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Allgemein werden die wasserärmeren Produkte der Orthokieselsäure unter dem Begriff Polykieselsäuren zusammengefasst. Formales Endprodukt der Wasserabspaltung ist Siliciumdioxid, das Anhydrid der Kieselsäure. Die Salze der Säuren nennt man Silicate. Technisch verwendete bzw. hergestellte Alkalisalze werden oft Wassergläser genannt. Die Ester der Kieselsäuren werden Kieselsäureester genannt. Technisch gewonnene Kolloide ( pyrogene Kieselsäuren), fossile Sedimente ( Kieselgur), die natürlichen Panzer der Kieselalgen, sowie bestimmte Gläser ( Kieselglas) lassen sich alle durch die allgemeine Summenformel SiO 2 beschreiben, sind also Siliciumdioxide und können formal als Produkt einer chemischen Reaktion aus Monokieselsäure aufgefasst werden. Aus diesem Grund wird im deutschen Sprachraum amorphes Siliciumdioxid (= Kieselsäureanhydrid) historisch bedingt oft und fälschlicherweise [1] als Kieselsäure bezeichnet, z. B. pyrogene Kieselsäure statt pyrogenes Siliciumdioxid. Vorkommen [ Bearbeiten | Quelltext bearbeiten] Monokieselsäure kommt in allen Gewässern, auch im Trinkwasser, sowie in allen tierischen und pflanzlichen Körperflüssigkeiten vor.
Wenn die Gesteinsporen ausgefüllt sind und das sehr viskose Gel nicht austreten kann, steigt der hydraulische Druck im Beton und führt zum Bruch. Da sie über Jahre hinweg abläuft, und Schäden teilweise auch erst nach Jahren auftreten, ist sie wahrscheinlich mitverantwortlich für die Schädigung von Beton durch die AKR. Je nach Reaktionsbedingungen und Theorie kann das entstehende Calciumsilicathydrat (CSH) eine Diffusionsbarriere aufbauen, die den Zutritt von Alkaliatomen zu siliciumreichen Phasen begünstigt. Dort bildet sich dann ein quellfähiges Alkali-Kieselsäure-Gel oder auch ein quellfähiges CSH-Gel, das durch Volumenvergrößerung den Beton von innen aufbricht. Alkaliempfindliche Gesteine [ Bearbeiten | Quelltext bearbeiten] Als alkaliempfindlich gelten Gesteine, die amorphe oder feinkristalline Silicate enthalten, wie z. B. Opalsandstein und poröser Flint. Insbesondere die in Norddeutschland in größeren Mengen vorkommenden Opalsandsteine sowie die Grauwackevorkommen in der Lausitz können schädliche Mengen an alkalilöslicher Kieselsäure enthalten.
Unter ständiger Belastung setzte sich die Kristallisation über Jahre bis zur völligen Zerstörung des Betons fort. Betroffen waren mehrere tausend Kilometer Eisenbahnstrecken, was vor allem auf den stark ausgelasteten Hauptbahnen enorme Auswirkungen auf den Zugbetrieb hatte. Es dauerte auch nach dem Ende der DDR bis Ende der 1990er Jahre, bis alle betroffenen Strecken saniert werden konnten. Eine vergleichbare Reaktion wurde 2007 im Beton der verbauten Schwellen der Bahnstrecke Berlin–Hamburg festgestellt. Die Sanierung erfolgte 2009. Im Mai 2009 meldete das Bundesverkehrsministerium, dass etwa 320 Kilometer Betonfahrbahn des deutschen Autobahnnetzes betroffen sind. [4] Davon z. B. alleine in Hessen 79 Kilometer der stark frequentierten Bundesautobahn 5, in Sachsen bzw. Sachsen-Anhalt ist die Bundesautobahn 14 betroffen. [5] Außerdem stark in Mitleidenschaft gezogen ist auch die Bundesautobahn 9 von München nach Berlin, die bis 2006 größtenteils erneuert wurde und wieder sanierungsbedürftig ist.
[2] Ausgangspunkt ist die Alkalität von reinem Zement, die durch das Calciumhydroxid bestimmt ist. Ca(OH) 2 fällt bei pH-Werten über 12, 6 aus. Siliciumdioxid in Form von Quarz wird dagegen erst ab einem pH-Wert von 13 merklich gelöst. Beimengungen von Natrium oder Kalium steigern die Alkalität über diesen Wert hinaus. Die einsetzende puzzolanische Reaktion ist normalerweise gewollt, da sie das unerwünschte Calciumhydroxid abbaut: Katalyse der AKR durch NaOH oder KOH [ Bearbeiten | Quelltext bearbeiten] Die obige Summenformel gibt die tatsächliche AKR Reaktion nicht korrekt wieder, welche durch Alkalihydroxide ( NaOH / KOH) bei sehr hohen pH-Werten katalysiert wird. Im Detail laufen etwa folgende zwei Reaktionen ab, welche zusammengenommen die obige Summenformel ergeben: Ohne NaOH oder KOH und deren hohe pH-Werte von ca. 13, 5 würde das amorphe Silicat nicht angelöst und die Reaktion nicht voranschreiten. Darüber hinaus ist das wasserlösliche Natrium- oder Kaliumsilicat sehr hygroskopisch und schwillt dabei an.