Einfluss des Frost-Tausalz-Angriffs auf den Chloridtransport in Beton

Abstract

Diese Arbeit untersucht den Einfluss des Frost-Tausalz-Angriffs auf den Chloridtransport in Beton mithilfe eines modifizierten Diffusionsansatzes, welcher den Temperatureinfluss berücksichtigt. Durch kombinierte Laborversuche und Analysemethoden wurde der Transportprozess quantifiziert und über 2D-Darstellungen sowie Ionenprofile (Cl, Br) visualisiert. Die Diffusionskoeffizienten verschiedener Betone wurden sowohl unter Frost-Tausalz-Angriff als auch unter Berücksichtigung des Temperatureinflusses aus unbefrosteten Chloridprofilen ermittelt und verglichen. Die Modellgüte im Kernbeton befrosteter Probekörper wurde mittels Bestimmtheitsmaß (R² ≥ 95 %) bestätigt. Der Frost-Tausalz-Angriff wurde durch die CDF-Prüfung simuliert und über Vergleichsprobekörper ohne Frostbeanspruchung ergänzt. Der NaCl/NaBr-Austausch im Schnellmigrationstest ermöglichte die Bewertung des Eindringwiderstands; LP-Betone zeigten dabei häufig einen durch den Frost-Tausalz-Angriff bewirkten Abdichtungseffekt. Die Ionengehalte von Cl− und Br− wurden mittels LIBS (Laser-induzierte Breakdown Spektroskopie) erfasst und durch Kopplung mit dem herkömmlichen AgNO3-Indikatorverfahren für kombinierte Beanspruchungen quantifiziert. Es zeigte sich ein beschleunigter Chloridtransport unter Frost-Tausalz-Angriff sowie eine teilweise schnellere Chloridumverteilung ins Betoninnere bei befrosteten Probekörpern. Es war zu erkennen, dass sich die Chloridprofile unter Frost-Tausalz-Angriff den Profilen ohne Frostbeaufschlagung im Laufe der Zeit anglichen. Randzonenschäden wurden fluoreszenzmikroskopisch erfasst, ohne direkten Zusammenhang zu den Chloridprofilen. Im Ausblick werden Ansätze zur Modellierung geschädigter Betonzonen sowie erste Überlegungen zu FEM-Modellierungen vorgestellt.

This work investigates the influence of freeze–thaw and de-icing salt exposure on chloride transport in concrete using a modified diffusion approach that accounts for temperature effects. Laboratory experiments and analytical methods were combined to quantify the transport process and visualize it via 2D representations and Cl−/Br− profiles. Diffusion coefficients of different concretes were determined under salt-freeze exposure and from non-frozen reference specimens, then compared. The diffusion model for the concrete core of frozen specimens was validated with R2 ≥ 95 %. Freeze–thaw attack was simulated using a CDF test and supplemented by unexposed reference specimens. Substituting NaCl with NaBr in rapid migration tests revealed an increased penetration resistance in low-porosity concretes, reflecting a densification effect induced by prior salt-freeze exposure. LIBS (Laser-induced breakdown spectroscopy) measurements coupled with AgNO3 staining quantified chloride and bromide contents under combined loading. Results indicate accelerated chloride ingress and, in some cases, faster redistribution in frozen specimens, with profiles gradually approaching those of reference concretes. Fluorescence microscopy allowed quantification of near-surface damage, without direct correlation to chloride profiles. Finally, approaches for modeling damaged concrete zones and preliminary FEM-based simulations are presented.