Schmidt-Döhl, FrankFrankSchmidt-Döhl1153923510000-0003-3346-965XWagemann, FalkFalkWagemann2026-05-262026-05-262026-05Technische Universität Hamburg (2026)https://hdl.handle.net/11420/63005In natürlichen Grundwässern und Böden können zementgebundene Baustoffe, welche bei der Herstellung geotechnischer Elemente Anwendung finden, einem chemischen Angriff ausgesetzt sein. Um die Dauerhaftigkeit zementgebundener Baustoffe sicherzustellen, sind in der derzeitigen Normung deskriptive Regelungen festgelegt, welche sich auf Erfahrungswerte stützen. Für die in-situ-Herstellung geotechnischer Elemente, die zum Einsatz kommenden Baustoffe und den Zusammenhang zwischen Tragfähigkeit und Baustoffschädigung weisen die Vorgaben deskriptiver Anforderungen allerdings Defizite auf. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit werden die wesentlichen Schädigungsmechanismen von betonaggressiven Stoffen in natürlichen Böden und Grundwässern dargestellt und betontechnologische Steuerungsmöglichkeiten aufgezeigt. Weiterhin werden die Regeln und Grenzwerte zur Sicherstellung der Dauerhaftigkeit von Beton- und Stahlbetonbauteilen vorgestellt und hinsichtlich etwaiger Unsicherheiten bei der Übertragung auf geotechnische Elemente bewertet. Die für die Errichtung von Gründungen und Rückverankerungen im Verkehrswasserbau wesentlichen Verfahren des Spezialtiefbaus werden hinsichtlich der deskriptiv sicherstellbaren Dauerhaftigkeit gegenüber einem chemischen Angriff eingeordnet und darauf aufbauend hinsichtlich ihrer Sensitivität bewertet. Die Arbeit leistet einen Beitrag zum besseren Verständnis der Besonderheiten der Baustoff-Boden-Interaktion, die einen erheblichen Einfluss auf die Materialeigenschaften der bei geotechnischen Elementen zum Einsatz kommenden Baustoffe hat. Unter anderem bewirken die Abgabe von Anmachwasser infolge von Filtrationseffekten bei der Herstellung in situ und die natürliche Nachbehandlung mit niedrigen Baugrundtemperaturen und permanentem Feuchteangebot die Ausbildung eines Baustoffes mit niedriger Porosität und dichter Porenstruktur und erhöhen somit den Widerstand gegenüber einem chemischen Angriff. Aufgrund der Häufigkeit und der Unsicherheit hinsichtlich des Einflusses auf die Tragfähigkeit wurde der Angriff kalkaggressiver Kohlensäure auf Verpressanker als ein besonders relevantes und kritisches Szenario identifiziert und im Rahmen experimenteller Untersuchungen betrachtet. Im Untersuchungszeitraum von 12 Monaten zeigten sich für die Zementsteine aus Portland- und Hochofenzement unterschiedliche mechanisch entfestigte und chemisch-physikalisch veränderte Einflusstiefen, welche im betrachteten Untersuchungszeitraum maßgeblich durch die Pufferkapazität aufgrund des Calciumhydroxidgehalts des Zementsteines sowie durch den physikalischen Widerstand beeinflusst werden. Die Herstellung von Verpressankern in situ in einer Umgebung mit kalkaggressiver Kohlensäure bewirkt zudem in der Frühphase des Angriffs in nichtbindigen Böden eine Abschirmung des Zementsteines durch anhaftende Bodenkörner, sodass der Angriff zunächst gehemmt wird. Aussagen für längere Einwirkungsdauern lassen sich anhand der vorliegenden Ergebnisse nur mit Unsicherheiten ableiten. Aufbauend auf umfangreichen Recherchen zur Thematik werden betontechnologische Empfehlungen für die Erhöhung des Baustoffwiderstandes in einer chemisch angreifenden Umgebung gegeben. Aufgrund der in der Arbeit dargelegten komplexen Zusammenhänge zwischen Einwirkungen, Baustoffwiderstand und Tragfähigkeit der jeweiligen geotechnischen Elemente können jedoch keine allgemeinen Konzepte für die Dauerhaftigkeitsbemessung aufgestellt werden.In natural groundwater and soils, cement-based building materials used in the construction of geotechnical elements can be exposed to chemical attack. In order to ensure the durability of cement-based materials, descriptive provisions are laid down in the current standardisation, which are based on empirical values. For the in situ construction of geotechnical elements, the building materials used and the relationship between load-bearing capacity and material damage, however, the specifications of descriptive requirements show deficits. In this work, the main deterioration mechanisms of concrete-aggressive substances in natural soils and groundwater are presented and concrete technology control options are shown. Furthermore, the provisions and limit values for ensuring the durability of concrete and reinforced concrete components are presented and evaluated in terms of uncertainties when transferring them to geotechnical elements. The techniques of foundation engineering that are essential for the construction of foundations and retaining systems in waterways engineering are characterised with regard to the descriptive durability that can be ensured against chemical attack and afterwards evaluated considering their sensitivity. The work contributes to a better understanding of the special aspects of the material-soil interaction, which has a considerable effect on the properties of the building materials used in geotechnical elements. Among other important aspects, the release of mixing water due to filtration effects during in situ manufacturing and the natural curing environment with low ground temperatures and permanent moisture supply lead to the development of a building material with low porosity and a dense pore structure and thus increase the resistance to chemical attack. Due to the occurrence and uncertainties regarding the effect on the load-bearing capacity, the attack of aggressive carbon dioxide on ground anchors was identified as a relevant and critical scenario and investigated experimentally. During the exposure time of 12 months, various depths of impact – mechanically degraded and chemically physically altered depths – were found for Portland and blast furnace slag cement paste samples. The depths of impact were significantly affected by the buffer capacity due to the calcium hydroxide content of the cement paste and the physical resistance in the period under review. The manufacturing of ground anchors in situ in an environment with aggressive carbon dioxide has the effect of blocking the cement paste of the grout body by adhering soil particles. Predictions for longer exposure times can only be derived with uncertainty on the basis of the available results. Based on a comprehensive research on the issue, concrete technology recommendations are given for increasing the resistance of building materials in a chemically aggressive environment. However, due to the complex interactions between exposure, material resistance and load-bearing capacity of the respective geotechnical elements presented in the work, no general concepts for durability design can be established.dehttps://creativecommons.org/licenses/by/4.0/Chemical attackdurabilitycement-based materialfoundation engineeringground anchorcement pasteaggressive carbon dioxidematerial-soil interactionTechnology::624: Civil Engineering, Environmental EngineeringDoctoral Thesishttps://doi.org/10.15480/882.1708110.15480/882.17081Breitenbücher, RolfRolfBreitenbücher