Wirkungsmechanismen Luftporen bildender Betonzusatzmittel und deren Nachaktivierungspotenzial

Fahrbahndeckenbeton, der im Winter mit Tausalz beaufschlagt wird, muss als Luftporenbeton hergestellt werden. Weitere Anwendungsgebiete für Luftporenbetone sind z. B. Brückenkappen und Räumerlaufbahnen sowie auch Betone der Expositionsklasse XF3 (reiner Frostangriff, hohe Wassersättigung). Zur Erzielung eines ausreichenden Frost-Tausalz-Widerstands müssen dem Beton Luftporenbildner (LP-Bildner) zugegeben werden, die im Frischbeton viele kleine gleichmäßig verteilte Luftporen erzeugen sollen. Entsprechende Anforderungen an die Zusammensetzung und die Herstellung von Luftporenbeton sind im Regelwerk festgelegt und haben sich bewährt. Dennoch wurde in den letzten Jahren bei einzelnen Betondeckenlosen insbesondere bei Verwendung von Luftporenbildnern mit synthetischer Wirkstoffbasis und bei hohen Frischbetontemperaturen ein stark erhöhter Luftporengehalt im Festbeton festgestellt. Erste Untersuchungsergebnisse des Forschungsinstituts der Zementindustrie (FIZ) mit Straßenbetonen und handelsüblichen LP-Bildnern zeigten, dass eine wesentliche Erhöhung des Luftgehalts nur auftreten kann, wenn der LP-Bildner im Frischbeton infolge einer zu kurzen Mischzeit bei der Herstellung überdosiert wurde, um den angestrebten Luftgehalt zu erreichen. Der Frischbeton enthält dann wirkstoffabhängig nicht ausreichend aufgeschlossenen und aktivierten LP-Bildner. Diese LP-Bildnermoleküle können die bei einem Eintrag von Mischenergie in den Frischbeton eingeführten Luftblasen stabilisieren. Dadurch kann sich der Luftgehalt nachträglich erhöhen. Die in die Untersuchung einbezogenen handelsüblichen LP-Bildner wiesen ein unterschiedliches „Nachaktivierungspotenzial“ auf. Da die Zusammensetzung der LP-Bildner nicht bekannt war und diese oft aus einem Gemisch unterschiedlicher Wirkstoffe bestehen, war eine exakte wirkstoffbezogene Analyse des Einflusses der LPBildner auf die Luftporenbildung und das daraus resultierende Nachaktivierungspotenzial nicht möglich. Bisher fehlten somit systematische Untersuchungen hinsichtlich der Wirkungsmechanismen und der Auswirkung von Art und Zugabemenge der Luftporen bildenden Wirkstoffe auf die mischzeitabhängige Luftporenbildung und das entstehende Nachaktivierungspotenzial. Dies betrifft sowohl die Luftporenbildung im Frischbeton als auch die Luftporengrößenverteilung im erhärteten Beton – beschrieben durch die Luftporenkennwerte Abstandsfaktor und Mikro- Luftporengehalt. Um die Ursachen für die nachträgliche Luftporenbildung zu ermitteln, wurde in der vorliegenden Arbeit systematisch der Einfluss von Luftporen bildenden Zusatzmitteln auf die Luftporenbildung in Leim-, Mörtel- und Betonversuchen untersucht. Dabei wurden sowohl handelsübliche LP-Bildner als auch reine Wirkstoffe verwendet. Anhand der gewonnenen Erkenntnisse wurde ein Modell abgeleitet, mit dem die Wirkungsmechanismen erklärt werden können, die zu der auf Baustellen beobachteten Erhöhung des Luftgehalts im erhärteten Festbeton führten. Außerdem werden Empfehlungen für die Baupraxis gegeben, wie das Nachaktivierungspotenzial eines Luftporenbetons bereits im Rahmen der Erstprüfung abgeschätzt und damit eine ungewünschte Luftporenbildung vermieden werden kann.