TY - JOUR A1 - Weise, Frank A1 - von Werder, Julia A1 - Manninger, Tanja A1 - Maier, Bärbel A1 - Fladt, Matthias A1 - Simon, Sebastian A1 - Gardei, Andre A1 - Höhnel, Desirée A1 - Pirskawetz, Stephan A1 - Meng, Birgit T1 - A multiscale and multimethod approach to assess and mitigate concrete damage due to alkali-silica reaction JF - Advanced engineering materials N2 - Alkali-silica reaction (ASR) is a chemical reaction within concrete which can lead over time to cracking and spalling. Due to the complexity of the problem, it still causes damage to concrete constructions worldwide. The publication aims to illustrate the interdisciplinary research of the German Federal Institute for Materials Research and Testing (BAM) within the last 20 years, considering all aspects of ASR topics from the macro to the micro level. First, methods for characterization and assessment of ASR risks and reaction products used at BAM are explained and classified in the international context. Subsequently the added value of the research approach by combining different, preferably nondestructive, methods across all scales is explained using specific examples from a variety of research projects. Aspects covered range from the development of new test-setups to assess aggregate reactivity, to analysis of microstructure and reaction products using microscopical, spectroscopical and X-ray methods, to the development of a testing methodology for existing concrete pavements including in-depth analysis of the visual damage indicator and the de-icing salt input using innovative testing techniques. Finally, research regarding a novel avoidance strategy that makes use of internal hydrophobization of the concrete mix is presented. KW - Mitigation strategies KW - Concrete KW - Damage analysis KW - Alkali silica reaction KW - Road pavement KW - Accelerated testing KW - Non-destructive testing KW - Microstructure PY - 2022 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:101:1-2022052515100075090235 DO - https://doi.org/10.1002/adem.202101346 SN - 1527-2648 VL - 24 IS - 6 SP - 1 EP - 36 PB - Wiley-VCH CY - Weinheim AN - OPUS4-54951 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - RPRT A1 - Weise, Frank A1 - Hüsken, Götz T1 - Ringversuch zum statischen Spaltzugversuch nach AL Sp-Beton N2 - Für die rechnerische Dimensionierung der Betondecken im Oberbau von Verkehrsflächen für den Neubau sowie die Erneuerung nach RDO-Beton 09 ist die statische Spaltzugfestigkeit an der unteren und oberen Bohrkernscheibe entsprechend der Vorgaben der AL Sp-Beton zu bestimmen. Aufgrund der unzureichenden Kenntnis der Präzision dieses Prüfverfahrens wurden, basierend auf dem Entwurf des FGSV-Merkblatts zur statistischen Auswertung von Prüfergebnissen, mit einem breit aufgestellten Ringversuch die statistischen Kennwerte an Labor- und Bestandsbetonen unter Vergleich- und Wiederholbedingungen ermittelt. Zur möglichst guten statistischen Absicherung nahmen an dem Ringversuch dreizehn erfahrene Prüfstellen teil, die vorab einem Audit unterzogen wurden. Zur Abdeckung des vielschichtigen Einsatzes des Prüfverfahrens erfolgte der Ringversuch an acht Prüflosen, die sowohl die Erst-/ Eignungsprüfung und Übereinstimmungskontrolle bei Neubaumaßnahmen, als auch die Restsubstanzbewertung von Betonfahrbahnplatten berücksichtigen. Zur Bewertung des Materialeinflusses wurde zusätzlich ein Prüflos mit Labormörtel untersucht. Die Probenvorbereitung erfolgte zentral an der BAM. Zur Sicherstellung einheitlicher Prüfbedingungen bei den Prüfstellen wurde zusätzlich eine detaillierte Standardarbeitsanweisung erarbeitet, die partiell bereits Eingang in das Normenwerk gefunden hat. Bei der Plausibilitätsprüfung aller prüflosspezifischen Einzelwerte der Spaltzug- und Druckfestigkeit wurden vereinzelt sowohl Ausführungsfehler als auch Übertragungs- und Tippfehler festgestellt. Der sich anschließende Lilliefors-Test zeigt, dass die ermittelten Einzelwerte bis auf wenige Aus-nahmen normalverteilt sind und damit die Voraussetzungen für die statistische Auswertung gegeben sind. Mittels grafischer Darstellung der Mandel’s h- und k-Werte wurden die Auffälligkeiten hinsichtlich der Mittelwerte und Varianzen prüflosspezifisch für die einzelnen Prüfstellen visualisiert und anschließend einige von ihnen mittels Grubbs- und Cochran-Test als Ausreißer identifiziert. Nach Ausreißerelimination wurde mit dem klassischen Verfahren bei der Spaltzugfestigkeit der geringste Variationskoeffizient unter Vergleich- und Wiederholbedingungen bei der Erst-/Eignungsprüfung mit 6,2 und 6,4 Prozent ermittelt. Bei einer Verminderung des Materialeinflusses durch die Verwendung eines Labormörtels verbessern sich die statistischen Kennwerte auf 4,5 und 5,3 Prozent. Mit 8,2 und 9,5 Prozent beziehungsweise 8,6 und 9,5 Prozent werden bei der Restsubstanzbewertung von Wasch- und Unterbetonen die höchsten Werte bestimmt. Das robuste Auswerteverfahren (ohne Eliminierung der Ausreißer) nach dem Entwurf des FGSV-Merkblatts zur statistischen Auswertung von Prüfergebnissen erwies sich in der Form als ungeeignet und bedurfte einer