Hvorfor svulmer og revner beton?

Desværre, beton holder ikke evigt. Tidens tand tager også deres vejafgift på betonkonstruktioner i Schweiz. Ikke kun er forstærkede strukturer som broer påvirket, men også betonbygninger uden armering, såsom dæmningsvægge. En årsag omtales som alkali-aggregatreaktionen (AAR). Det kan påvirke alle betonkonstruktioner i fri luft.

Med AAR, de grundlæggende ingredienser i betonen er faktisk problemet:Cement – ​​hovedbestanddelen i beton – indeholder alkalimetaller som natrium og kalium. Fugt i betonen reagerer med disse alkalimetaller og danner en alkalisk opløsning. Hovedkomponenterne i beton er sand og grus, som igen indeholder silikater som kvarts eller feldspat. Det alkaliske vand reagerer med disse silikater og danner et såkaldt alkalicalciumsilikathydrat. Dette mineral akkumulerer fugt i sin struktur, hvilket får den til at udvide sig og gradvist knække betonen indefra.

Det slående her:Den samme kemiske reaktion finder sted i talrige stykker grus inde i betonen; de små sten revner en efter en. Det tryk, der kan udøves på en hel struktur på grund af denne mikroreaktion, er enormt:En dæmningsvæg, for eksempel, kan udvides med et par decimeter. Dette kan forårsage skader på de laterale forbindelsespunkter til bjerget eller deformationer i sluseområdet. Reaktionen sker gradvist, hvor den første skade først bliver mærkbar i berørte strukturer efter ti til 15 år. Imidlertid, den vedvarende opsvulmning af betonen kan reducere konstruktionernes levetid alvorligt.

I 2015 lykkedes det et hold af forskere fra Empa og Paul Scherrer Institute (PSI) at identificere strukturen af ​​den vandige krystal, der udløser hævelsen i beton. Denne struktur havde tidligere været genstand for mange spekulationer.

Opdagelsen inspirerede til et tværfagligt forskningsprojekt finansieret af Swiss National Science Foundation (SNSF). Udover Empa og PSI, to EPFL-institutter er også involveret. Forskningsaktiviteterne koordineres af Empa-forsker Andreas Leemann. "Vi ønsker at studere og forstå AAR i alle dimensioner, fra atomniveau- og længdeskalaen i Angstrom-området til hele strukturer på en centimeter- og meterskala, " forklarer Leemann.

Seks projekter dækker alle dimensioner

Seks delprojekter blev defineret i SNSF Sinergia-projektet:PSI bruger synkrotronstråling til at studere strukturen af ​​reaktionsprodukterne for at forklare deres kilder. Nøgleparametrene for udløsning af silikaterne og sammensætningen af ​​reaktionsprodukterne dannet i starten er ved at blive undersøgt på EPFL; i øvrigt, computersimuleringer bliver brugt til at undersøge virkningen af ​​hævelsen på strukturer.

Og på Empa, dannelsen af ​​revner i betonen undersøges i rumlig og tidsmæssig opløsning ved hjælp af computertomografi på Empa X-Ray Center, og de vandige krystaller syntetiseres i laboratoriet. Dette gør det muligt for forskerne at opnå større mængder af stoffet, der normalt findes i nano- til mikrometerstore revner i grusstykker. Kun med større mængder af det pågældende stof kan fysiske egenskaber bestemmes nøjagtigt, imidlertid. Ikke alene skulle resultaterne hjælpe med at forstå AAR meget bedre, de bør også afsløre måder at undgå skade - og dermed omkostninger." Vi er allerede i gang med at afkode fænomenet, som kun er blevet forstået i brudstykker indtil nu, " siger Leemann. Det fireårige projekt gik i gang i maj 2017. De første resultater er allerede på plads. Næste skridt vil gå ud på at knytte de enkelte grupper tættere sammen og bygge videre på partnernes resultater. I sidste ende dette skulle give et mere fuldstændigt billede af AAR, der gør det muligt at måle tilstanden af ​​og risikoen for betonkonstruktioner mere effektivt og at overvåge de ramte bygningers skæbne mere videnskabeligt.