A platform for research: civil engineering, architecture and urbanism
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Reaktionsmechanismus und thermodynamische Modellierung der Thaumasitbildung in Zementstein und Beton bei Sulfatangriff. Teil 1: Untersuchungen zum Reaktionsablauf
Frühere Untersuchungen über die Bildung und Stabilität von Thaumasit haben gezeigt, dass große Mengenanteile von Gips im Zement und/oder die Penetration von sulfathaltigen Lösungen in Kalkstein enthaltenden Zementstein und/oder Beton, vorzugsweise auf der Basis von Zementen des Typs CEM II mit Kalkstein als Zumahlstoff eine betonschädigende Thaumasitbildung verursachen können Hier wurde ein chemisches 9-Komponenten Modell-Zementsysteme aus CaO, SiO2, Al2O3, Fe2O3, MgO, CaSO4, CaCO3, Na2O, K2O und H2O auf Thaumasitbildung durch inneren Sulfatangriff (Gips und Kaliumsulfat) bei der Hydratation unter feucht-kalten Bedingungen bei 5 deg C untersucht. Die wichtigsten Mineralphasen in den trockenen Ausgangszementen sind Alit, Belit, Tricalciumaluminat, Tetracalciumaluminatferrit, Freikalk, die klinkereigenen Alkaliverbindungen sowie die Zumahlstoffe Gips, Calcit und Kaliumsulfat. Im Laufe der Hydratationszeit stellen sich in Abhängigkeit von den verfügbaren Ausgangsstoffen zunehmend Hydratphasen-Gleichgewichte zwischen folgenden Phasen ein: C-S-H, Portlandit, Gips, Ettringit (Sulfat-Form), Ettringit (Carbonat-Form), Thaumasit, Afm-Phasen (Monosulfat, Monocarbonat, Monohydroxid), Calcit, Limonit/Goethit, Hydrargillit und Brucit ein. Mittels NMR-Spektren und der Ergebnisse der Spektrenzerlegung ist die Zuordnung der Kieselsäurespezies in den Klinkerzementpasten in den Bereichen der SiO4- und SiO6-Baugruppen (Q-Gruppen) nachweisbar. Nach den Untersuchungen ist die Methode des inneren Sulfatangriffs zur Synthese von Thaumasit in Zementpasten auf der Basis von technischen Portlandzementklinkern, Calcit, Gips, Kaliumsulfat und Wasser für die Modellierung der Thaumasitbildung gut geeignet, weil alle Reaktionskomponenten im System gleichmäßig verteilt vorliegen, ein ausreichend mit Porenflüssigkeit gefüllter Porenraum vorhanden ist, wodurch die Diffusion der gelösten Komponenten sterisch wenig gehemmt abläuft und so die Einstellungen von Reaktionsgleichgewichten, die für eine thermodynamische Modellierung der Thaumasitbildung sehr wesentlich sind, fördert werden.
Reaktionsmechanismus und thermodynamische Modellierung der Thaumasitbildung in Zementstein und Beton bei Sulfatangriff. Teil 1: Untersuchungen zum Reaktionsablauf
Frühere Untersuchungen über die Bildung und Stabilität von Thaumasit haben gezeigt, dass große Mengenanteile von Gips im Zement und/oder die Penetration von sulfathaltigen Lösungen in Kalkstein enthaltenden Zementstein und/oder Beton, vorzugsweise auf der Basis von Zementen des Typs CEM II mit Kalkstein als Zumahlstoff eine betonschädigende Thaumasitbildung verursachen können Hier wurde ein chemisches 9-Komponenten Modell-Zementsysteme aus CaO, SiO2, Al2O3, Fe2O3, MgO, CaSO4, CaCO3, Na2O, K2O und H2O auf Thaumasitbildung durch inneren Sulfatangriff (Gips und Kaliumsulfat) bei der Hydratation unter feucht-kalten Bedingungen bei 5 deg C untersucht. Die wichtigsten Mineralphasen in den trockenen Ausgangszementen sind Alit, Belit, Tricalciumaluminat, Tetracalciumaluminatferrit, Freikalk, die klinkereigenen Alkaliverbindungen sowie die Zumahlstoffe Gips, Calcit und Kaliumsulfat. Im Laufe der Hydratationszeit stellen sich in Abhängigkeit von den verfügbaren Ausgangsstoffen zunehmend Hydratphasen-Gleichgewichte zwischen folgenden Phasen ein: C-S-H, Portlandit, Gips, Ettringit (Sulfat-Form), Ettringit (Carbonat-Form), Thaumasit, Afm-Phasen (Monosulfat, Monocarbonat, Monohydroxid), Calcit, Limonit/Goethit, Hydrargillit und Brucit ein. Mittels NMR-Spektren und der Ergebnisse der Spektrenzerlegung ist die Zuordnung der Kieselsäurespezies in den Klinkerzementpasten in den Bereichen der SiO4- und SiO6-Baugruppen (Q-Gruppen) nachweisbar. Nach den Untersuchungen ist die Methode des inneren Sulfatangriffs zur Synthese von Thaumasit in Zementpasten auf der Basis von technischen Portlandzementklinkern, Calcit, Gips, Kaliumsulfat und Wasser für die Modellierung der Thaumasitbildung gut geeignet, weil alle Reaktionskomponenten im System gleichmäßig verteilt vorliegen, ein ausreichend mit Porenflüssigkeit gefüllter Porenraum vorhanden ist, wodurch die Diffusion der gelösten Komponenten sterisch wenig gehemmt abläuft und so die Einstellungen von Reaktionsgleichgewichten, die für eine thermodynamische Modellierung der Thaumasitbildung sehr wesentlich sind, fördert werden.
Reaktionsmechanismus und thermodynamische Modellierung der Thaumasitbildung in Zementstein und Beton bei Sulfatangriff. Teil 1: Untersuchungen zum Reaktionsablauf
Reaction mechanism and thermodynamic modelling of thaumasite formation in hardened cement pastes and concrete by sulfate attack. Part 1: Investigations on the reaction kinetics
Herr, Roland (author) / Schubert, Karsten (author) / Hillemeier, Bernd (author)
2006
8 Seiten, 7 Bilder, 2 Quellen
Conference paper
German
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