Überarbeitung. Bezüglich der vergleichend mit klassischen und robusten Verfahren gewonnenen Kennwerte ist festzustellen, dass bei sehr homogenen Messergebnissen eines Prüfloses beide Verfahren nahezu die gleichen statistischen Kennwerte liefern. Bei der Eliminierung von Ausreißern sind die Ergebnisse des robusten Verfahrens in der Regel etwas größer als die des klassischen Verfahrens. Die begleitenden vertiefenden Untersuchungen bei der Spaltzugprüfung mit innovativen Prüftechniken lieferten wertvolle Erkenntnisse zur Bewertung der Prüfeinflüsse. N2 - The computational design of concrete pavements according to the requirements of the RDO-Beton 09 requires the splitting tensile strength to be determined according to specifications of the AL Sp-Beton. However, detailed information on the precision of the described test procedure is missing. Therefore, a round robin test was set up in order to determine the statistical parameters of the prescribed splitting tensile strength test on laboratory concrete and cores extracted from concrete pavements in terms of repeatability and reproducibility. 13 testing institutes have been involved in the round robin test to guarantee a representative coverage of the sector. The selected testing institutes have been audited prior the round robin test in order to ensure their capabilities. The round robin test was divided into 8 testing lots for covering the broad field of possible applications. Thereby, the testing lots cover both the initial testing of concrete and quality control of new construction. The latter case implies also the assessment of existing concrete pavements. Additionally, a cementitious mortar was designed in order to consider the influence of the material, such as maximum grain size, on the test procedure. The samples were prepared at BAM to guarantee a uniform sample preparation. Furthermore, a standard operating procedure was prepared to assure constant test conditions at the testing institutes. This standard operating procedure is already partly considered by the corresponding standard. A revision of the data reported by the testing institutes revealed that execution errors, transcription errors as well as typing errors occurred. However, a Lilliefors-Test was conducted to verify the Gaussian distribution of the reported test data and to allow the further statistical analysis. Only view data sets do not follow a Gaussian distribution, has no remarkable influence on the obtained statistical data. By means of the graphical illustration of Mandel’s h- and k-values, abnormalities of the arithmetic mean and variance are depicted. These apparent abnormalities can be identified as outliers using the Grubbs and Cochran test. After eliminating the identified outliers, the corresponding statistical parameters have been determined using the classical method for data analysis. The lowest coefficient of variation that was determined for the splitting tensile strength by using the classical method for assessment of the repeatability and reproducibility of the test procedure amounts to 6.2 and 6.4%, respectively, for the initial testing of concrete. Reducing the material influence by using a cementitious mortar, the corresponding statistical parameters were reduced to 4.5 and 5.3%. On the contrary, the highest statistical values were obtained for the assessment of existing concrete pavements. Here, values of 8.2 and 9.5% were obtained for the exposed aggregate concrete and 8.6 and 9.5% for the subconcrete, respectively. The robust method for data analysis (without elimination of outliers) according to the draft version of the technical bulletin of the FGSV turned out to be inappropriate and required, therefore, a revision. Comparing the statistical parameters obtained by the classical and robust method used for data analysis it can be stated that both methods result in nearly identical values for homogeneous data sets without outliers. Considering outliers in the existing data sets, the statistical parameters obtained by the robust method are slightly higher than the values obtained by the classical method with elimination of outliers. The additional investigations on the splitting tensile strength using innovative test procedures provided valuable findings for the assessment of test results. KW - Verfahrenspräzision KW - Betonfahrbahndecke KW - Prüfverfahren AL Sp-Beton KW - Spaltzugfestigkeit KW - Ringversuch PY - 2022 SN - 978-3-95606-688-7 SN - 0943-9323 VL - Straßenbau Heft S 178 SP - 1 EP - 90 PB - Fachverlag NW in der Carl Ed. Schünemann KG CY - Bremen AN - OPUS4-54957 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - RPRT A1 - Weise, Frank A1 - Fladt, Matthias A1 - Meyer, I. T1 - Bewertung der Innenhydrophobierung von Fahrbahndeckenbetonen als neuartige AKR-Vermeidungsstrategie T1 - Evaluation of internal water-repellent treatment of concrete pavements as a novel AAR preventive measure T2 - Forschung Straßenbau und Straßenverkehrstechnik N2 - Zur Nutzbarmachung grenzwertig alkaliempfindlicher Gesteinskörnungen für Betonfahrbahndecken wurde basierend auf einer