@phdthesis{Hill2004, author = {Hill, Steffen}, title = {Zur direkten Beurteilung der Alkaliempfindlichkeit pr{\"a}kambrischer Grauwacken aus der Lausitz anhand deren Kiesels{\"a}ure- und Aluminiuml{\"o}severhalten}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:co1-000000488}, school = {BTU Cottbus - Senftenberg}, year = {2004}, abstract = {Die Beurteilung der Alkaliempfindlichkeit pr{\"a}kambrischer Grauwacken aus der Lausitz ist derzeit nur anhand indirekter Kriterien (Dehnungen und Rissbildungen) {\"u}ber eine aufwendige und langwierige Betonpr{\"u}fung nach Teil 3 der Alkali-Richtlinie des DAfStb m{\"o}glich. Aufgrund fehlender Kenntnisse zum Reaktionsmechanismus der Grauwacken im alkalischen Milieu von Betonen ist es trotz intensiver Forschung bisher nicht gelungen, eine sichere Beurteilung auch kurzfristig durch direkte Pr{\"u}fungen am Gesteinskorn selbst vorzunehmen. Im Ergebnis dieser Arbeit wird nunmehr nachgewiesen, dass das aus den Grauwacken im Alkalischen l{\"o}sliche Aluminium die Sch{\"a}digungsreaktion des Gesteins im Beton entscheidend steuert, indem es ebenfalls l{\"o}sliche Kiesels{\"a}ure {\"u}ber eine alumosilicatische Komplexbildung in nicht quellf{\"a}hige Reaktionsprodukte einbindet. Somit kann sich ausschließlich die nicht an Aluminium gebundene Kiesels{\"a}ure („Kiesels{\"a}ure{\"u}berschuss") in der L{\"o}sung {\"u}ber eine Alkalisilicat-Gel-Bildung an der Betonsch{\"a}digung beteiligen und infolge dessen als direktes chemisches Kriterium einer Alkaliempfindlichkeit herangezogen werden. Diese Theorie wird durch die direkte Gegen{\"u}berstellung von Kiesels{\"a}ure{\"u}berschuss und Betondehnung f{\"u}r mehrere Grauwacken verschiedener Steinbr{\"u}che der Lausitz best{\"a}tigt. Es wird gezeigt, dass eine Einstufung pr{\"a}kambrischer Grauwacken in Alkaliempfindlichkeitsklassen nun erstmals durch eine Pr{\"u}fung unmittelbar am Korn und zugleich innerhalb von nur 14 Tagen auf der sicheren Seite liegend erfolgen kann.}, subject = {Lausitz; Grauwacke; Betonzuschlag; Alkalische Reaktion; Betonschaden; Betonpr{\"u}fung; Alkalireaktion; Alkali-Kiesels{\"a}ure-Reaktion; AKR; Alkaliempfindlichkeit; Grauwacke}, language = {de} } @phdthesis{Scholz2016, author = {Scholz, Yvonne}, title = {Dauerhaftigkeit von Beton - Wirkungsweisen von Betonzusatzstoffen zur Vermeidung einer AKR}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-42076}, school = {BTU Cottbus - Senftenberg}, year = {2016}, abstract = {Auch 75 Jahre nach einem ersten dokumentierten Schadensfall stellt die Alkali-Kiesels{\"a}ure-Reaktion (AKR) ein aktuelles Problem dar. International werden derartige Sch{\"a}den durch diese chemische Reaktion durch die Verwendung von mineralischen Betonzusatzstoffen im Beton maßgeblich vermindert. Einen besonderen Einfluss hat dabei das gel{\"o}ste Aluminium aus den Zusatzstoffen, deren Wirkungsweise aber noch nicht ausreichend gekl{\"a}rt ist. Die vorliegende Arbeit besch{\"a}ftigt sich mit der Aufkl{\"a}rung und dem Vergleich der Wirkungsweise aluminiumhaltiger Betonzusatzstoffe unterschiedlicher Art und Herkunft und deren Wechselwirkungen sowohl mit der Porenl{\"o}sung als auch der Zementsteinmatrix. Die Spannweite der untersuchten Zusatzstoffe (ZS) reicht dabei von rein siliciumhaltigen ZS, wie Microsilica, {\"u}ber aluminium-/siliciumhaltige (z.B. Metakaolin) bis hin zu rein aluminiumhaltigen ZS. Als Ausgangspunkt wurden Betonproben mit einer alkalireaktiven Gesteinsk{\"o}rnung (GK) untersucht, bei denen ein teilweiser Austausch des Zementes durch die ZS mit unterschiedlichen Aluminiumgehalten erfolgte. Anhand der Dehnungen der Betonbalken, gelagert bei 40°C (Nebelkammer), konnten erste deutliche Unterschiede hinsichtlich der dehnungsreduzierenden Wirkung der ZS in Abh{\"a}ngigkeit von der Lagerungsdauer unter konstanten Bedingungen gezeigt