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Spritzbeton ist nachhaltig, wenn er sowohl umweltfreundlich als auch dauerhaft ist. Traditionelle Mischungszusammensetzungen für Spritzbeton enthalten einen hohen Anteil an fein gemahlenem Portlandzement und an Erstarrungsbeschleunigern. Beide Komponenten sind für eine sehr schnelle Festigkeitsentwicklung, aber auch hohe Umweltauswirkungen (wie CO2-Emissionen, Primärenergiebedarf) verantwortlich. Portlandzement ist ein hervorragendes Bindemittel, bringt aber ein hohes Versinterungspotenzial und bei normaler Zusammensetzung einen geringen Widerstand gegen chemischen Angriff, wie zum Beispiel den Sulfatangriff aus dem Bergwasser, mit sich. Hingegen können latent hydraulische und puzzolanische Zusatzstoffe die Dauerhaftigkeit erhöhen, sind aber auch für eine langsame Festigkeitsentwicklung bekannt. Im Beitrag wird ein neues Konzept des Mischungsentwurfs vorgestellt, das auf der Auswahl geeigneter Zusatzstoffe (i.e. feinste Kalksteinmehle, die die Hydratation beschleunigen, kombiniert mit gemahlenem Hüttensand und Puzzolanen), der Optimierung von Packungsdichte und Wasserbedarf sowie einem optimalen Mischungsverhältnis aller Feinstoffe beruht. Es wird an exemplarischen Mischungszusammensetzungen gezeigt, welche Eigenschaften bzw. Leistungsmerkmale in Labortests sowie in großmaßstäblichen Spritzversuchen erreicht werden können.
Shotcrete is a material frequently used in underground constructions such as tunnels, where Ca leaching and sulfate attack are important durability issues. In this study, two test methods were employed to investigate the sulfate resistance and leaching behaviour of dry- and wet-mix shotcretes in sulfate solutions on a time-resolved basis. Tests on powdered samples showed the dissolution of AFm, portlandite and C-A-S-H, subsequently followed by the precipitation of calcite and ettringite. The extent of sulfate expansion of drill cores corresponded to the chemical response of the powder materials, particularly on the reactivity of Ca- and Al-containing hydrated cement phases. The use of high-purity metakaolin (7-10 wt%) in the shotcrete binder significantly decreased the sulfate durability, while high amounts of other SCMs such as blast-furnace slag and silica fume (> 20 wt%) had a positive effect on the durability of shotcrete.
The reduction of clinker use is mandatory to lower the negative environmental impact of concrete. In shotcrete mixes, similarly to the case of conventional concrete, the use of supplementary cementitious materials (SCMs) and proper mix design allow for the substitution of clinker without compromising the mechanical properties. However, the impact of the substitution on the durability of shotcrete needs to be further assessed and understood. The results from the present study, obtained from real-scale sprayed concrete applications, show a reduction of the Ca2+ leaching and sintering potential of clinker-reduced shotcrete mixes due to the presence of SCMs. This positive effect, crucial for low maintenance costs of tunnels, is mainly related to a reduced portlandite content, which on the other hand negatively affects the carbonation resistance of shotcrete. Additionally, the hydration of SCMs positively influences the chloride penetration resistance presumably due to a combination of microstructural changes and changes in the chloride binding capacity. Differences found in the pore size distribution of the various mixes have low impact on the determined durability parameters, in particular compared to the effect of inhomogeneities produced during shotcrete application.