Alkali

Gesteinskörnungen mit alkalireaktiver Kieselsäure können mit dem im Beton gelösten Alkalihydroxid zu einem Alkalisilikat reagieren, was zu einer Volumenvergrößerung mit anschließender Schädigung des Betons führen kann. Dies wird als Alkali-Kieselsäure-Reaktion (AKR) bezeichnet. Ablauf und Ausmaß dieses Schädigungsprozesses ist von Art und Menge der alkaliempfindlichen Gesteinskörnung, dem Alkaligehalt sowie den Feuchtigkeits- und Temperaturbedingungen abhängig.

Zur Vermeidung von Schäden gilt in Deutschland die DAfStb-Richtlinie „Vorbeugende Maßnahmen gegen schädigende Alkalireaktion im Beton“ (Alkali-Richtlinie). Teil 2 dieser Richtlinie beschreibt Anforderungen, Prüfung und Überwachung von Gesteinskörnung mit Opalsandstein, Kieselkreide und Flint (Feuerstein) aus bestimmten Gewinnungsgebieten Norddeutschlands sowie die dazugehörigen vorbeugenden betontechnologischen Maßnahmen. Die Alkali-Richtlinie Teil 3 beschäftigt sich mit Gesteinskörnungen aus gebrochenem oder rezykliertem Gestein.
Zur Vermeidung von Schäden gilt in Deutschland die DAfStb-Richtlinie „Vorbeugende Maßnahmen gegen schädigende Alkalireaktion im Beton“ (Alkali-Richtlinie). Teil 2 dieser Richtlinie beschreibt Anforderungen, Prüfung und Überwachung von Gesteinskörnung mit Opalsandstein, Kieselkreide und Flint (Feuerstein) aus bestimmten Gewinnungsgebieten Norddeutschlands sowie die dazugehörigen vorbeugenden betontechnologischen Maßnahmen. Die Alkali-Richtlinie Teil 3 beschäftigt sich mit Gesteinskörnungen aus gebrochenem oder rezykliertem Gestein.


Feuchtigkeitsklassen und Alkaliempfindlichkeitsklassen

Nach Richtlinie sind in Abhängigkeit von den zu erwartenden Umwelteinflüssen Betonbauteile Feuchtigkeitsklassen zuzuordnen und die Gesteinskörnung ist in eine Alkaliempfindlichkeitsklasse einzustufen.


Feuchtigkeitsklassen

Feuchtigkeitsklasse	Abkürzung	Beispiele
trocken	WO	– Innenbauteile eines Hochbaus – Bauteile, auf die Außenluft, aber kein  Niederschlag, Oberflächenwasser, Bodenfeuchte  einwirken und/oder die nicht ständig einer rel.  Luftfeuchte > 80 % ausgesetzt sind
feucht	WF	– ungeschützte Außenbauteile – Innenbauteile des Hochbaus für Feuchträume, in  denen die rel. Luftfeuchte überwiegend > 80 % ist – Bauteile mit häufiger Taupunktunterschreitung – massige Bauteile, deren kleinstes Maß > 0,50 m ist
feucht + Alkalizufuhr von außen	WA	– Bauteile mit Meerwassereinwirkung – Bauteile mit Tausalzeinwirkung ohne zusätzliche hohe dynamische Beanspruchung – Bauteile von Industriebauten und landwirtschaftlichen Bauwerken mit Alkalisalzeinwirkung
feucht + Alkalizufuhr von außen + starke dynamische Beanspruchung	WS	– Bauteile unter Tausalzeinwirkung mit zusätzlicher hoher dynamischer Beanspruchung (z.B. Betonfahrbahnen)

