Analyse des alkalischen Löseverhaltens von Quarziten

Ein weltweites Problem im Betonbau ist die schädigende Alkali-Kieselsäure-Reaktion (AKR). Das bei dieser Reaktion entstehende Alkali-Kiesel-Gel kann bei Anwesenheit von Wasser aufquellen. Durch die entstehenden Quelldrücke können Risse und Abplatzungen am Beton auftreten. Der Mechanismus hinter der Gelbildung wird derzeit erforscht und ist noch nicht vollständig geklärt. Einer der wichtigsten Faktoren für die Bildung eines solchen Gels ist die SiO2 Löslichkeit der verwendeten Gesteine.

Die alkalischen Löseprozesse sind abhängig von der Oberfläche und der Beschaffenheit der vorhandenen SiO2-Träger. Amorphes SiO2 oder unter Stress stehender Quarz löst sich viel schneller auf als gut kristallisierter Quarz. Speziell die Analyse von Spannungen auf der Oberfläche ist daher von besonderem Interesse.

Im Rahmen dieses Projektes untersuchen wir SiO2-haltige Oberflächen mittels diverser mikroskopischer Techniken:

  • Auflicht-Mikroskopie: Identifizierung von Ausbrüchen und Rissen als Indiz für gespannte Bereiche
  • Konfokal-Mikroskopie: Topographische Messung der Oberfläche vor und nach dem Ätzen, sowie die anschließende Berechnung der lokalen Ätzrate
  • Polarisations-Mikroskopie: Visualisierung von unterschiedlichen Kristallorientierungen auf Dünnschliffproben
  • Raman-Mikroskopie: Untersuchung der Kristallstruktur und Vergleichsmethode zur Bestimmung von unterschiedlichen Kristallorientierungen

Bisherige Korrelationen der bildgebenden Verfahren lassen auf hohe Stresszustände an Korngrenzen schließen, welche u.a. auch zu lokalen Ausbrüchen und Rissen führen können.

Zur Bestimmung der Löslichkeit werden vorher charakterisierte Oberflächen mittels einer alkalischen Ätzlösung (KOH) geätzt. Über lokal erhöhte Ätzraten kann somit die Löslichkeit in Abhängigkeit von z.B. Stresszuständen auf der Oberfläche ermittelt werden.

Dieses Projekt erfolgt in Kooperation mit der Gruppe um Prof. Hünger (BTU, Fachgebiet Baustoffe und Bauchemie).

Posterbeiträge

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