Präsentation
Filtern
Dokumenttyp
- Vortrag (2)
Sprache
- Deutsch (2) (entfernen)
Referierte Publikation
- nein (2)
Schlagworte
- Instandsetzung (2) (entfernen)
Organisationseinheit der BAM
Eingeladener Vortrag
- nein (2)
Für die flächige Instandsetzung von Stahlbetonkonstruktionen kommen nahezu ausschließlich zementgebundene Systeme mit hohem Zementgehalt zum Einsatz (1). Bereits 2008 war die Zementproduktion für 5% des weltweiten, anthropogenen CO2-Ausstoßes verantwortlich (2). Um die prozessbedingten CO2-Emissionen zu senken, wird der Zement bereits durch gewisse Mengen an Sekundärrohstoffen wie Flugasche, Silicastaub oder Hüttensandmehl (Hochofenschlacke) substituiert. Das Potenzial für weitere Modifikationen ist inzwischen begrenzt (3). Zudem ist eine hohe Lebensdauer der Konstruktionen in vielen Anwendungsbereichen nur bedingt realisierbar. Spätestens mit Erreichen der geplanten Nutzungsdauer müssen Stahlbetonkonstruktionen mit zementgebundenen Systemen instandgesetzt werden, was im ökonomischen und ökologischen Sinne keine nachhaltige Lösung darstellt. Die Verwendung neuer Baustoffe wie alkalisch aktivierte Mörtel hält sich bisher in Grenzen (4), sodass die Akzeptanz durch praxisnahe Forschung adressiert werden muss.
Vorangegangene Forschungsergebnisse zeigen, dass alkalisch aktivierte Bindemittel vielversprechende technische Eigenschaften besitzen. So zeigen sich im Vergleich zu herkömmlichem Portlandzement ein ausgesprochen wirkungsvoller Verbund zu Stahl und Zementmörtel (5), (6), eine hohe chemische Beständigkeit sowie ein Erfolg versprechendes Abwitterungsverhalten bei Frost-Tau-Wechseln (7). Mit diesen Eigenschaften können alkalisch aktivierte Mörtel einen erheblichen Beitrag zur dauerhaften Betoninstandsetzung leisten und somit durch die verringerten CO2-Emmissionen dem Prinzip des nachhaltigen Bauens gerecht werden. Wichtig für die Produktion im größeren Maßstab ist die Verfügbarkeit der möglichen Reststoffe, um eine CO2-positivere Bilanz abzubilden.
Im Zuge des Forschungsvorhabens sollen Rezepturen für Instandsetzungsprodukte entworfen werden, die auf alkalisch aktivierte industrielle Reststoffe zurückgreifen und die Anforderungen an konventionelle Instandsetzungsprodukte erfüllen. Hierzu wurden potenzielle Ausgangs-stoffe mit Natriumcarbonat aktiviert und die Verarbeitbarkeit der Leime sowie die Druckfestigkeiten nach sieben Tagen verglichen. Hüttensandmehl reagiert ausreichend mit diesem Aktivator, was sich mit Ergebnissen von (8) und (9) deckt. Es werden 〖CO〗_3^(2-)-Ionen in das System eingebaut, was zu einer anfänglichen Erstarrung des Gefüges durch die Bildung von Carbonaten (Calcit und Hydrotalcit) führt. Nach einer längeren dormanten Phase bilden sich zusätzlich Hydratphasen, die die Festigkeit weiter erhöhen. Weiterhin ist die chemische Zusammensetzung der Schlacken für die Erhärtung und die späteren Eigenschaften von großer Bedeutung (10), (11), was mit einer Parameterstudie im laufenden Jahr an natriumcarbonataktivierten Schlacken näher betrachtet werden soll. Erkenntnisse aus vergleichenden Versuchen durch (12) bestätigen die Einflussnahme der chemischen Zusammensetzung. Die übrigen Reststoffe konnten mit anderen Aktivatoren (z. B. Natriumsilicat und -hydroxid) zu einer Reaktion angeregt werden. Im Hinblick auf die Akzeptanz der alkalisch aktivierten Bindemittel stellen diese Aktivatoren jedoch bei der Herstellung höhere technische Anforderungen an das Personal und die verwendeten Geräte im Vergleich zur konventionellen Beton- und Mörteltechnik. Die Aktivierung mittels Alkalicarbonaten ermöglicht die Herstellung von Beton bzw. Mörtel nach dem üblichen „just add water“-Prinzip (13).
Aktuell wird unter Einbindung einer studentischen Abschlussarbeit eine Rezeptur mit Hüttensandmehl hinsichtlich der Frisch- und Festeigenschaften charakterisiert und einer Referenzmischung – basierend auf Portlandzement – gegenübergestellt. Hieraus resultierende Ergebnisse sollen neben den Erkenntnissen aus den Vorversuchen zur Konferenz vorgestellt und ein Ausblick auf die weitere Forschungsarbeit gegeben werden.
In den vergangenen 10 Jahren hat die Errichtung von Windkraftanlagen zur Deckung des zukünftigen Energiebedarfs stark zugenommen. Dabei bilden vor allem Offshore-Windenergieanlagen (OWEA) den Hauptanteil im Bereich der erneuerbaren Energien. Aufgrund der einfachen Installation werden hierbei Grout-Verbindungen sowohl bei Monopile als auch bei Jacket-Konstruktionen zwischen den gerammten Gründungsrohren und einem Adapterstück (Transition Piece) ausgeführt. Die Bemessung der Grout-Verbindung stellt aktuell im Bereich von OWEA weitgehendes Neuland ohne Langzeiterfahrung dar. Lediglich im Bereich der Offshore Erdöl- und Erdgasindustrie kann man auf über 30 Jahre Erfahrung mit dieser Verbindungstechnologie zurückblicken. Hier wurden jedoch für vergleichbare Strukturen Schädigungen und Setzungen während des Betriebs festgestellt. Gleichzeitig sind die Bedingungen bei der Montage Offshore sehr schwierig und die eingesetzten Materialien sind aufgrund ihrer technischen Merkmale in Verbindung mit den Verarbeitungsbedingungen nicht unproblematisch. Dies betrifft insbesondere den Fall, wenn sich die Verbindung unterhalb des Meerwasserspiegels befindet oder das Grout-Material im jungen Alter dynamisch beansprucht wird.
Vor diesem Hintergrund sollen Strategien zur Instandsetzung schadhaft installierter oder im Betrieb geschädigter Grout-Verbindungen mit Hilfe von zementgebundenen Injektionsstoffen entwickelt werden. Hierzu werden zunächst die grundlegenden Schädigungsmechanismen und deren Auswirkung auf die Rissbildungsprozesse untersucht, da diese entscheidend für die Entwicklung eines geeigneten Instandsetzungskonzeptes sind. In diesem Zusammenhang werden Schädigungsmechanismen im Rahmen eines Modellversuchs anhand einer skalierten Grout-Verbindung untersucht. Des Weiteren werden potenzielle Instandsetzungsmaßnahmen und deren Grenzen diskutiert.