Untersuchung der Reaktionsprodukte einer Alkali-Kieselsäure-Reaktion in einem Versorgungstunnel unter der Ostsee

Eine bisher wenig publizierte Begleiterscheinung der Alkali-Kieselsäure-Reaktion (AKR) ist die Bildung von Trona (Na3[H(CO3)2] · 2H2O) und Thermonatrit (Na2CO3 · H2O) aus einem Alkali-Kieselsäure-Gel. Je nach Umgebungsbedingungen (z. B. Temperatur) und Natrium-Ionenkonzentration kristallisieren diese Verbindungen in und auf dem glasigen AKR-Gel.
Die Alkali-Kieselsäure-Reaktion (AKR) ist eine chemische Reaktion, bei der Alkalien mit reaktionsfähiger, amorpher Kieselsäure im Beton reagieren. Die Alkalien können aus dem verwendeten Zement oder der Gesteinskörnung stammen, sie können aber auch von außen in das Bauwerk eingetragen werden. Letzteres findet man häufig bei der Tausalzbeanspruchung von Fahrbahndecken oder bei Bauwerken, die mit Meerwasser in Berührung kommen. Bei AKR-Schäden, die durch die äußere Zufuhr von Alkalien entstanden sind, können als Begleitminerale des Alkali-Kieselsäure-Gels Natriumhydrogencarbonate in verschiedenen Hydratstufen entstehen. Über diese soll im Weiteren berichtet werden.
Im vorliegenden Schadensfall liegt das Bauwerk, ein Versorgungstunnel, unterhalb der Kieler Förde. Der Tunnel wurde im Jahr 1992 fertig gestellt und zeigt einen so gravierenden AKR-Schaden, dass Vorbereitungen getroffen wurden, die gesamte Tunnelröhre zu ersetzen. Ursächlich ist in den Beton eintretendes Ostseewasser, welches u. a. mit den alkaliempfindlichen Gesteinskörnungen des Betons eine Alkali-Kieselsäure-Reaktion induziert hat. Außerdem entstanden großflächige Ausblühungen von Trona sowie Stalaktiten aus Halit (NaCl) und Sylvin (KCl).