Geheimnis der Betonkrankheit gelüftet
Wenn Brücken, Staumauern und andere Bauwerke aus Beton nach einigen Jahrzehnten von dunkeln Rissen durchzogen sind, dann ist die Alkali-Aggregat-Reaktion (AAR) die Ursache. Umgangssprachlich auch Betonkrankheit oder Betonkrebs genannt, handelt es sich um eine chemische Reaktion zwischen im Beton vorhandenen Stoffen und von aussen eindringender Feuchtigkeit.
Forschern des Paul-Scherrer-Instituts (PSI) und der Empa ist es nun erstmals gelungen die Struktur des AAR zu entschlüsseln. Bei der Struktur handelt es sich um einen Kristall mit einer sogenannten Silizium-Schichtenstruktur. Diese entsteht im Zuge der AAR: Es geht um ein Material, das mehr Raum einnimmt als der ursprüngliche Beton und diesen so im Laufe der Jahrzehnten nach und nach von innen heraus sprengt. Aufwendige Sanierungen oder Neubauten sind die Folge. Laut PSI sind in der Schweiz zahlreiche Brücken und bis zu 20 Prozent der Staumauern von AAR betroffen.
Dabei sind die Grundbestandteile des Betons selbst das Problem: Zement enthält Alkalimetalle wie Natrium und Kalium. Und in den Beton eindringende Feuchtigkeit wird dadurch alkalisch. Zwar sind diese chemischen Vorgänge der schon lange bekannt. Aber bisher hatte noch niemand die physikalische Struktur des im Zuge des AAR entstehenden Alkali-Kalzium-Silikat-Hydrats identifiziert.
Wissenschafter des PSI und der EMPA haben die Substanz einer 1969 erbauten Schweizer Brücke, die stark von AAR betroffen ist untersucht und ihr eine Materialprobe entnommen. Ein schmales Stück davon wurde so lange geschliffen, bis nur eine hauchdünne Probe von nur 0,02 Millimeter Dicke übrig blieb. Mittels sogenannter Diffraktionsmessungen und einer aufwendige Datenanalyse konnten die PSI-Forschenden schliesslich die Kristallstruktur des Materials punktgenau bestimmen. Dabei zeigte sich, dass das Hydrat eine bisher nie Silizium-Schichten-Kristallstruktur, wie sie bisher noch nie dokumentiert worden aufweist. Wie das PSI in in seiner Medienmitteilung schreibt, könnten diese Forschungsergebnisse helfen, langlebigeren Beton zu entwickeln. (mai/sda/mgt)