werden. In einem zweiten Schritt galt es, dass L{\"o}severhalten der ZS in alkalischer L{\"o}sung unterschiedlicher Konzentrationen (1M bzw. 0,1M KOH-L{\"o}sung) sowohl bei 40°C als auch bei 80°C und mit unterschiedlichen Feststoff/Laugenverh{\"a}ltnissen zu untersuchen. Es konnte nachgewiesen werden, dass sowohl Silicium als auch Aluminium in ausreichender Konzentration aus dem ZS gel{\"o}st werden m{\"u}ssen, wobei das Si/Al-Verh{\"a}ltnis entscheidend f{\"u}r eine dauerhafte AKR-vermeidende Wirkung im Beton ist. Untersuchungen an Zement/ZS-Mischungen sollten neue Erkenntnisse {\"u}ber die stofflichen Ver{\"a}nderungen sowohl am erh{\"a}rteten Zementstein als auch in der ausgepressten Porenl{\"o}sung liefern, die wesentlich durch die ZS beeinflusst werden. Der Vergleich mit den Dehnungen des Betonversuchs zeigte, dass die ZS, die neben Al auch Si in ausreichender Konzentration l{\"o}sen, im Wesentlichen sowohl durch die Absenkung der Hydroxid- und Alkaliionenkonzentration als auch durch die Bildung zus{\"a}tzlicher C-S-H- und/oder C-A-S-H-Phasen eine Dehnungsreduzierung bewirken. Dar{\"u}ber hinaus zeigte sich, dass die Mischung eines silicium- mit einem aluminiumreichen ZS in gleichen Anteilen zwar erm{\"o}glicht, die Wirkungen eines nachweislich AKR-vermeidenden ZS auf die Porenl{\"o}sung und die Zementsteinmatrix ann{\"a}hernd nachzustellen, die langfristige Dehnungsreduzierung mit dieser Mischung im Beton jedoch nicht erreicht werden konnte. Folglich gibt es neben den nachgewiesenen Wechselwirkungen zwischen ZS und alkalischer L{\"o}sung bzw. Zementsteinmatrix weitere Reaktionen insbesondere auch mit der GK, die entscheidend f{\"u}r die dauerhafte Vermeidung einer AKR im Beton durch die Zugabe von ZS sind.}, subject = {Alkali-Kiesels{\"a}ure-Reaktion; AKR; Beton; Zusatzstoffe; Vermeidung; Alkali-silica reaction; ASR; Supplementary cementing materials SCMs; Durability; Concrete; Beton; Betonzusatzstoff; Alkali-Kiesels{\"a}ure-Reaktion}, language = {de} } @phdthesis{Kronemann2014, author = {Kronemann, Jens}, title = {Untersuchung der zeitlichen Abh{\"a}ngigkeit von L{\"o}seprozessen in hochalkalischen L{\"o}sungen zur Charakterisierung der Alkaliempfindlichkeit von Gesteinsk{\"o}rnungen}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-35034}, school = {BTU Cottbus - Senftenberg}, year = {2014}, abstract = {Die sch{\"a}digende Alkali-Kiesels{\"a}ure-Reaktion (AKR) im Beton stellt in Teilbereichen nach wie vor ein Problem bei der Bewertung der Dauerhaftigkeit von Beton dar. Eine der h{\"a}ufigsten Fragestellungen ist immer noch eine schnelle und sichere Beurteilung der Alkaliempfindlichkeit von Gesteinsk{\"o}rnungen f{\"u}r die Betonherstellung. Dar{\"u}ber hinaus erscheint in Zeiten der Ressourceneinsparung der Ausschluss von Gesteinsk{\"o}rnungen auf Grund unzureichender Kenntnis der Alkaliempfindlichkeit nicht zukunftsorientiert. Weiterhin wird oft nur die makroskopische Betrachtung von Betonen oder M{\"o}rtelprismen zur Beurteilung der Alkaliempfindlichkeit von Gesteinsk{\"o}rnungen herangezogen, wobei die bei der AKR stattfindenden Prozesse nicht gen{\"u}gend ber{\"u}cksichtigt werden. In der vorliegenden Arbeit wurde der Beitrag von Gesteinsk{\"o}rnungen zur AKR im Beton untersucht, um die Alkaliempfindlichkeit von Gesteinsk{\"o}rnungen zu quantifizieren und die zu erwartende Sch{\"a}digung des Betons durch die Gesteinsk{\"o}rnung detaillierter als bisher klassifizieren zu k{\"o}nnen. Im Vordergrund der Arbeit stand dabei das Verst{\"a}ndnis der Aufl{\"o}sungsprozesse von Gesteinsk{\"o}rnungen in KOH-L{\"o}sungen (pH ≥ 13) bei unterschiedlichen Reaktionsbedingungen. An vier Gesteinsk{\"o}rnungen wurde der 40 °C-Betonversuch durchgef{\"u}hrt, um die Alkaliempfindlich-keit der Gesteinsk{\"o}rnungen zu dokumentieren. Weiter wurden die Gesteinsk{\"o}rnungen mit