Einfluss der Luftfeuchte auf die Nanostruktur des Zementsteins

Bewegung im Beton

Abb. 1 Wasserdampfsorptionsisotherme an einem Zementstein bei 25 °C gemessen mit TA Instruments VTI SA.

Abb. 2 Automatisches dynamisches Wasserdampf- und Lösemittelsorptionsgerät DVS TA Instruments VTI SA mit erhöhtem Trägergasfluss zur schnelleren und sicheren
Einstellung von Massengleichgewichten bei Feuchteänderungen.

Abb. 3 Quellen und Schwinden an einem Zementstein in Abhängigkeit der relativen Feuchte. Man beachte wie bei der Sorptionsisotherme in Abb. 1 die Hysterese.

Abb. 4 Pascal-Porosimeter, durch das vertikale Befüllen (rechte Seite) bei gleichzeitigem druckkontrolliertem Entgasen oberhalb des
Wasserdampfsättigungsdrucks sind Porosimetriemessungen an vorgefeuchteten Materialien möglich.

Abb. 5 Vergleich der spezifischen Oberflächen aus Neutronenkleinwinkelmessungen und der Porengrößen aus Quecksilberporosimetrie an vorgefeuchtetem Zementstein (CEM I, w/z=0,4, 28d) (Trocknung – Desorption).

Abb. 6 Vergleich des Karbonatisierungskoeffizienten c zum Wasserdampfdiffusionswiderstand µ an vorgefeuchtetem Zementstein (CEM I, w/z=0,4, 28d) (Befeuchtung – Adsorption).

Dr. Jürgen Adolphs
studierte Physik und Mathematik an der Universität Göttingen mit einer Diplomarbeit über Motorenakustik (Volkswagen). Danach wechselte er zum Fachbereich Bauphysik und Materialwissenschaft im Bauingenieurwesen der Universität Duisburg-Essen (Prof. Setzer) und promovierte während dieser Zeit im Fachbereich Theoretische und Physikalische Chemie über Sorptionstheorie. Es folgte ein zweijähriges Stipendium in den USA an der Northwestern University Evanston ILL., Advanced Cement Based Materials Center, Argonne ILL. Syncrotron Facility and NIST Gaithersburgh SANS. 2001 begann er bei der Porotec GmbH, wo er seit 2002 geschäftsführender Gesell
schafter ist. .
juergen.adolphs@porotec.de

 Beton ist als weltweit meistverwendeter Baustoff noch nicht in all seinen physikalisch-chemischen und mechanischen Eigenschaften verstanden. Dieses Verständnis wird umso wichtiger, da neben essentiellen Sicherheitsbedürfnissen (Bruchfestigkeit, Standfestigkeit auch in Bezug auf Erdbeben und Starkwind) die Anforderungen an Beständigkeit und Umweltverträglichkeit an Bedeutung zunehmen. Allein die Reparaturkosten liegen in volkswirtschaftlich relevanten Größenordnungen.

Beim Beton reicht die interessierende Längenskala von Kilometern bis hin zu weniger als einem Nanometer im Bereich des Mikrogefüges. Betonbauten sind oft extremen Klimabedingungen ausgesetzt. Dabei werden fast alle Eigenschaften von dem Mikrogefüge des Zementsteins, dem Bindemittel im Beton, geprägt. Dieser Zementstein bildet ein nanoporöses System im Wesentlichen bestehend aus Kalziumsilikathydraten [1, 2] mit Nanoporen von ca. 2 nm Radius, die auch im Ultrahochleistungsbeton enthalten sind [3]. In Normalbetonen, abhängig vom Wasser-Zementwert und der Art der Zuschläge und chemischen...

Bewegung im Beton

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BFT 12/2010