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Für die Dauerhaftigkeit eines Bauwerks ist die Qualität des eingebauten Betons entscheidend. Allerdings sind bislang für die dauerhaftigkeitsrelevanten Betoneigenschaften noch keine direkten Bewertungskriterien definiert worden. Die Qualität des eingebauten Betons wird in der Regel an separat hergestellten Proben nachgewiesen. Vergangene Forschungsarbeiten haben gezeigt, dass die am Bauwerk erzielten Betoneigenschaften von denen der separat hergestellten Proben erheblich abweichen können. In dem künftigen performance-basierten Dauerhaftigkeitskonzept ist zudem die direkte Prüfung der relevanten Parameter (Karbonatisierungsrate, Chlorideindringung usw.) mit einem vergleichsweise hohen Aufwand verbunden. Es wird in der Praxis ohnehin nicht umsetzbar sein, die dauerhaftigkeitsrelevanten Eigenschaften im hinreichenden Umfang über die direkten Prüfverfahren zu überwachen. Vielmehr ist die Qualität des Betons auf der Baustelle durch indirekte Schnellprüfverfahren (z.B. Wenner-Sonde) zu bewerten, die damit verbunden in engeren Zeitabständen durchführbar und somit auch baustellengerecht sind. Hierzu liegen jedoch noch keine ausreichenden Erfahrungen über die Anwendbarkeit und Reproduzierbarkeit auf den Baustellen vor.

Die Hauptursache für die Korrosion von Bewehrungsstahl vor allem in Infrastrukturbauwerken ist das Eindringen von Chloriden, die am Stahl zu hohen Korrosionsraten und großen Querschnittsverlusten führen können. Ein häufig verwendetes beschleunigtes Testverfahren ist der Rapid Chloride Migration (RCM)-Test, mit dem der Chlorideindringwiderstand von Betonen und Mörteln anhand eines im elektrischen Feld ermittelten Migrationskoeffizienten bewertet wird. Die neuartigen Bindemittel, die mit geringerem CO₂-Ausstoß hergestellt werden können als reiner Portlandzement (PZ), unterscheiden sich teilweise in ihren Porenlösungszusammensetzungen von PZ-basierten Systemen. Daher besteht die aktuelle Fragestellung, ob die zur Berechnung des Migrationskoeffizienten notwendige und in den aktuellen Prüfvorschriften angegebene Chloridkonzentration, die den Farbumschlag der Indikatorlösung zur Bestimmung der Chlorideindringtiefe auslöst, für diese Bindemittel gültig ist. Zur Klärung dieser Fragestellung wurden an neun verschiedenen Mörteln aus alternativen Bindemitteln der RCM-Versuch und weitere Untersuchungen zur Bestimmung des Chloridgehaltes in der Tiefe des Farbumschlags durchgeführt und die Auswirkungen auf die ermittelten Migrationskoeffizienten dargestellt.

Im Winter wird überwiegend das Salz NaCl zur Aufrechterhaltung der Verkehrssicherheit auf Straßen und andere Infrastrukturbauwerke gestreut. Die in der Eisschmelze vorhandenen Chloridionen dringen in den Stahlbeton überwiegend durch die Transportprozesse Diffusion und Konvektion ein. Durch die Exposition Frost (XF) kann es zur Koppelung der Transportprozesse kommen und den Chlorideintrag in Hinblick auf die eingetragene Menge und Tiefe erhöhen. Betone, die bereits im CDF-Test mit NaCl beaufschlagt wurden, werden zu verschiedenen Zeitpunkten im Migrationstest auf die Widerstandsfähigkeit gegenüber erneutem Ioneneindringen (Bromidionen, RBM-Versuch) getestet. Dadurch kann der Einfluss der Frost-Tausalz-Wechsel (FTSW) des CDF-Versuches auf das Bromideindringen im anschließenden Migrationsversuch (RBM) untersucht werden. Die Quantifizierung der Chlorid- und Bromidgehalte erfolgt mit der Laser-Induzierten Breakdown Spektroskopie (LIBS). Ergänzende Untersuchungen wie die Fluoreszenzmikroskopie liefern weitere Erkenntnisse, die auf das Wirken von Frost in der Konvektionszone zurückzuführen sind. Durch die Kombination der Laborversuche CDF- und Migrationsversuch (RBM) können unter Einbezug der LIBS-Analyse Kennwerte ermittelt werden, die den Frosteinfluss auf den Chloridtransport in Beton quantifizierbar machen.