dem Schnellpr{\"u}fverfahren untersucht sowie petrografisch und mineralogisch begutachtet. Dabei stimm-ten die Ergebnisse nur teilweise mit denen des 40 °C-Betonversuchs {\"u}berein. Anhand von L{\"o}seversuchen an den originalen Lieferk{\"o}rnungen der Gesteinsk{\"o}rnungen bei 40 °C und mit 1,0 M KOH-L{\"o}sung war es m{\"o}glich, die Reaktivit{\"a}t der Gesteinsk{\"o}rnungen mit den ermittelten SiO₂- und Al₂O₃-Konzentrationen der alkalischen L{\"o}sungen zu beschreiben. Bei den Untersuchungen von verschiedenen Varianten zur Beschleunigung der L{\"o}seversuche konnten durch eine erh{\"o}hte Temperatur von 80 °C und eine abgesenkte Konzentration der KOH-L{\"o}sung von 0,1 M innerhalb von 56 Tagen vergleichbare Ergebnisse zu den Resultaten der L{\"o}seversuche bei 40 °C und 1,0 M KOH-L{\"o}sung erreicht werden. In der alkalischen L{\"o}sung wird ein bestimmter Teil des gel{\"o}sten SiO₂ durch ebenfalls vorhandenes Al₂O₃ alumosilikatisch gebunden. Der verbleibende Teil des gel{\"o}sten SiO₂ steht f{\"u}r eine AKR zur Verf{\"u}gung. Aus der zeitabh{\"a}ngigen Darstellung dieser SiO₂-Konzentration wurde die L{\"o}segeschwindigkeit ermittelt. Dabei wurden vier aufeinanderfolgende Phasen dem Dehnungs- und Rissbreitenverlauf der Probek{\"o}rper des 40 °C-Betonversuchs zugeordnet. Zur Beurteilung der Alkaliempfindlichkeit einer Gesteinsk{\"o}rnung sind die L{\"o}segeschwindigkeiten der letzten drei Phasen entscheidend. Nach der Entwicklung dieser Vorgehensweise an den vier untersuchten Gesteinsk{\"o}rnungen wurde diese Methode bei weiteren Gesteinsk{\"o}rnungen angewendet. Die ermittelten L{\"o}segeschwindigkeiten stellten ebenfalls ein exaktes Abbild der Ergebnisse des 40 °C-Betonversuchs dar. Die entwickelte Methode bietet eine M{\"o}glichkeit, die Alkaliempfindlichkeit einer Gesteinsk{\"o}rnung schnell, sicher und genauer als bisher zu bestimmen. Besonders vorteilhaft sind dabei die direkte Pr{\"u}fung der Gesteinsk{\"o}rnung an der originalen Korngr{\"o}ße (Lieferk{\"o}rnung), wie diese auch im Beton eingesetzt wird, die zementunabh{\"a}ngige Pr{\"u}fung, sowie die einfache experimentelle Durchf{\"u}hrung und Auswertung. Dar{\"u}ber hinaus zeigte sich bei der Anwendung der Methode, dass neben der Gesteinsk{\"o}rnung selbst auch der Einfluss von Zusatzstoffen auf die L{\"o}slichkeit von Gesteinsk{\"o}rnungen beurteilt werden kann. Erste Ergebnisse belegen den l{\"o}seinhibierenden Effekt des aluminiumhaltigen Zusatzstoffes Metakaolin durch die Blockierung der Oberfl{\"a}che einer reaktiven Gesteinsk{\"o}rnung im Alkalischen.}, subject = {Alkali-Kiesels{\"a}ure-Reaktion; Alkaliempfindlichkeit; L{\"o}slichkeit; L{\"o}segeschwindigkeit; Gesteinsk{\"o}rnung; Alkali-silica reaction; Alkali reactivity; Solubility; Dissolution rate; Aggregate; Zuschlagstoff ; L{\"o}slichkeit; Alkalische L{\"o}sung}, language = {de} } @phdthesis{Schuster2006, author = {Schuster, Klaus}, title = {Ermittlung und Anwendung der Einwanderungskinetik von Wasser, Schmutz-Wasser und Heiz{\"o}l in Porenbetone}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:co1-opus-85}, school = {BTU Cottbus - Senftenberg}, year = {2006}, abstract = {Die vorliegende Arbeit vermittelt die entsprechenden selbst entwickelten mathematischen Anwendungen auf die unterschiedlichen Einwanderungen der Fl{\"u}ssigkeiten in geometrisch unterschiedliche Porenbeton-K{\"o}rper. Zudem wird nachgewiesen, dass man mittels der Gesetzm{\"a}ßigkeiten bereits mittels wenigen Versuchen das Einwanderungsverhalten zuverl{\"a}ssig einstufen kann. Kennzeichnend f{\"u}r die Gesetzm{\"a}ßigkeiten ist, dass sie nur wenige Hilfsgr{\"o}ßen enthalten, n{\"a}mlich nur Fl{\"u}ssigkeitsaufnahme-Kennwerte und maximale Fl{\"u}ssigkeitsanreicherungs-Angaben. Die Arbeit beinhaltet zudem auch die Auswirkung von Porenbeton-Beschichtungen auf die Frost-Tau-Best{\"a}ndigkeit. Umfangreiche Schadensanalysen zeigen, dass Porenbetone außer den abtr{\"a}glichen Fl{\"u}ssigkeitseinwirkungen mit unterschiedlicher Wahrscheinlichkeit auch anderen sch{\"a}digenden Einfl{\"u}ssen unterliegen k{\"o}nnen.