines oder weiterer Grenzwerte ist der Zuschlag auszutauschen. Meist ist die bauvorbereitende Zeitreserve ausreichend, auch einen alternativen Zuschlag noch sicherheitshalber zu überprüfen (gemeint ist die Überprüfung einer älteren Einstufung eines vorausgewählten Alternativzuschlages, der schon einmal nach diesem Verfahren und durch sein Anwendungsverhalten bestanden hat).

Tabelle 4  Prüfforderungen für Betonzuschläge in Abhängigkeit von den Einsatzbedingungen

Anmerkungen

1. Alkalibilanz oder primärer Alkalieintrag ist berechenbar und beeinflußbar, z. B. durch Auswahl eines Zementes bei vorgegebenem Zementeinsatzschlüssel, wodurch der erfahrungsgemäße Grenzwert unterschritten werden kann
2. Alkalizufuhr von außen = nicht bilanzierbarer oder sekundärer Alkalieintrag (Taumittel, Meerwasser, lokale Alkalianreicherung durch Porenwasserströme, z. B. in Staubauwerken)
3. Fast alle Verkehrsbauwerke von Schienenwegen sind, auch wenn der Zuschlag die Kurzzeitprüfungen nicht bestanden hat, durch Bindemittel- und ggf. Zusatzauswahl sicherbar
4. Fast alle Betonfahrbahnen/-rollbahnen und Verkehrsbauwerke von Straßen und Autobahnen können nur über Zuschläge, die bestanden haben, abgesichert werden
5. Bei Faktorenkombinationen ohne I a und bei einer unkritischen Alkalibilanz können ungeprüfte Zuschläge sicher eingesetzt werden (bei Kombination mit II ohnehin)
   
   
   

Tabelle 4a  Fortsetzung der Entscheidungskette (Beispiel)

In jedem Kombinationsfall der Einflußfaktoren kann die ebenfalls wenig aufwendige Prüfung von mindestens einem Drillingssatz von Betonbohrkernen pro Betonsorte oder auch Bauteil (von Anfang an luftumspült gelagert) zur Bestimmung der Längenänderung während einer Nebelkammerlagerung durchgeführt werden. Hieraus ergibt sich nach längerer Lagerungszeit, ob das Betongemenge auf Grund seiner Einsatzstoffe und Rezeptur für die Bedingungen „massig“ bzw. „feucht“ richtig modifiziert war. Die Bohrkerne von ca. 50 mm Durchmesser sollten möglichst keinen Bewehrungsstahl enthalten und wenigstens 220 mm lang sein. Sie können auch Teile einer längeren Durchörterung eines massigen Bauteils sein. Die Bohrkerne sind nach sofortiger Herausnahme und Beschriftung stets luftumspült zu lagern. Diese Leistungen können unter Einbeziehung geeigneter territorialer Prüfeinrichtungen realisiert werden. Eine repräsentative Parallelprüfung zur Überprüfung des Taumitteleinflusses gibt es nicht. Deshalb ist zur Vermeidung von Langzeitschäden bei unvermeidbarem Taumitteleinfluß besondere Vorsicht geboten (s. Tab. 4, 4a).

Es sind also stoffliche Angaben der genannten Art (Rezeptur eingeschlossen), kontrollierende Überprüfungen durch Bohrkernuntersuchungen und (wenn die Alkalibilanz > 3.600 g Na₂O-Äquvialent/m³ ergibt bzw. Alkalizufuhr von außen nicht vermeidbar ist) der Zuschlaglieferkörnungen erforderlich. Aus vorhandenen Unterlagen (z. B. Sortenverzeichnissen und vorbereiteten Ergänzungen) sind folglich Rezepturen, Einsatzstoffmerkmale und Einsatzstoffherkunft zu entnehmen (Zuschlagkorngruppe und -lieferwerk, Lieferkörnungsanteile, Zuschlag gesamt, Zementsorte und -lieferwerk, Zement gesamt, Alkaligehalt des Zementes, w/z-Faktor, Zusatzstoffe (Gehalt und wirksamer Alkaligehalt) und Zusatzmittel (Gehalt und wirksamer Alkaligehalt)).

