Untersuchungen zur Ursache von Treiberscheinungen in Tragschichten ohne Bindemittel unter Verwendung von RC-Baustoffen aus Beton

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Anhang

Das Ziel des Forschungsvorhabens ist die Ermittlung der Ursachen von Schadensfällen durch Treiberscheinungen in Tragschichten ohne Bindemittel (ToB) aus RC-Baustoffen mit Betonabbruch. Diese können in Kontakt mit sulfathaltigen Wässern, Böden oder sulfathaltigen Bestandteilen im RC-Baustoff (z.B. Gips) unerwünschte Reaktionen eingehen. Dabei kann es zur Bildung von Ettringit oder Thaumasit kommen, die zu einer Volumenvergrößerung bzw. einer Entfestigung des Zementsteins führen und Straßenschäden verursachen können. Zu Beginn des Forschungsvorhabens wurde eine ausführliche Literaturrecherche zu den Ursachen der Schäden und zu Schadensfällen von ToB unter Verwendung von RC-Baustoffen aus Betonabbruch durchgeführt. Die bekannten Schäden durch Treiberscheinungen in ToB traten in den meisten Fällen auf Geh- und Radwegen auf. Die Besonderheit dort ist, dass die überdeckende Asphaltschicht eine wesentlich geringere Schichtdicke aufweist als im Straßenbau. Somit kann die Asphaltschicht durch die bei den Treiberscheinungen entstehenden Expansionsdrucke leichter angehoben werden. Die Analyse der vorhandenen Untersuchungsberichte der Schäden ergab, dass nur in wenigen Fällen zweifelsfrei Treiberscheinungen durch Ettringitbildung nachgewiesen wurden. In allen anderen Fällen ist mit den dort angewendeten Untersuchungsmethoden der Nachweis von Ettringit oder Thaumasit nicht möglich, da sich die Fragestellung nicht auf die Ursache der Treiberscheinungen durch Ettringit-/Thaumasitbildung, sondern auf die Konformität der eingesetzten Materialien zu den entsprechenden Normen und technischen Regelwerken (z.B. Frostbeständigkeit, Sulfatgehalt) bezog. Somit könnten wesentlich mehr Schäden durch Ettringit- oder Thaumasitbildung verursacht worden sein. Im Rahmen des Forschungsprojektes wurden mehrere Verfahren für die schnelle und quantitative Analyse von Sulfat und Gesamtschwefel in RC-Baustoffen aus Betonabbruch getestet. Mittels IR-Spektroskopie (ATR-Methode) lässt sich der Sulfatgehalt nur unzureichend quantifizieren. Die Nachweisgrenze liegt bei etwa 1,5 M.-%. Unerwünschte Bestandteile (z.B. Kunststoffe, Gips) können jedoch sehr schnell qualitativ nachgewiesen werden. Die Analyse mit einem Röntgenfluoreszenz-Handgerät und die Analyse mittels Verbrennung (Schwefelanalysator) eignen sich für die quantitative Analyse des Gesamtschwefelgehaltes an fein aufgemahlenen Materialien. Die Nachweisgrenze liegt bei < 0,5 M.-% Sulfat. Beide Verfahren können in Baustellencontainern bzw. die Röntgenfluoreszenz auch im Laborwagen eingesetzt werden. Weiterhin wurde ein Prüfverfahren in Anlehnung an DIN EN 1744-1 entwickelt um die Volumenzunahme von RC-Baustoffen mit Betonabbruch in Kontakt mit extern zugeführten Sulfationen in Form von Gips zu messen. Bei RC-Betonen, die mit Normalzementen hergestellt wurden, wurde eine deutliche Volumenzunahme ab einem externen Gipsgehalt zwischen 0,9 M.-% - 1,8 M.-% (entspricht zwischen 0,5 M.-% und 1 M.-% externem Sulfat) nachgewiesen. Es muss darauf hingewiesen werden, dass für dieses Verfahren kein Bewertungsmaßstab vorliegt, mit dem auf Treiberscheinungen in Tragschichten geschlossen werden kann. Mit Hilfe des Simulationsverfahrens Transreac, welches chemische Reaktionen und Transportprozesse in mineralisch gebundenen Materialien berechnet, wurden Worst-Case-Szenarien zur Abschätzung des Grenzwertes für Sulfat in RC-Baustoffen aus Betonabbruch berechnet. Die rechnerische Simulation ergab einen Grenzwert für den externen Gipsgehalt im RC-Beton von < 1 M.-% (entspricht < 0,55 M.-% Sulfat). Experiment und Simulation weisen darauf hin, dass es oberhalb eines externen Sulfatgehaltes von 0,5 M.-% zu Volumenvergrößerungen bzw. Schäden durch Ettringit-/Thaumasitbildung kommen kann. Dieses Ergebnis bestätigt den Grenzwert für säurelösliches Sulfat von RC-Baustoffen, der in den derzeit gültigen Regelwerken enthalten ist.

BASt - S - 160