Baustofftechnologie Mikrostruktur von Zementstein · Baustofflehre 2010 Thomas A. BIER Institut...
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Baustofflehre 2010 Thomas A. BIER Institut für Keramik, Glas- und Baustofftechnik, Leipziger Straße 28, 09596 Freiberg, Baustofftechnologie Mikrostruktur von Zementstein
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Baustofflehre 2010
Thomas A. BIER
Institut für Keramik, Glas- und Baustofftechnik, Leipziger Straße 28, 09596 Freiberg,
Baustofftechnologie
Mikrostruktur von Zementstein
Baustofflehre 2010
Mikrostruktur von Zementstein
Baustofflehre 2010
Gefüge Zementstein
Baustofflehre 2010
Klassifizierung von Poren
Baustofflehre 2010
Wasser im Porensystem
Baustofflehre 2010
Powers/Brownyard-Modell
Grundlage des Powers/Brownyard-Modells sind die Untersuchungen über die Bindung des Wassers
im Zementstein, insbesondere die Unterscheidung von verdampfbarem und nicht verdampfbarem
Wasser, und die Ergebnisse der Sorptionsuntersuchungen mit Wasserdampf. Daraus wird
abgeleitet, dass der wesentliche Bestandteil des Zementsteins Gelpartikel sind, die ein
Wasserfilm umgibt. Der Abstand zwischen den Gelpartikeln liegt zwischen etwa 1,5 nm und 3
nm. Das nicht verdampfbare Wasser ist Bestandteil der Gelpartikel, das verdampfbare Wasser
füllt die Gel- und Kapillarporen aus. Gelporen sind die unvermeidlichen Zwischenräume
zwischen den Gelpartikeln. Da sie vorwiegend für Wasser-, nicht aber z.B. für
Stickstoffmoleküle zugänglich sind, wird angenommen, dass die Poreneingänge wesentlich
kleiner als die Porendurchmesser sind. Der Anteil des Gelporenvolumens, bezogen auf das
Gesamtvolumen der Hydratationsprodukte, beträgt 28 %, er ist unabhängig vom
Wasserzementwert und vom Hydratationsgrad des Zements. Die mechanischen Eigenschaften
des Zementsteins werden beeinflusst von den adsorbierten Wasserschichten, deren Dicke sich mit
den Feuchtigkeitsbedingungen in der Umgebung und mit der mechanischen Belastung ändert.
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Powers Modell
Baustofflehre 2010
Powers Modell
Baustofflehre 2010
Powers Modell
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Entwässerung von Ca(OH)2 und gemahlenem Portlandzement mit und ohne Ca(OH)2 , sowie
Dissoziatiou von CaCO3 in einer Thermowaage
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Kapillarporen und Gelporen
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Gefüge Zementstein und Sorption
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Gefüge Zementstein und Sorption
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Sorptionsisothermen von Wasserdampf an C-S-H
bei 20 °C. Das Sorptionsgleichgewicht wurde
über Salzösungen eingestellt (integrale Methode).
1. Fraktion: Beginn mit Proben, die nach
Herstellung in der Suspension über Wasser in
einem evakuierten Exsikkator über Wasser
gelagert worden waren.
2. Fraktion: Beginn nach D-Trocknung.
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Relativer Wasserdampfdruck p/p0 über gesättigten Salzlösungen und über festen Trockenmitteln
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Sorptionsisothermen von Wasserdampf an hydratisiertem Portlandzement PZ 55 (CEM I 52,5 R) bei 20 °C, Diagramm links
für Hydratation mit Wo = 10, m Diagramm rechts für Hydratation mit Wo = 0,4.
