Ziel dieser Arbeit war es, eine Methode zu entwickeln, um Anhaltspunkte für die Einbindung von Schwermetallen in Zementstein zu gewinnen. Es wurden Antimon, Barium, Blei, Chrom, Molybdän und Vanadium betrachtet. Anhand der Entwicklung der Konzentrationen der Schwermetalle in der Porenlösung im Verlauf der Hydratation sollten Rückschlüsse auf die einbindenden Phasen gezogen werden. Dazu war es notwendig, den Hydratationsverlauf möglichst exakt zu beschreiben. Zur Bestimmung der umweltrelevanten Parameter in der Porenlösung musste zunächst die chemische Analytik optimiert werden. Dies erfolgte durch die Zentralabteilung für Chemische Analytik (ZCH) des Forschungszentrums Jülich GmbH. Anhand der Konzentrationen in den Porenlösungen und den Feststoffgehalten wurden die gelösten Anteile der sechs Schwermetalle im Verlauf der Hydratation berechnet. Gegenstand der Untersuchungen waren Zementsteine aus handelsüblichen Portlandzementen unterschiedlicher chemisch / mineralogischer Zusammensetzung. Ergänzend zu diesen Untersuchungen wurde das Auslaugverhalten der Spurenelemente und der Hauptbestandteile während der Frisch- und Festbetonphase untersucht und mit den Porenlösungskonzentrationen verglichen. Für eine diffusionskontrollierte Freisetzung ist ein Konzentrationsgefälle von der Porenlösung zum Eluenten erforderlich. Liegt dagegen ein Lösungsgleichgewicht vor, so entspricht die Eluatkonzentration im Idealfall der Porenlösungskonzentration. Aufgrund der zeitlichen Entwicklung der Porenlösungskonzentrationen von Barium und Sulfat ist von einer Fällung als BaSO₄auszugehen. Während der Frischbetonphase konnten in Auslaugversuchen ebenfalls Hinweise für diese Einbindung gefunden werden. Die Freisetzung aus Zementstein wird von Diffusion bestimmt. Chrom wird sehr wahrscheinlich sowohl bei chromathaltigem als auch beim chromatreduziertem Zement im Ettringit eingebaut. Bei chromathaltigem Zement sind die gelösten Chromanteile zu Hydratationsbeginn deutlich höher als beim chromatreduzierten, sie näherten sich mit fortschreitender Hydratation jedoch an, d. h. die Chromatreduktion hat bei erhärtetem Beton keinen Einfiuss auf Porenlösungskonzentrationen und Auslaugung.

It was the purpose of this research work to develop a method that gives indications for the fixation of heavy metals in hardenend cement paste. Animony, barium, lead, chromium, molybdenum and vanadium were investigated. Based on the development of pore solution concentrations of the heavy metals in the course of hydration conclusions concerning the binding mineral phases should be drawn. For this it was necessary to describe the process of hydration as precisely as possible. In order to determine the concentrations of environmentally relevant parameters in the pore solution it was essential to optimise the chemical analysis. This was done by the Central Division of Analytical Chemistry (ZCH) of the Research Centre Jülich. With the pore solution concentrations and the contents of the solids the dissolved proportions of the heavy metals were calculated. Subject of the investigations were hardenened cement pastes made of commercial Ordinary Portland Cements (OPC) with different chemical / mineralogical compositions. Additionally the leaching of the trace elements and the main constituents was investigated during the fresh concrete period and after hardening. The eluate concentrations were compared to the pore solution concentrations. For diffusion controlled leaching a concentration gradient from pore solution to eluate is necessary. If solution equilibrium is reached, the eluate concentrations are in ideal case equal to the pore solution concentrations. Based on the development of pore solution concentrations of barium and sulphate it can be concluded that BaSO₄ precipitates. The leaching during the fresh concrete period also gives hints for this binding mechanism. The leaching from hardenend cement paste is controlled by diffusion. Chromium from chromate containing OPC as well as from chromate reduced OPC is in all probability incorporated into ettringite. The chromate containing cement shows higher dissolved proportions at the beginning of hydration, but in the course of hydration they approach the values of chromate reduced OPC pastes. That is to say that in case of hardenened concrete the chromate reduction does not influence pore solution concentrations and leaching.