Alkaliempfindlichkeitsklassen

Klasse	Gesteinskörnung	Einstufung hinsichtlich AKR
E I-O	Opalsandstein einschließlich Kieselkreide	unbedenklich
E II-O		bedingt brauchbar
E III-O		bedenklich
E I-OF	Opalsandstein einschließlich Kieselkreide und Flint	unbedenklich
E II-OF		bedingt brauchbar
E III-OF		bedenklich
E I-S	gebrochene Grauwacke; gebrochener Quarzporphyr (Rhyolith); gebrochener Oberrhein-Kies; rezyklierte Körnungen; Kies mit > 10 M-% der vorgenannten Körnungen; andere gebrochene, nicht als unbedenklich eingestufte Gesteinskörnungen 1); andere gebrochene Gesteinskörnungen ohne baupraktische Erfahrungen 2)	unbedenklich
E III-S		bedenklich

1) Unbedenklich E I: Sofern eine Gesteinskörnung nicht aus den Gewinnungsgebieten nach Alkali-Richtlinie, Teil 1, Abschnitt 2 stammt oder keine der in der Richtlinie genannten alkaliempfindlichen Gesteinskörnungen enthält und es unter baupraktischen Bedingungen zu keiner schädigenden Alkali-Kieselsäure-Reaktion gekommen ist.
2) keine baupraktischen Erfahrungen im Geltungsbereich der Alkali-Richtlinie


Vorbeugende Maßnahmen

Gemäß Alkali-Richtlinie sind die in den drei folgenden Tabellen genannten vorbeugenden Maßnahmen gegen schädigende Alkalikieselsäurereaktion im Beton zu ergreifen.


Gesteinskörnungen mit Opalsandstein und Flint

Vorbeugende Maßnahmen für Beton mit einem Zementgehalt 1) z ≤ 330 kg/m3

Alkaliempfindlichkeitsklasse	Feuchtigkeitsklasse
	WO	WF	WA	WS
E I-O	keine	keine	keine	Zemente mit begrenztem Alkaligehalt
E II-O	keine	keine	NA-Zement 2)	Austausch der Gesteinskörnung
E III-O	keine	NA-Zement 2)	Austausch der Gesteinskörnung	Austausch der Gesteinskörnung

1) Bei z ≤ 330 kg/m3 ist E I-O bis E III-O maßgebend
2) NA-Zement


Gebrochene alkaliempfindliche Gesteinskörnungen

Vorbeugende Maßnahmen für Beton bei Alkaliempfindlichkeitsklassen E I-S bis E III-S

Alkaliempfindlichkeit	Zementgehalt [kg/m3]	Feuchtigkeitsklasse
		WO	WF	WA	WS
E I-S	ohne Festlegung	keine	keine	keine	Zemente mit begrenztem Alkaligehalt
E III-S 1)	z ≤ 300	keine	keine	keine	Zemente mit begrenztem Alkaligehalt
	300 < z ≤ 350	keine	keine	Performance Prüfung 2) oder NA-Zement4	Zemente mit begrenztem Alkaligehalt und Austausch der Gesteinskörnung oder Gutachten 3)
	z > 350	keine	Performance Prüfung 2) oder NA-Zement4	Performance Prüfung 2) oder Austausch der Gesteinskörnung	Zemente mit begrenztem Alkaligehalt und Austausch der Gesteinskörnung oder Gutachten 3)

1) gilt auch für nicht beurteilte Gesteinskörnungen
2) Beschreibung der Performance Prüfung im zukünftigen Teil 4 der Alkali-Richtlinie, bis auf Weiteres durch Gutachten
3) Gutachten durch besonders fachkundige Personen
4) NA-Zement


Höchstzulässige Alkaligehalte von Zementen für Bauteile in der Feuchtigkeitsklasse WS

Zement	Hüttensandgehalt [M.-%]	Alkaligehalt des Zements Na2O-Äquivalent [M.-%]	Alkaligehalt des Zements ohne Hüttensand/Ölschiefer Na2O-Äquivalent [M.-%]
CEM I + CEM II/A	-	≤ 0,80	-
CEM II/B-T	-	-	≤ 0,90
CEM II/B-S	21 bis 29	-	≤ 0,90
CEM II/B-S	30 bis 35	-	≤ 1,00
CEM III/A	36 bis 50	-	≤ 1,05