1、Oktober 2008 Preisgruppe 14DIN Deutsches Institut fr Normung e.V. Jede Art der Vervielfltigung, auch auszugsweise, nurmit Genehmigung des DIN Deutsches Institut fr Normung e. V., Berlin, gestattet.ICS 91.100.10!,z-“9871097www.din.deDDIN-Fachbericht CEN/TR 15697Zement Bericht zum Stand der TechnikCem
2、ent Performance testing for sulfate resistance State of the art reportCiment Essais de performances relatifs la rsistance aux sulfates Etat de lartAlleinverkauf durch Beuth Verlag GmbH, 10772 Berlin www.beuth.deGesamtumfang 29 SeitenPrfung der Leistungsfhigkeit hinsichtlich des Sulfatwiderstandes DI
3、N-Fachbericht CEN/TR 15697:2008-10 2 Nationales Vorwort Dieses Dokument (DIN CEN/TR 15697:2008-10) wurde vom Technischen Komitee CEN/TC 51 Zement und Baukalk“ erarbeitet, dessen Sekretariat von NBN (Belgien) gehalten wird. Der fr die deutsche Mitarbeit zustndige Arbeitsausschuss im DIN Deutsches Ins
4、titut fr Normung e. V. ist der als Spiegelausschuss zum CEN/TC 51 eingesetzte Arbeitsausschuss NA 005-07-13 AA Zement“ des Normenausschusses Bauwesen (NABau). TECHNISCHER BERICHT TECHNICAL REPORT RAPPORT TECHNIQUE CEN/TR 15697 April 2008 ICS 91.100.10 Deutsche Fassung Zement Prfung der Leistungsfhig
5、keit hinsichtlich des Sulfatwiderstandes Bericht zum Stand der Technik Cement Performance testing for sulfate resistance State of the art report Ciment Essais de performances relatifs la rsistance aux sulfates tat de lart Dieser Technische Bericht (TR) wurde vom CEN am 6. November 2007 als eine knft
6、ige Norm zur vorlufigen Anwendung angenommen. CEN-Mitglieder sind die nationalen Normungsinstitute von Belgien, Bulgarien, Dnemark, Deutschland, Estland, Finnland, Frankreich,Griechenland, Irland, Island, Italien, Lettland, Litauen, Luxemburg, Malta, den Niederlanden, Norwegen, sterreich, Polen, Por
7、tugal, Rumnien, Schweden, der Schweiz, der Slowakei, Slowenien, Spanien, der Tschechischen Republik, Ungarn, dem Vereinigten Knigreichund Zypern. EUROPISCHES KOMITEE FR NORMUNG EUROPEAN COMMITTEE FOR STANDARDIZATION COMIT EUROPEN DE NORMALISATIONManagement-Zentrum: rue de Stassart, 36 B-1050 Brssel
8、2008 CEN Alle Rechte der Verwertung, gleich in welcher Form und in welchem Verfahren, sind weltweit den nationalen Mitgliedern von CEN vorbehalten. Ref. Nr. CEN/TR 15697:2008 DCEN/TR 15697:2008 (D) 2 Inhalt Seite Einleitung.3 1 Zemente mit hohem Sulfatwiderstand.4 2 Verfahren zur Prfung des Sulfatwi
9、derstandes .6 2.1 Allgemeiner berblick.6 2.2 berblick ber die Prfverfahren, bei denen die Probekrper vollstndig in die Sulfatlsung eingetaucht werden 9 2.2.1 Prfung von Zementmrtel.9 2.2.2 Prfung von Zementleim 13 2.2.3 Prfung von Beton 13 2.3 berblick ber die Prfverfahren, bei denen die Probekrper
10、teilweise in die Sulfatlsung eingetaucht werden 14 2.3.1 Prfung von Zementmrtel 14 2.3.2 Prfung von Zementleim 14 2.3.3 Prfung von Beton 14 2.4 berblick ber die Prfverfahren, bei denen die Probekrper einer Wechselbeanspruchung durch Benetzen und Trocknen unterzogen werden. 15 2.4.1 Prfung von Zement
11、mrtel 15 2.4.2 Prfung von Zementleim 15 2.4.3 Prfung von Beton 15 3 berblick ber die am besten geeigneten Verfahren fr die Beurteilung der Schdigung von Probekrpern im Laborversuch. 16 4 berblick ber die am besten geeigneten Verfahren zur Beschleunigung der Prfung 18 5 Zur Wichtigkeit der Vergleichp
12、rzision des Prfverfahrens 20 6 Vorschlge fr Eigenschaften, ber die ein genormtes Verfahren fr die Prfung des Sulfatwiderstandes von Zement verfgen sollte. 21 Literaturverzeichnis. 25 DIN-Fachbericht CEN/TR 15697:2008-10 CEN/TR 15697:2008 (D) 3 Vorwort Dieses Dokument (CEN/TR 15697:2008) wurde vom Te
