Hinsichtlich der Entwicklung und Optimierung neuartiger Betone, aber auch für die Modellierung des Baustoffverhaltens, ist das genaue Verständnis der chemischen und physikalischen Zusammenhänge im Zementstein, welcher maßgeblich die Materialeigenschaften des Betons bestimmt, von elementarer Bedeutung. Einige ausgewählte hygrische (von der relativen Luftfeuchtigkeit der Umgebung abhängige) Eigenschaften wurden experimentell untersucht und bezüglich der vorherrschenden Vorgänge und Mechanismen auf der Nano- und Mikroebene wie Oberflächenenergie, Spaltdruck und Kapillarwirkung analysiert. Der experimentelle Teil dieser Arbeit setzt sich vorrangig mit einem neu entwickelten, lasergestützten Messprinzip zur Bestimmung des Trocknungsschwindens auseinander. Dieses erlaubt die zügige, präzise Messung des reinen Materialverhaltens mehrerer filigraner Proben mit einer Auflösung von etwa 20 nm. Weitere - vorwiegend neuartige - Methoden zur Ermittlung des Sorptionverhaltens, der Volumen- und Dichteänderung, des statischen Elastizitätsmoduls sowie der Dichte und Schmelzenthalpie der Porenlösung werden in knapper Form beschrieben. Durch Analyse und Kombination der einzelnen Messdaten wurden neue Erkenntnisse gewonnen, welche im auswertenden Teil der Arbeit dargelegt werden. Ein enger Zusammenhang zwischen dem Wässergehalt der Struktur und den untersuchten Eigenschaften, mit einer äußerst geringen Hysterese zwischen Trocknung und Befeuchtung, sowie der Einfluss der Kapillarkondensation wurden nachgewiesen. So ließen sich im Bereich von 0 % bis 100 % relativer Feuchte, getrennt nach De- und Adsorption, verschiedene Teilabschnitte mit jeweils anderen dominierenden Mechanismen finden. Es konnte gezeigt werden, dass sich die Schwind- -und Quellverformungen im unteren Feuchtebereich zur Änderung der Oberflächenenergie zwar proportional verhalten, eine Energieabnahme während der Adsorption aber nicht wie bisher angenommen zu einer Expansion, sondern zu einer Kontraktion der CSH-Partikel führt, während gleichzeitig der Porenraum wächst (und umgekehrt während der Desorption). Daher ist der Einfluss der Oberflächenenergie der dispersiven Spaltdruckkomponente, welche die unteren Feuchtebereiche beherrscht, zuzuordnen, wogegen im Bereich der Kondensation die repulsiven Spaltdruckanteile und die Kapillarspannungen die Vorgänge im Zementstein dominieren. Hier herrscht entsprechend ein ausgeprägt linearer Zusammenhang zwischen der hygrischen Verformung und dem Wassergehalt. Dichte und Schmelzenthalpie der Porenlösung weichen dabei von den makroskopischen Eigenschaften deutlich ab und bestätigen die Strukturierung des Wassers infolge von Oberflächenwechselwirkungen. Durch Variation des Wasserzementwertes konnte darüber hinaus ein signifikanter Einfluss der Mischungszusammensetzung auf die hygrischen Eigenschaften der untersuchten Proben nachgewiesen werden. Das neue Modell des Zementgels als Feststoff-Porenwassersystem basiert auf diesen Forschungsergebnissen.

As far as design and optimisation of new kinds of concrete are concerned, but also with regard to modelling the characteristics of this building material, the exact understanding of the chemical and physical relations in hardened cement paste (hcp) which significantly determines the material attributes, is of fundamental relevance. Several selected hygric (that means, depending on relative humidity of the environment) properties have been experimentally investigated and analysed in respect of the prevailing processes and mechanisms on the nano- and microscale as surface energy, disjoining pressure and capillary tension. The experimental part of this work preferentially deals with a newly developed laser supported measuring principle for determining drying shrinkage. This technique allows the speedy, precise measurement of the pure material characteristic of several filigree samples with an accuracy of about 20 nm. Further - mainly novel - methods for examining sorption behaviour, volume and density change, the static elastic modulus as wells as density and heat of fusion of the pore solution are described in condensed form. By means of analysis and combination of the diverse measuring data new cognitions were obtained which are presented in the interpreting part of this publication. A close connection between water content of the structure and studied properties, with only a marginal hys-teresis between drying and wetting, as well as the influence of capillary condensation were demonstrated. Accordingly, in the range from 0 % to 100 % relative humidity, divided into de- and adsorption, different sections with each varying dominating mechanisms could be found. It could be shown that in the lower humidity range shrinkage and swelling are proportional to change in surface free energy indeed however, an energy reduction during adsorption does not lead to an expansion of esh-particles as assumed up to now, but to a contraction, while simultaneously pore volume increases (and vice versa during desorption). For this reason the influence of surface energy has to be attributed to the dispersive component of disjoining pressure which prevails in the lower humidity range, whereas in the range of condensation repulsiv components and capillary tension dominate the processes in hcp. Here an accordant distinct linear relationship exists between hygric strains and water content. Density and heat of fusion of the pore solution deviate from macroscopic features significantly and approve structuring of water due to surface interactions. By means of variation of water-cement-ratio furthermore a remarkable influence of mixture composition on the hygric properties of the investigated specimens could be detected. The new solid-liquid gel-system model is based on these findings.