Präventionsstrategien (20.12.2009) gegen den Alkaliangriff auf besonders reaktive Zuschlagkomponenten sind chemischer und gefügebezogener Natur: das elektostatisch bindungsfestere zweiwertige Kalziumion der kalkbasischen Porenlösung, das die Alkaliionen aus den frisch gebildeten Alkalisilikathydratgelen wieder freisetzt und diese zum Vagabundieren und Neuangriff mobilisiert, bildet zwar mit der Kieselsäure weitere CSH-Phasen, soll diese aber möglichst vor diesem Tauschort mit feindispersen Kieselsäureträgern (Hüttenschlacke, bestimmten Flug- bzw. Filteraschen, Puzzolan, Silikastaub, Fällungskieselsäure, bestimmten Gesteinsmehlen, Glasmehl) bilden oder dort abgefangen werden (s. z. B. ASTM-Digital Library / STP / STP930-EB / STP18464S, Smith und Raba (1986): Recent Developments in the Use of Fly Ash to Reduce Alkali-Aggregate Reaction.- Source: STP930-FB). Umfangreiche reaktionskinetische Grundlagen lieferten Ludwig, Udo, Wolff, Gerhard und Hirche, Dieter, (1974): Die Alkali-Kieselsäurereaktion.- Forschungsberichte des Landes Nordrh.-Westf. 2303, 355 S., Westdeutscher Verlag Köln-Opladen. Direkt zugrunde liegt dieser Publikation der Aachener Schule die Dissertation von Dieter Hirche: Die Alkali-Kieselsäurereaktion, Fakultät für Bergbau und Hüttenwesen der RWTH Aachen, 356 S., Aachen 1972, mit grundlegenden reaktionskinetischen, stofflich-strukturellen Analysen, der Benennung von Abpufferungszusätzen und -wirkungsweisen, mit materialtechnisch-baupraktischen Ausführungen und Vorbeugemaßnahmen unter Berücksichtigung zahlreicher Veröffentlichungen, darunter die grundlegenden Publikationen von Gunnar. M. Idorn (z. B. ab 1956 und mit der gemeinsamen Publikation Plum, Poulsen und Idorn (1958): Preliminary Survey of Alkali Reactions in Concrete.- Ingenioren, Int. Edit. Copenh, 28).

               

Die beiden Abbildungen (aus D. Hirche 1972, Abb. 15 und 16) veranschaulichen die pH-Wert-abhängige Löslichkeit von SiO₂ (eingefügt am 17.05.10). Die Wirkung eines pH-Wertes von Gebinden von Clearway-Wirkstoffen auf empfindliche Kieselsäureträger liegt noch über dem obersten Pfeil von Abb. 16 (s. übernächsten Abschnitt).


Für die Gewährleistung der ausreichenden Dauerhaftigkeit hoch beanspruchter Verkehrsflächen werden kostenintensivere Betongemische mit Lithiumzusätzen (z.B. Lithiumnitrat) erwogen und erprobt, wenn der gegengerechnete Mehraufwand durch zu weiten Transport von alkaliresistenten Zuschlägen und die nicht hinnehmbare Verkürzung der Ersatzzyklen zu bedeutend sind, z.B. bei der SLB des Detroit Metropolitan Airport. Das weltweite mineralische Aufkommen zur Gewinnung des "Weißen Goldes" ist im Handelsblatt vom 25.11.2009 beschrieben (natürlich mit dem Schwerpunkt im südamerikanischen Lithium-Dreieck).
Die gefügebezogene Beeinflussung wird durch die Gefügeverdichtung durch diese CSH-Neubildungen oder durch Kapillarporenunterbrechungen mittels Mikroporen erreicht. Die Auswirkung alkalihaltiger Taumittel, darunter auch die schnell hydrolysierenden organischen Salze des Kaliums und Natriums (freeway, clearway), zeigen trotz des Einsatzes von Luftporenbildnern auch die Grenzen auf. Die Idealvorstellung, das volumenbeanspruchende Gel bildet sich dann vorwiegend im Pufferraum der Kugelporen, ist kritisch zu bewerten.

Die Wirkungsweise der Li-Ionen ist an Frischbeton gebunden, wo sie die Expansion des K/Na-Kieselgels bremsen, also wie ein Inhibitor wirken (s. Jawed, I. (1992): Alkali-Silica Reactivity - A Highway Perspective.- The 9th International Conference on Alkali-Aggregate Reaction in Concrete (27-31 July 1992), London, p. 471-476. Stark, David C. (1992): Lithiumsalt Admixtures - an Alternative Method to Prevent Expansive Alkali-Silica Reactivity.- The 9th International Conference on Alkali-Aggregate Reaction in Concrete (27-31 July 1992), London, p. 1017-1025).

