Die Interaktion von Beton mit sulfathaltigem Bergwasser stellt eine zentrale Gefährdung für Untertagebauwerke dar und führt zu einer Reduktion der Lebensdauer. Tunnelbauwerke im schweizerischen Verkehrsnetz sowie Bauwerke für die Nutzung der Wasserkraft sind von dieser Problematik unmittelbar betroffen. Die Prüfung des Sulfatwiderstandes ist seit 2003 Bestandteil der Norm SIA 262/1, Anhang D. Aufgrund von Unklarheiten in der Praxisanwendung wurde das Verfahren in mehreren Forschungsprojekten systematisch untersucht und weiterentwickelt.
Was leistet die bestehende Prüfung nach SIA 262/1?
Das Forschungsprojekt FGU 2007/002 untersuchte die Anwendbarkeit und Relevanz der bestehenden Prüfung für die Praxis. Die Analyse zeigte, dass bei der Prüfung grundsätzlich Mechanismen ablaufen, die mit den Erfahrungen aus der Auswertung verschiedener Schadensfälle in Tunneln übereinstimmen. Allerdings führt die angewendete Auswertungsformel insbesondere beim Normalbeton zu Resultaten, die den Erfahrungen aus Langzeitversuchen widersprechen. Zudem wurde festgestellt, dass der Sulfateintrag in die Prüfkörper optimiert und eine längere Reaktionszeit für die Sulfatinteraktion zur Verfügung gestellt werden muss.
Welche Anforderungen stellen Untertagebauwerke an Betonkonzepte?
Untertagebauwerke sind zentrale verkehrstechnische Objekte im schweizerischen Straßennetz sowie wichtige Verbindungen in der Nutzung der Wasserkraft und im Schienenverkehr. Entsprechend hoch sind die Anforderungen an deren Dauerhaftigkeit. Wirkungsvolle Betonkonzepte als vorbeugende Maßnahme sind zwingend – unter Umständen in Kombination mit Abdichtungssystemen.
Die Optimierung von Betonrezepturen mit einer großen Unsicherheit bezüglich Dauerhaftigkeit kann kostenintensive Folgeschäden zur Folge haben. Eine präzise Prüfmethode ist daher unverzichtbar, um Betonkonzepte zu bewerten, die anhand falscher Kriterien optimiert wurden.
Wie wurde das Prüfverfahren weiterentwickelt?
Das Folgeprojekt FGU 2010/001 mit dem Titel „Sulfatwiderstand von Beton: verbessertes Verfahren basierend auf der Prüfung nach SIA 262/1, Anhang D" hatte zum Ziel, ein adaptiertes Verfahren zu entwickeln, das grundlegend auf dem bestehenden Verfahren basiert, aber eine bessere Aussagekraft ermöglicht. Das verbesserte Verfahren wurde mit einer Matrix von Sulfatwiderstandsprüfungen an Beton in Kombination mit mikrostrukturellen und chemischen Analysen zunächst optimiert und anschließend validiert.
Die Forschungsarbeiten wurden von der Empa durchgeführt und vom Bundesamt für Straßenbau (ASTRA) finanziert. Innerhalb eines von der Empa durchgeführten ASTRA-Projektes über die Wechselwirkung von Bergwasser mit Beton wurden konkrete Schadensfälle dokumentiert.
Welche Rolle spielt die Zementwahl?
Die Wahl des Zements und der Betonzusammensetzung beeinflusst den Sulfatwiderstand maßgeblich. Das verbesserte Prüfverfahren soll als griffiges Werkzeug zur Optimierung von Betonkonzepten dienen und die Wahrscheinlichkeit von Sulfatschäden an Untertagbauwerken verringern. Die Aussagekraft der Prüfung wird durch die Weiterentwicklung massgeblich erhöht.
Welchen Nutzen bringt das verbesserte Verfahren?
Das verbesserte Prüfverfahren ermöglicht eine präzisere Bewertung der Sulfatbeständigkeit von Betonrezepturen für Untertagebauwerke. Die Wahrscheinlichkeit von Folgeschäden durch Betonkonzepte, die anhand falscher Kriterien optimiert wurden, wird deutlich reduziert. Damit steht ein verlässliches Instrument zur Verfügung, um die Dauerhaftigkeit von Tunnelbauwerken und anderen Untertagekonstruktionen langfristig zu sichern.
Die Ergebnisse wurden in den VSS-Berichten 1355 (2011) und 1416 (2013) veröffentlicht und stehen der Fachwelt zur Anwendung zur Verfügung. Die Schadmechanismen und Expositionsklassen sind wesentliche Parameter bei der Beurteilung der Sulfatbeständigkeit von Betonkonstruktionen.