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Volumen des Zementgels
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Chemisches Schrumpfen von Pasten
aus gemahlenem Zementklinker,
Klinker/GipsGemisch und
Portlandzement durch Wasserbindung
während der Hydratation
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Verteilung der Phasen
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Hydratationsgrad
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Verteilung der Phasen
Zusammensetzung des
Zementsteins in
Abhängigkeit vom
Wasserzementwert nach
Hydratation unter Wasser
(Diagramme links) und an
Luft (Diagramme rechts),
d.h. mit (wt = Wo + v) und
ohne (wt = wo)
nachträgliche
Wasseraufnahme aus der
Umgebung infolge
chemischen Schrumpfens
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Kennwerte für W/Z
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W/Z, Kapillarporenvolumen Festigkeit
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W/Z, Kapillarporenvolumen Festigkeit
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W/Z, Kapillarporenvolumen Festigkeit
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W/Z, Kapillarporenvolumen
Festigkeit
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W/Z, Kapillarporenvolumen Festigkeit
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W/Z, Kapillarporenvolumen
Festigkeit
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W/Z, Kapillarporenvolumen
Festigkeit
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Powers - Folgerungen
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Powers - Anwendungen
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Feldman/Sereda-Modell
Nach dem Feldman/Sereda-Modell besteht das Calciumsilicathydrat als wesentlicher Bestandteil des Zementsteins aus Tobermorit-Schichten, die fehlgeordnet, schlecht ausgebildet und sehr feinkörnig sind, aber gewisse Eigenschaften des kristallinen Tobermorits aufweisen. Zwischen den Tobermorit-Schichten können Wassermoleküle als zur Struktur gehörendes Zwischenschichtwasser eingelagert werden. Der Zwischenschichtraum, der dem Gelporenraum des Powers/Brownyard-Modells entspricht, wird demnach nicht der Porosität zugerechnet. Gelporen gibt es nicht. Die Porosität kann daher nur mit Medien ermittelt werden, die den Zwischenschichtraum nicht besetzen, z.B. Isopropanol, Stickstoff oder Helium. Sorptionsmessungen mit Wasserdampf sind daher für Porositätsmessungen nicht und für Messungen der massebezogenen Oberfläche nur unter bestimmten Bedingungen geeignet. Maßgebend für die mechanischen Eigenschaften des Zementsteins sind Änderungen des Zwischenschichtwassers, irreversible Änderungen in der Anordnung der Tobermorit-Schichten und damit verbundene Gleitund Schervorgänge in und zwischen den Schichten.
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Feldmann Sereda
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Münchner Modell
Das Münchner Modell von Wittmann beschreibt den
Zementstein als mikroporöses Xerogel, d.h. ein trockenes,
erstarrtes Gel ohne Dispersionsmittel. Die Gelpartikel sind
miteinander durch van der Waalssche Kräfte verbunden. Die
mechanischen Eigenschaften eines solchen Xerogels lassen sich
durch den Einfluss des sorbierten Wassers auf die
Oberflächenenergie der Gelpartikel deuten. Mit steigendem
Wasserangebot aus der Umgebung nimmt die Dicke der
adsorbierten Wasserschicht zu, die Oberflächenenergie der
Gelpartikel vermindert sich und damit quellen die Partikel
proportional zur Abnahme der Oberflächenenergie. Bei
relativen Feuchten über etwa 40 % dehnt der Trenndruck
(disjoining pressure) des Wassers die feinen Gelporen und
infolgedessen das gesamte Zementsteingefüge aus.
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Münchener Modell
Baustofflehre 2010
Münchener Modell
Baustofflehre 2010
Münchener Modell
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Modell nach Jennings
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Kondo - Daimon Modell
Das Modell von Daimon und Mitarbeitern schreibt dem Calciumsilicathydrat ähnlich wie
das Feldman/Sereda-Modell einen schichtförmigen Aufbau zu, geht aber von zwei Arten
von Gelporen aus. Der Zwischenschichtraum des Feldman/SeredaModells wird als
"Intragel-Porosität" bezeichnet. Außerdem bestehen aber auch, ähnlich wie beim
Powers/Brownyard-Modell, Hohlräume zwischen den Gelpartikeln, die sogenannten
"Intergel-Poren".
aufgerollte
CSH (II)-Plättchen (A,B-CSHSchichten,
C-Zwischenschichtbereich,
D-Raum zwischen den
aufgerollten Folien, E-Innenraum
des Röllchens.
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Zementhydratation
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Verfeinertes Locher Modell