Zementgebundene Baustoffe quellen bei permanenter Wasserlagerung, d. h., sie erfahren eine zeitabhängige Volumenzunahme. Wesentlich für das Quellverhalten zementgebundener Baustoffe ist der volumetrische Anteil an Zementstein. Für Bereiche, in denen Betonbauteile permanent einer Wasserumgebung ausgesetzt sind, wie zum Beispiel bei Gründungen im Grundwasser, kann das Quellverhalten ggf. die Tragwirkung verbessern, da sich Bauteile im Boden infolge des Quelldruckes verspannen. Dieser Beitrag untersucht das Quellverhalten von Zementstein aus CEM I und CEM III/B mit w/z-Werten von 0,3 und 0,5 bei 10 °C und 20 °C betrachtet. Zusätzlich wurden im Rahmen der Untersuchungen Zementsuspensionen verpresst, um Filtrationseffekte abzubilden. Neben dem Quellmaß zu verschiedenen Zeitpunkten (1, 3, 5, 7, 14, 28 und 56 Tage) wurde der Hydratationsgrad und Gehalt an Calciumhydroxid mit Hilfe der Thermogravimetrie und die Porosität mittels Quecksilberdruckporosimetrie als Materialkennwerte bestimmt. Die Untersuchungsmethoden erlauben einen Rückschluss von Porosität und Hydratphasenausbildung auf das Quellverhalten der untersuchten Zementsteine zu ziehen. Bei beiden Zementarten führen niedrigere Lagerungstemperaturen zu höheren Quellmaßen.

Alkali-silica reaction continues to be a challenging durability issue for portland cement-based concrete. While myriad of preventive options is known to reduce the risk of ASR, changes in availability and consistency of materials make either prescriptive or performance-based approaches difficult to develop and then quickly adapt. In general, the research community has supported industry with practical solutions based on empirically derived relationships, mostly from accelerated test methods and to a lesser extent realistic exposure/field structures. It is time to increase the level of science behind our approach. The research team represented in this talk is investigating a new methodology that combines the alkali availability needed to initiate ASR (aggregate specific) with the available alkali from the total cementitious blend. The relationship between reactivity of a supplementary cementitious material and the ASR expansion is also explored. This keynote lecture will: 1) Explore performance-based testing versus prescriptive approaches and why a hybrid approach should be considered ASR prevention; 2) Evaluate the relationship between accelerated laboratory tests, outdoor exposure blocks and field structures; 3) Examine the use of “non-traditional” supplementary cementitious materials and/or chemical admixtures to prevent alkali-silica reaction; 4) Propose future research needs and; 5) Make recommendations for how best to prevent alkali-silica reactivity following the proposed approach.

Shotcrete 3D Printing (SC3DP) applies concrete layer by layer using a wet-spray process. The resulting hardened concrete properties of the applied SC3DP layers (e.g. height, width or mechanical strength) are largely dependent on the selected material and process parameters. In this context, the nozzle geometry is an important influencing parameter. During printing, the velocity of the shotcrete jet is significantly influenced by the nozzle outlet diameter. Therefore, in the present study, the effect of the nozzle outlet diameter (15 - 30 mm) is investigated with regard to the resulting layer homogeneity, i.e. local density and aggregate distribution in the cross-section, and hardened concrete properties, i.e. flexural strength. By analysing the manufactured specimens, an uneven distribution of the aggregate is observed horizontally across the cross-section of the layers. An accumulation of aggregate is present in the core of the layer resulting in a cement paste-rich region in the edge areas. This leads to increased local densities in the core of the specimen. The application of the concrete with small nozzle outlet diameters results in the highest local densities and the highest flexural strength.