Literaturrecherche die Eignung von je einem Innenhydrophobierungsmittel auf der Basis eines Kalziumstearats (HM-A), eines Silan-Siloxan-Gemisches (HM-B) sowie eines der Vertraulichkeit unterliegenden Wirkstoffs (HM-C) für die neuartige AKR-Vermeidungsstrategie untersucht. Die Basis für die Eignungsuntersuchungen bildeten die Rezepturen im ARS 04/2013 für den OB (D>8)/UB sowie für den OB 0/8. Zur Herausarbeitung des Einflusses des Hydrophobierungsmittels auf die schädigende AKR fand in der groben Kornfraktionen ein alkaliempfindlicher Grauwackesplitt Anwendung. Aufgrund der unterschiedlichen Wechselwirkung zwischen dem LP-Bildner und dem Hydrophobierungsmittel wurde seine Dosierung beim HM-A reduziert sowie beim HM-B geringfügig und beim HM-C um ein Vielfaches erhöht. Ausgehend von den ausgewählten Rezepturen mit den unterschiedlichen Hydrophobierungsmitteln wurden bei den Untersuchungen u.a. folgende Erkenntnisse gewonnen: • Nachweis der Funktionalität aller drei Hydrophobierungsmittel im Festbeton durch signifikant reduzierte kapillare Aufnahme der Prüflösung. • Verschlechterung der mechanischen Eigenschaften und des Frost-Tausalzwiderstands des OB (D>8)/UB bei Zugabe aller Hydrophobierungsmittel. • Verzicht auf den Einsatz des HM-A im OB (D>8)/UB aufgrund drastischer Verschlechterung der Verarbeitbarkeit des Frischbetons und hohem Festigkeitsverlust. • Verzicht auf den Einsatz des HM-B im OB (D>8)/UB aufgrund der Überschreitung des Dehnungsgrenzwerts nach dem 9. bzw. 10. Zyklus (mit bzw. ohne zyklischer Vorschädigung) und der einhergehenden starken Abwitterung bei der KWL mit NaCl-Lösung. • Nachweis nachhaltiger Verminderung schädigender AKR in beiden Betonarten mit HM-C in Klimawechsellagerung und 60°C-Betonversuch mit externer Alkalizufuhr, allerdings zu Lasten der mechanischen Eigenschaften und des Frost-Tausalz-Widerstands. Fazit: Bei geeigneter Wirkstoffauswahl hat die Innenhydrophobierung das Potenzial für die Nutzbarmachung grenzwertiger Gesteinskörnung. Ihre Überführung in die Praxis erfordert jedoch eine weitere ganzheitliche Optimierung der Baustoffperformance. Das schließt auch die Verifizierung gezielter betontechnologischer Maßnahmen zur Verminderung der Verschlechterung der mechanischen Eigenschaften und des Frost-Tausalz-Widerstandes ein. N2 - In order to enable utilization of borderline-acceptable alkali-sensitive aggregates for concrete road pavements, the applicability of an internal hydrophobic treatment for a novel alkali-aggregate reaction (AAR) preventive measure was investigated. On the basis of a literature review, a calcium stearate (HM-A), a silane-siloxane emulsion (HM-B) and an active agent (HM-C), which is subject to confidentiality, were investigated. The mix designs from ARS 04/2013 for OB (D>8)/UB as well as for OB 0/8 formed the basis for the qualification tests. In order to shed light on the influence of the hydrophobic agent on the damaging AAR, alkali-sensitive greywacke chippings were used as the coarse grain aggregates. Due to the varying interaction between the air-entraining agent and the hydrophobic agent, the hydro-phobic agent dosage was reduced for HM-A, increased slightly for HM-B and increased many times over for HM-C. Based on the selected concrete mixes with the different hydrophobic agents the following findings were obtained: • Proof of the functionality of all three hydrophobic agents in hardened concrete by significantly reduced capillary absorption of the test solution. • Deterioration of the mechanical properties and the resistance to freeze-thaw with de-icing salt of the OB (D>8)/UB through the addition of all hydropho-bic agents. • The use of HM-A in OB (D>8)/UB should be avoided because of drastic deterioration of the workability of the fresh concrete and significant loss of strength. • The use of HM-B in OB (D>8)/UB was abandoned due to the exceeding of the expansion limit value from the 9th or 10th cycle onwards (with or without cyclical pre-damage) and the accompanying severe scaling during the cyclic climate storage test (CCST) with NaCl solution. • Proof of sustainable reduction of harmful AAR in both types of concrete with HM-C in CCST and 60°C concrete prism tests with external alkali supply. The disadvantage is deterioration of the mechanical properties and the resistance to freeze-thaw with de-icing salt. Conclusion: With a suitable selection of hydrophobic agent, internal waterrepellent treatment has the potential to enable utilization of borderline-acceptable alkali-sensitive aggregates. However, its transfer into practice re-quires a further holistic optimization of the building material performance. This includes the verification of specific concretetechnological measures to improve both, the mechanical properties and the resistance to freeze-thaw with de-icing salt. KW - Tausalzeintrag KW - Betonfahrbahndecke KW - Alkali-Kieselsäure-Reaktion PY - 2022 SN - 978-3-95606-643-6 SN - 0344-0788 VL - 1141 SP - 1 EP - 281 PB - Fachverlag NW in der Carl Ed. Schünemann KG CY - Bremen AN - OPUS4-54757 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER -