Formation and expansion of ettringite crystals: Fid-Bau Portal

Formation and expansion of ettringite crystals

Deng Min / Tang, Mingshu

Dargestellt wird die Bildungsreaktion von Ettringit und die damit verbundene Expansionsreaktion aus physiko-chemischer Sicht. Die Bildung von Ettringit kann aus (4CaO)(3Al2O3)(SO3), (3CaO)(Al2O3) und (CaO)(Al2O3) erfolgen. Ca-O- und Al-O-Bindungen werden aufgebrochen, in der Porenflüssigkeit von Zementpasten können Ca(2+)- und Al(OH4)-Ionen vorliegen. Diese Ionen können sich mit Ca(2+)- und (SO4)(2-)-Ionen aus Gips zu Ettringit umsetzen. Die Ettringitbildung erfolgt durch Keimbildung und Kristallwachstum. In Portlandzementpasten, in denen (OH)(-)-, K(+)-, Na(+) SO4(2-)- und Ca(2+)-Ionen in der Porenflüssigkeit vorliegen, wird die Ettringitbildung durch die Konzentration der Hydroxilionen bestimmt, es liegt ein Ausscheidungsmechanismus aufgrund einer Übersättigungsreaktion vor, wobei sich sehr viele Keime bilden. In Sulfoaluminatzementen ist die Konzentration an Ca(2+)- und Al(OH4)-Ionen höher, die Ionenstärke in der Porenflüssigkeit aber geringer. Die Keimbildung ist weniger ausgeprägt, es findet jedoch ein stärkeres Kristallwachstum statt. Als entscheidende Größe bei der Ettringitbildung ist die Hydroxilionenkonzentration anzusehen. Die Expansionswirkung der Ettringitbildung beruht auf dem Kristallisationsdruck der Ettringitbildung und der Absorption von Ionen aus der Porenflüssigkeit unter Ausbildung einer elektrischen Doppelschicht. Findet die Ettringitbildung an der Oberfläche von aluminiumhaltigen Körnern statt, so erfolgt eine starke Volumendehnung. In Gegenwart von Alkalien wird die Volumendehnung noch verstärkt. Bei Ettringitbildung in der Porenflüssigkeit ist nur eine untergeordnete Ausdehnung zu beobachten.