Bewertung und Optimierung der Hydrophobierung zur Vermeidung des AKR-Schädigungsfortschritts in Fahrbahndeckenbetonen

Alkaliempfindliche Gesteinskörnungen, ein erhöhter externer Alkalieintrag (Streusalz) sowie Feuchtigkeit können zu einer Alkali-Kieselsäure-Reaktion (AKR) führen und dadurch Schäden an Betonfahrbahndecken hervorrufen. Eine Hydrophobierung des Betons kann zur Verlängerung der Lebensdauer solcherart belasteter Fahrbahndecken beitragen. Die Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt) ließ die Möglichkeiten einer Verminderung des AKR-Schadensfortschritts durch frühzeitig durchgeführte Hydrophobierung untersuchen. Die erarbeiteten Empfehlungen zur technischen Ausführung ermöglichen eine Anwendung in der Praxis.

Eindringtiefe verschiedenartiger Hydrophobierungsmittel in die Randzone eines Laborbetons; blau: hydrophober Bereich (Bild: BAM, Berlin)

Aufgabenstellung

In den letzten Jahren wurden vermehrt Schäden an Betonfahrbahndecken festgestellt, die ursächlich einer Alkali‑Kieselsäure‑Reaktion zugeordnet werden können. Maßnahmen zum Oberflächenschutz haben daher bei der Erhaltung von AKR-geschädigten Fahrbahndecken eine große Bedeutung. Im Auftrag der BASt untersuchte die Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM), inwieweit mit einer frühzeitig durchgeführten Hydrophobierung bei potenziell
gefährdeten Betonfahrbahndecken der AKR-Schadensfortschritt reduziert werden kann. Neben der Angabe des optimalen Zeitpunktes für den Beginn einer Hydrophobierung sollten Mengen und Intervalle sowie die Wirksamkeit verschiedener Hydrophobierungsmittel bestimmt werden. Darüber hinaus sollten Empfehlungen zur technischen Ausführung erarbeitet werden.

Untersuchungsmethode

Basierend auf einer umfassenden Literaturrecherche wurde zunächst der Stand der Technik analysiert. Aufgrund der Beschreibung der Wirkungsweise und Wirksamkeit, der Dauerhaftigkeit sowie der Auswirkung auf AKR-geschädigten Beton wurden Anforderungen an die Eigenschaften eines Hydrophobierungsmittels festgelegt und geeignete Mittel für praktische Versuche ausgewählt. Im Rahmen umfangreicher Laboruntersuchungen wurde die Applikation des Hydrophobierungsmittels optimiert und die Dauerhaftigkeit der hydrophobierten Betonrandzone bewertet. Schwerpunkt des Forschungsprojekts war die Analyse der Wirkungsweise der Oberflächenhydrophobierung auf eine mögliche Verzögerung des AKR-Schädigungsprozesses. Zur Beurteilung der Feuchte- und Salzverteilung im Bereich der Querscheinfuge wurde ergänzend ein Auslagerungsprüfstand für vier Ausbausegmente aus einem Autobahnabschnitt errichtet und mit speziell zu diesem Zweck entwickelten Kabelradarsonden bestückt.

Ergebnisse

Die Ergebnisse der Untersuchung erlauben eine detaillierte Bestimmung der einzelnen Faktoren, die einen Einfluss auf die Hydrophobierung und deren Langzeitwirkung ausüben. Für die Beurteilung des Applikationsverhaltens der Hydrophobierungsmittel auf vorkonditionierten Betonprüfflächen wurden Kriterien aufgestellt. Die hydrophobierende Wirkung der aufgebrachten Mittel hielt über den gesamten Versuchsverlauf an. Die Dauerhaftigkeit war abhängig von mehreren Faktoren: So sind sowohl das Betonalter zum Zeitpunkt der Applikation als auch die Betonfeuchte von Bedeutung. Beim Hydrophobierungsmittel sind insbesondere Konzentration, Viskosität und Kontaktzeit relevant. Alle Hydrophobierungsmittel wiesen beim Bestandsbeton aufgrund der geringeren Porosität und Alkalität der Betonrandzone ein schlechteres Applikationsverhalten auf als beim Laborbeton.

Das eingerichtete Monitoringsystem im Fugenbereich von Betonfahrbahnplatten ermöglicht die Verfolgung des zeitlichen Verlaufs der örtlichen Feuchte-, Salz- und Temperaturverteilung. Die bislang gewonnenen Ergebnisse bekräftigen die positive Wirkung der Hydrophobierung.

Folgerungen

Die Ergebnisse belegen die Wirkungsweise einer Hydrophobierung. Eine Hydrophobierung von Betonfahrbahndecken mit entsprechender Disposition reduziert sowohl die externe Feuchtezufuhr als auch die Alkalizufuhr und damit die AKR. Dadurch kann der Schädigungsfortschritt durch Alkali‑Kieselsäure‑Reaktion zeitlich verzögert werden. Eine Umsetzung der erarbeiteten Vorschläge in die Praxis wird empfohlen.