13、chnischen Komitee CEN/TC 51 Zement und Baukalk“ erarbeitet, dessen Sekretariat vom NBN gehalten wird. Dieser CEN/TR ist ein Bericht zum Stand der Technik, wie er sich in der internationalen Forschungsliteratur zur Prfung und Beurteilung der Leistungsfhigkeit von Zement und damit verwandten Bindemitt
14、eln hin-sichtlich des Sulfatwiderstandes darstellt. Er gibt einen berblick ber die Schwierigkeiten, denen sich das CEN/TC 51 bei der Anwendung eines prskriptiven Ansatzes auf die Spezifikation von Zementen mit hohem Sulfatwiderstand gegenbersah, und gibt die verschiedenen Schdigungsmechanismen und -
15、verlufe an, die bei einem Sulfatangriff auftreten knnen. Dieser Bericht vergleicht die Vor- und Nachteile unterschiedlicher Arten von Probekrpern (Zementleim, Zementmrtel oder Beton), unterschiedlicher Beanspruchungsbedin-gungen und unterschiedlicher Verfahrensweisen zur Beurteilung der in den Probe
16、krpern auftretenden Schdigungen. Die Wichtigkeit der Vergleichprzision des Prfverfahrens wurde in Bezug auf die in den 1990er Jahren vom CEN/TC 51 durchgefhrten Versuche berprft. Dieser Bericht fhrt die Hauptparameter auf, die im Rahmen jedes robusten genormten Verfahrens geregelt werden mssen, und
17、enthlt Vorschlge zu den wesentlichen Eigenschaften, ber die eine gesamteuropische Leistungsprfung verfgen muss. Einleitung Unter den Bedingungen des EU-Mandats 114 hat das Technische Komitee CEN/TC 51 Zement, Baukalk und sonstige hydraulische Bindemittel“ die Aufgabe, Normen fr Normalzement“ und auc
18、h fr Zemente mit be-sonderen Eigenschaften, wie z. B. fr Zement mit niedriger Hydratationswrme, Tonerdezement und Zement mit hohem Sulfatwiderstand zu entwickeln. Im Jahr 2000 wurde EN 197-1, Zement Zusammensetzung, Anforderungen und Konformittskriterien von Normalzement angenommen und war damit die
19、 erste angenommene harmonisierte Europische Baupro-duktennorm. Seit dem Jahr 2000 wurde eine ganze Reihe von Europischen Normen fr Mauerzement, Zement mit nied-riger Hydratationswrme, Hochofenzement mit geringer Frhfestigkeit, Spezialzement mit sehr niedriger Hyd-ratationswrme und Tonerdezement verf
20、fentlicht. Die Entwicklung einer prskriptiven Europischen Norm fr Zement mit hohem Sulfatwiderstand wurde durch nationale Unterschiede zwischen den als solche aner-kannten Zementarten erschwert. Dabei ist jedoch zu beachten, dass alle national genormten Zemente mit hohem Sulfatwiderstand die Anforde
21、rungen von EN 197-1:2000 erfllen und dass das Nichtvorhandensein einer speziellen Norm fr Zement mit hohem Sulfatwiderstand bisher keine Handelsbeschrnkung war. Um diese nationalen Schwierigkeiten zu berwinden und die knftige Anerkennung neuer Zementarten zu ermglichen, zielten die Aktivitten auf di
22、e Entwicklung eines Prfverfahrens zur Bestimmung der Leistungsf-higkeit hinsichtlich des Sulfatwiderstandes ab. Die Arbeit begann 1991. Nach einer einleitenden Beurteilung des franzsischen Prfverfahrens NF-P-18-837 und des deutschen Flachprismen-Verfahrens wurde der Beschluss gefasst, sich auf die W
23、eiterentwicklung des franzsischen Prfverfahrens zu konzentrieren. Bei diesem Verfahren wird die Ausdehnung von prismenfrmigen Probekrpern mit den Maen 20 mm 20 mm 160 mm in einer 16 g/l SO42enthaltenden Natriumsulfatlsung gemessen. DIN-Fachbericht CEN/TR 15697:2008-10 CEN/TR 15697:2008 (D) 4 Im Verl
24、auf von fnf Ringversuchen, an denen bis zu dreizehn Labors teilnahmen, wurde das Verfahren mit dem Ziel verfeinert, die Vergleichprzision und die Unterscheidbarkeit von Zementen mit hohem und nicht hohem Sulfatwiderstand zu verbessern. 1998 gelangte man zu dem Schluss, dass eine Weiterentwicklung ei
25、nen grundlegenderen Ansatz erfordern wrde, und es wurden Anstrengungen unternommen, EU-Finanz-mittel fr vornormative“ Forschungen zu erhalten. Die entsprechenden Antrge wurden jedoch nicht bewilligt. Im Frhjahr 2004 kam es dann zu einem Treffen von Vertretern der NANOCEM-Gruppe, um einen grund-legen
26、deren Ansatz fr die Lsung des Problems des Sulfatwiderstandes und der Prfung des Sulfatwider-standes zu untersuchen. Von besonderem Interesse waren fr das CEN/TC 51 dabei die folgenden Aspekte: a) das Verstehen der Vorgnge bei Sulfatangriffen in Bezug auf die Zementart und die Konzentrations- und Te
27、mperaturbedingungen; b) die Ermittlung einer Beziehung zwischen den Laborversuchen und der Leistung im Feldversuch; c) Verfahren, mit deren Hilfe sich die Prfung beschleunigen lsst; d) Anwendung anderer Parameter als denen der Verformungsmessung zur berwachung des Voranschrei-tens des Sulfatangriffs
28、; e) das Verstehen der Rolle von Thaumasit bei Sulfatangriffen. Die NANOCEM-Gruppe formulierte daraufhin ein Forschungsprogramm, das die oben genannten Aspekte bercksichtigte. Die Umsetzung dieses Programms begann 2006 im Rahmen eines vom Marie-Curie-Schulungsnetzwerk finanzierten greren Programms.
29、Parallel hierzu bat das CEN/TC 51 die Arbeitsgruppe WG 12 (Zustzliche Leistungskriterien), einen Technischen CEN-Bericht zu verfassen, der den aktuellen Stand der Technik in Bezug auf die Prfung des Sulfatwiderstandes zusammenfasst. Durch eine Literaturrecherche wurden ber 250 im Zeitraum von 1970 b
30、is 2006 verffentlichte fr dieses Thema relevante Aufstze und Berichte ermittelt. Um die verschiedenen fr die Bestimmung des Sulfat-widerstandes angewendeten Prftechniken und ihren mglichen Einfluss auf die Leistungsfhigkeit verschiedener Zement- und Bindemittelarten zu beurteilen, wurden die fr die
31、Prfung relevanten Einzelheiten aus 129 dieser Verffentlichungen in eine Access-Datenbank eingegeben. Fr die Aufnahme in die Daten-bank wurden nur solche Verffentlichungen ausgewhlt, die originre Forschungsergebnisse und ausfhrliche Informationen zu den im jeweiligen Fall angewendeten Prfbedingungen
32、enthalten. Dieser Bericht sttzt sich auf die Informationen aus diesen 129 Verffentlichungen und weiteren 50 Aufstzen und Berichten, die nicht fr die Aufnahme in die Datenbank ausgewhlt wurden. Um der Krze willen wird im vorliegenden Bericht nur auf ausgewhlte Literaturquellen verwiesen, die entweder
33、 Schlsseldokumente sind oder spezielle Informationen enthalten. Geplant ist, diese Datenbank statistisch auszuwerten und eine voll-stndige Liste aller ausgewerteten Verffentlichungen als ergnzendes CEN/TC 51/WG 12-Dokument zur Verfgung zu stellen. 1 Zemente mit hohem Sulfatwiderstand Beton aus Portl
34、andzement kann Angriffen durch sulfathaltige Lsungen, wie z. B. natrliches Grundwasser oder durch industrielle Prozesse verunreinigte Flssigkeiten, ausgesetzt sein. Derartige Angriffe knnen zu Ausdehnung, Festigkeitsverlust, Abplatzungen an der Oberflche und letztlich Zerfall fhren. Der Widerstand e
35、ines Zementgefges gegen Sulfatangriff hngt von einer Reihe von Faktoren ab, zu denen unter anderem die folgenden gehren: die Beschaffenheit der bei der Reaktion mit der Sulfatlsung entstandenen Substanzen und besonders, ob diese eine strende Ausdehnung verursachen knnen; Undurchlssigkeit des Gefges
36、(einschlielich des wichtigen Zementstein-Gesteinskrnung-Grenz-flchenbereichs), die fr eine Barriere gegen das Eindringen von Sulfationen sorgt; DIN-Fachbericht CEN/TR 15697:2008-10 CEN/TR 15697:2008 (D) 5 Konzentration der Sulfationen (die in diesem Bericht als g/l SO42angegeben wird); Beweglichkeit
37、 des sulfathaltigen Grundwassers; Beschaffenheit der begleitenden Kationen, z. B. Na+, Mg2+, Ca2+usw.; pH-Wert des sulfathaltigen Grundwassers bzw. der sulfathaltigen Lsung; Vorhandensein von anderen gelsten Salzen, wie z. B. Chloriden; Temperatur; Grad der Vorbehandlung vor der Beanspruchung, obgle
38、ich dieser im Feldversuch blicherweise nur die Leistung der Betonoberflche beeinflusst; Anwesenheit von fein verteiltem Kalkstein (Calciumcarbonat) in der Gesteinskrnung oder von im Grund-wasser gelsten Carbonationen, die die Bildung von Thaumasit bei niedriger Temperatur frdern kann. In fast allen
39、entwickelten Lndern gibt es Produktspezifikationsnormen fr Zemente mit hohem Sulfat-widerstand. Mit wenigen Ausnahmen handelt es sich dabei um prskriptive Normen, die die Zement-zusammensetzung festlegen. Die zulssigen Zusammensetzungen basieren auf langfristig in Laborversuchen ermittelten Ergebnis
40、sen und darber hinaus auf der zufriedenstellenden Leistung im Feldversuch. Nationale Abweichungen spiegeln verschiedene Beanspruchungsbedingungen und auch Unterschiede in der Be-schaffenheit der verfgbaren Zementbestandteile wider. Eine geringe Bestndigkeit gegenber Sulfatangriff ist blicherweise en
41、tweder direkt oder indirekt mit der Bildung von Ettringit verbunden. Im hydratisierten Gefge eines CEM I-Zements ist i. A. Monosulfat die Quelle fr reaktives Aluminiumoxid, nach der folgenden Reaktion: C4Al2(OH)12.SO4.6H2O + 2Ca2+ 2SO42+ 20H2O C6Al2(OH)12(SO4)3.26H2O (Monosulfat) (Ettringit) Darber
42、hinaus ist auch das gesamte nicht reagierte C3A eine potentielle Quelle fr Ettringit. Monosulfate sind blicherweise auch im hydratisierten Gefge von Kompositzementen vorhanden, die neben Zementklinker auch Httensand, Flugasche oder natrliche Puzzolane enthalten. Aluminat ist daneben auch in Phasen w
43、ie Hydrotalcit oder Hydrogranat vorhanden oder im C-S-H substituiert und steht hierbei voraus-sichtlich nicht fr die Bildung treibender Reaktionsprodukte zur Verfgung 1. Festigkeitsverlust und Zerfall sind auch mit der Decalcifizierung von C-S-H verbunden, die ein wichtiger Vor-gang whrend des Angri
44、ffs durch MgSO4-Lsungen ist, in geringerem Mae aber auch bei Na2SO4-Lsungen auftritt 2. Die gegenwrtig gebruchlichen und in den CEN-Mitgliedstaaten genormten Zemente mit hohem Sulfat-widerstand lassen sich in zwei Gruppen einteilen: 1) Portlandzement (CEM I) mit einem maximal zulssigen Gehalt an C3A
45、. 2) Portland-Kompositzement, der geeignete Mengen an Httensand, Flugasche oder natrliche Puzzo-lane enthlt. Portlandzemente mit geringem C3A-Gehalt bieten einen gewissen chemischen Widerstand gegen den Angriff durch Sulfate. Die mit den Sulfaten reagierenden Produkte sind nicht treibend, daher wird
46、 das Gefge nicht gestrt, was den weiteren Angriff erleichtern wrde. Die Nichtreaktivitt der Hydratationsprodukte von Zementen mit geringem C3A-Gehalt wird auf einen geringen Monosulfatgehalt und/oder die Bildung einer eisenreichen Form zurckgefhrt, die langsam reagiert und eine nicht treibende“ Form
47、 von Ettringit bildet 3. DIN-Fachbericht CEN/TR 15697:2008-10 CEN/TR 15697:2008 (D) 6 Portland-Kompositzement (d. h. die Arten CEM II, CEM III, CEM IV und CEM V) bietet ebenfalls einen erhhten Widerstand gegenber der berwiegend auf der mikrostrukturellen Ebene stattfindenden Angriffe durch Sulfate 4
48、 bis 8. Dieser wird aus der wesentlich geringeren Durchlssigkeit des hydratisierten Gefges abgeleitet. Zustzliche positive Faktoren sind: der reduzierte Anteil an freiem Calciumhydroxid im Gefge, der die Verfgbarkeit von Calcium fr die Bildung von Ettringit und auch fr die Bildung von Gips verringert, wenn das Gefge der Einwirkung von konzentrierten Sulfatlsungen ausgesetzt ist; die Bildung von aluminathaltigen Hydraten, die nicht mit Sulfatlsungen reagieren. Die geringere Menge an verfgbarem Calcium kann auch zur Bildung von Ettringit fhren, der aufgrund seine
