Universität Siegen – Fachbereich 8 Chemie – Institut für Bau- und Werkstoffchemie – Paul-Bonatz-Straße 9-11 – D-57068 Siegen – Tag der Prüfung: 22. September 2003Gutachter:Prof. Dr. rer: nat. habil. Dietbert Knöfel – Prof. Dr.-Ing. habil. Jochen Stark – Prof. Dr. Hans-Jörg Deiseroth – Frisch hergestellter Zementleim bzw. Mörtel/Beton schwindet im Verlauf der Zementhydratation. Dies ist unter anderem auf das sog. chemische Schwinden zurückzuführen, da das Volumen der Ausgangsstoffe der betrachteten chemischen Reaktion (Zement + Wasser) etwa 9 % größer ist als das Volumen der Reaktionsprodukte (Portlandzementstein + Calciumhydroxid). Befindet sich unhydratisierter Portlandzement (Anteil steigt mit sinkendem Wasser/Zement-Wert (w/z)) jedoch in einer ortsfesten Umgebung (z. B. eingebettet in einer Matrix aus Portlandzementstein in hochfestem Beton), und findet Zementhydratation statt, so ist das Volumen der Ausgangsstoffe (Zementklinker ohne Wasser) mit dem Volumen des Portlandzementsteins zu vergleichen. Dabei tritt eine Volumenzunahme von ca. 100 % auf. – Das Ziel dieser Arbeit war die Beantwortung der Frage, unter welchen Bedingungen nicht hydratisierter Portlandzementklinker in erhärtetem Portlandzementstein mit nachträglich von außen zugeführtem Wasser reagiert. Es sollte geklärt werden, ob diese späte Hydratation eine treibende Reaktion darstellt, welche das Gefüge durch Bildung voluminöser Reaktionsprodukte schädigt und somit die Dauerhaftigkeit und Festigkeit des Bindemittelsteins beeinträchtigt. Dazu wurden Portlandzementpasten und teilweise Mörtel untersucht. Es wurden Zementpasten mit w/z-Werten zwischen 0,35 und 0,20 untersucht. Teilweise wurden Verflüssiger in unterschiedlichen Konzentrationen verwendet. Die Zemente waren teilweise im Labor hergestellt, teilweise großtechnisch hergestellt. Die Zemente unterschieden sich in ihrem Kalkstandard (85 bis 99) und in der Korngrößenverteilung, welche durch unterschiedliche Mahldauern und teilweise durch Zusatz von Klinkergrieß bis zu Korngrößen von 250 µm variiert. Die Prüfkörper wurden bei Temperaturen zwischen 8 °C und 50 °C gelagert. Teilweise unter Wasser, teilweise bei relativen Luftfeuchtigkeiten zwischen 50 % und 95 %. – Es wurde gezeigt, dass Portlandzementsteine, welche mit niedrigem w/z-Wert hergestellt waren, und somit einen hohen Anteil an nicht hydratisiertem Klinker aufwiesen, bis zu einer Hydratationsdauer von 360 d und einer relativen Umgebungsfeuchte von 95 % bzw. unter Wasser kontinuierlich hydratisierten. Damit verbunden war – * kontinuierlicher Anstieg der Druckfestigkeit und des dyn. E-Moduls – * kontinuierliche Zunahme der Länge- und der Masse – * kontinuierliche Abnahme der Gesamtporosität – * kontinuierliche Abnahme des mittleren Porenradius – * keine Gefügeschäden, die auf eine treibende Reaktion Rückschlüsse zuließen. – Erst nach 540 d konnte festgestellt werden, dass die Gesamtporosität nicht weiter abnahm, sondern teilweise zunahm. Diese im Vergleich zu den bis 360 d gelagerten Proben abweichende Tendenz konnte mit einem steigenden mittleren Porenradius korreliert werden, aber nicht systematisch mit einem Verlust der Druckfestigkeit oder mit Gefügeschäden. Mit Hilfe der Auflicht-UV-Mikroskopie konnte lediglich eine einzige ungünstige Probe identifiziert werden, bei der Gefügeschädigungen in Form von sternförmigen Rissen ausgehend von nachträglich hydratisierten Klinkerpartikeln auftraten. Bei dieser Probe handelte es sich um einen CEM I 32.5 R mit KSt 99 unter Zusatz von 10 M.-% Klinkergrieß 125-250 µm bei isothermer Lagerung unter Wasser bei 50 °C. – Damit steht fest, dass eine der wichtigsten Eigenschaften des Portlandzementsteins, seine Druckfestigkeit, im betrachteten Zeitintervall und bei den betrachteten Lagerungen nicht systematisch durch nachträgliche Hydratation verschlechtert wird. Lediglich bei praxisfremden Bedingungen - wie stark erhöhter Temperatur in Verbindung mit einem sehr grobem Bindemittel - konnten nachträglich hydratisierte Portlandzementpartikel mit Hilfe der UV-Mikroskopie für Gefügeschäden verantwortlich gemacht werden. – Es bleibt offen, ob sich die Porosität bei Fortsetzung der Lagerung weiter vergrößert, und ob nach längerer Lagerung auch Schäden bei "normalen" Bedingungen - wie Lagerung bei 20 °C unter Wasser und ein Bindemittel Zusatz von Klinkergrieß - beobachtet werden können. – – Kontaktadresse: – Dr. rer. nat. Christoph Hofheinz – Radschläfe 14 – D-57076 Siegen E-Mail c.hofheinz@web.de Dissertation http://www.uni-siegen.de/epub/diss/hofheinz.htm