}, subject = {Porenbeton; Schadstoffaufnahme; Schadensanalyse; Einwanderungsverhalten; Einwanderungskinetik; Aerated concrete piece; Damaging influence; Fluid admission}, language = {de} } @phdthesis{Priebe2022, author = {Priebe, Nsesheye Susan}, title = {Influence of calcination conditions and varying compositions on the reactivity and performance of brick clays as supplementary cementitious materials}, doi = {10.26127/BTUOpen-5881}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-58816}, school = {BTU Cottbus - Senftenberg}, year = {2022}, abstract = {Calcined clays as supplementary cementitious materials (SCMs) have been identified and credited to be a viable solution in mitigating the CO₂ emissions related to cement production and consumption. Calcined clays range from a variety of different clay types based on an assortment of varying minerals and compositions. While extensive data is available on kaolinitic clays (based on the 1:1 clay type), other clays such as brick clays (based on the 2:1 clay type) are currently understudied, although such clays are largely more available than the kaolinitic clays. The aim of this thesis is to draw attention to the varying compositions present in two selected brick clays in Germany and elaborate on how such compositions affect their suitability to be used as SCMs in blended cement systems. The novelty of this thesis explains the relationship between the reactivity of the bricks to their varying compositions and their suitability for their employment as SCMs. This was based on their chemical and physical transformations in the calcination temperature range 650-900 or 950 °C, and the performance of the calcined brick clays in blended cement systems measured by their heat evolution, strength development and durability-related properties. The results of their performance were compared to two kaolinitic clays with varying compositions. While the kaolinitic clays generally exhibited the best performance as SCMs, the brick clay with a lower Fe₂O₃ content showed promising results similar to the kaolinitic clays when an optimum calcination temperature is applied and when substituted at a moderate cement substitution rate. Thus, this finding promoted further efforts made to improve the reactivity of the brick clay by producing a mixed clay composed of 50 \% brick clay (with Fe₂O₃ content) and 50 \% kaolinitic clay. The mixed clay was compared to the two individual brick clays and one kaolinitic clay, whereby optimum calcination conditions were performed in large-scale simulating an industrial-scale production of SCMs. All calcined clays exhibited pozzolanic reactivity, with the performance of the brick clays inferior to the kaolinitic clay, however, the mixed clay performed very similar to the kaolinitic clay. At a similar degree of hydration compared to plain Portland cement, the good performance of the mixed clays was especially evident in the strength development and improved chloride penetration resistance, which was caused by a refinement in the pore structure in the cementitious systems. Moreover, it was deduced that not only the high surface area, but also, the solubility of Si and Al ions in the resulting calcinate of the mixed clays plays a significant role when calcined at ~600-700 °C, which points to viable options for optimal employment of brick clays in cementitious systems.}, subject = {Brick clay; Calcined clay; Illite; Blended cement; Hydration; Ziegelton; Kalzinierten Tone; Zement; Ersatzstoff; Tonerdezement; Illit; Verkalkung; Temperaturverhalten; Betonfestigkeit}, language = {en} }