"In diesem Zusammenhang ist darauf hinzuweisen, daß Clearway-Wirkstoffe, ob in der einst auch üblichen festen Form 2s (s für „solid“) oder in ihrer flüssigen Form, Alkaliacetate, also das Natrium- oder Kaliumsalz der Essigsäure sind oder auch eine Kaliumformiat-Lösung, also eine Lösung des Kaliumsalzes der Ameisensäure (Clearway F 1). Clearway wird heute nur noch als Lösung geliefert, und zwar handelt es sich um eine 50-%ige Lösung der genannten Salze in Wasser. Der Unterschied zu sonst bzw. früher üblichen Taumitteln besteht im momentanen Gebrauchswert für den Winterdienst auf Flugbetriebsflächen und ist in den Sicherheitsdatenblättern 11175 2.00 DE (CLEARWAY 1) (= Lösung) und 11912 4.00 DE (Clearway 2s) von BP Chemicals sowie in der Firmenschrift CLEARWAY Deicers – Enteisungsmittel für Flughäfen – von BP Chemicals (Februar 1997) beschrieben. Der bis 11,6 reichende pH-Wert in einer wäßrigen Lösung zeigt an, wie stark das Salz aus einer starken Base (NaOH oder KOH) und einer schwachen Säure (Essigsäure, Ameisensäure) hydrolytisch gespalten (also gewissermaßen „entneutralisiert“) ist. Die Basen bzw. Laugen stehen sofort zur Verfügung und sorgen für die starke Gefrierpunktserniedrigung. Sie können leicht in den Porenraum des Betons und in Fehlstellen einschließlich der Risse eindringen und tiefere Betonquerschnitts-Bereiche mit Alkalien beaufschlagen. Ein Herauswaschen ist unwahrscheinlich, bestenfalls im unmittelbaren Oberflächenbereich bei Regen. Die Flächen werden mit 15 bis 20 mg/m² besprüht, dies entspricht 7,5 bis 10 mg Salz der obigen Art. Bei entsprechender witterungsbedingter Verdünnung fließt ein großer Teil in die Schlitzrinnen und Sammler. Wenn 5 % Inhaltstoff bei jedem von 20 angenommenen Winterdiensttagen eindringt, sind dies in einem Winterhalbjahr 7,5 bis 10 mg/m² Beton. Über 15 bis 20 Jahre betriebswirtschaftliche Nutzdauer ist dies eine Beaufschlagung, die bei Reserven an alkalireaktiven Zuschlaganteilen die progressiv-eigendynamischen Schäden erheblich fördern kann." (Auszug aus einem Gutachten vom Nov. 1998 des Autors über einen Betonrollweg eines Flughafens). Inzwischen wird über umfangreiche Schäden auf Flughäfen berichtet. Die eben beschriebenen Vorteile, die über doppelt so tiefe Schmelztemperatur gegenüber üblichen Streusalzen und die schnellere Abbaubarkeit bei geringerem Sauerstoffverzehr eingeschlossen, haben also ihren Preis.

Wissenwertes über Streusalz: (21.12.2009; Quelle: www.br-online.de)
"Das übliche Streusalz besteht zu über 95 Prozent aus Steinsalz beziehungsweise Kochsalz, das auch in der Küche verwendet wird. Die chemische Bezeichnung ist Natriumchlorid (NaCl). Streusalz kann auch als sogenanntes Feuchtsalz gestreut werden. Hierbei werden Lösungen anderer Salze dazugegeben. Das angefeuchtete Streusalz ermöglicht größere Streubreiten, haftet besser auf der Fahrbahn und hält diese länger eisfrei.
Streusalz senkt den Gefrierpunkt von Wasser. Da auch bei gemäßigten Minusgraden in Eis immer etwas flüssiges Wasser vorhanden ist, bewirkt das Streusalz, dass immer weiteres Eis schmilzt und sich in eine Salzlösung verwandelt. Weil diese Salzlösung nicht wieder gefrieren kann, löst sich das Eis langsam völlig auf. Bei Temperaturen unter minus 21 Grad ist Streusalz nicht mehr wirksam.
In vielen Kommunen ist der Einsatz von Streusalz mittlerweile verboten. Verwendet wird Streusalz hauptsächlich außerhalb von Ortschaften. Innerorts wird - wenn überhaupt - nur an Hauptverkehrsstraßen gesalzt oder an besonders gefährlichen Stellen wie starken Steigungen oder verkehrsreichen Kreuzungen.
Streusalz gelangt mit dem Schmelzwasser ins Erdreich und ins Grundwasser. Es greift die Vegetation an, besonders empfindlich sind die oftmals an Straßen gepflanzten Bäume wie etwa Linden, Rosskastanien, Roteichen und Fichten. Umgekehrt können dauerhaft hohe Salzkonzentrationen an Straßenrändern zur Ansiedlung von salzliebenden Küstenpflanzen im Binnenland führen."
Verkürzt gesagt: von den knapp zwei Mio. t Streusalz pro Winter bestehen mindestens 98% aus Kochsalz, der Rest ist ein Gemisch aus Kalzium- und Magnesiumchlorid (als Feuchtsalzanteil, der auch der Minimierung der Wehverluste dient).

Kochsalz der Güteklasse A z. B. besteht chemisch aus mehr als 98 M-% NaCl, wie das „Königliche Steinsalz“ aus Marokko, worüber in der Tagesschau vom 08.01.2010 anschaulich berichtet wurde. Seit 2005 werden aus den Salzwerken von Mohamedia 150.000 Tonnen Streusalz nach Europa geliefert; Deutschland ist Hauptabnehmer. Auch aus Sizilien wird jetzt zugeliefert. Die Vorräte sind in der ersten Dekade dieses Winters 2009/2010 schon so weit aufgebraucht, wie sonst in der gesamten Winterdienstperiode (eingefügt: 17.02.10).