Hygrische Eigenschaften des Zementsteins

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Beschreibung

Bedingt durch den hygroskopischen Charakters des mikroporösen Zementsteins vari-ieren zahlreiche seiner strukturellen und mechanischen Eigenschaften zum Teil er-heblich in Abhängigkeit von den Änderungen im Wasserhaushalt des Materials. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurden einige ausgewählte hygrische Eigenschaf-ten mit Hilfe neuartiger Messmethoden an filigranen Zementsteinproben experimen-tell bestimmt. Hierzu zählen neben dem vorrangig behandelten Trocknungsschwin-den (äußeres Volumen) auch Untersuchungen der Reindichte (inneres Volumen) und des statischen Elastizitätsmoduls. Die gewonnenen Daten geben darüber hinaus Aufschluss über die Änderung der Roh- und Feststoffdichte sowie des Porenvolu-mens. Eine Abschätzung der Dichte und Schmelzenthalpie des Porenwassers liefern weitere wertvolle Erkenntnisse hinsichtlich der in der Struktur vorherrschenden Me-chanismen. Durch die parallele Bestimmung der Sorptionsisothermen lassen sich die hygrischen Änderungen mit dem Wassergehalt des Zementsteins korrelieren. Zur Bestimmung der Schwind- und Quellverformungen wird ein neu entwickeltes laser-gestütztes Messprinzip vorgestellt, welches die Analyse des annähernd unbeeinfluss-ten Materialverhaltens mit einer Auflösung von etwa 20 nm erlaubt. Verifiziert und ergänzt werden diese Messungen durch Untersuchungen mit induktiven Wegauf-nehmern. Die weiteren eingesetzten Messmethoden reichen von der Heliumpykno-metrie über die dynamische Wägung mit Hilfe einer Magnetschwebewaage bis hin zur dynamisch-mechanischen Analyse (DMA) und der Differenzkalorimetrie (DSC).

Eine umfangreiche Analyse der Messdaten, welche im Anhang der Arbeit ausführlich tabelliert sind, erlaubt dabei neue Schlussfolgerungen bezüglich der auf der Nano- und Mikroebene der Struktur vorherrschenden Mechanismen. Getrennt nach Trock-nung und Befeuchtung können im Bereich von 0 % r. F. bis 100 % r. F. verschiedene Teilabschnitte mit jeweils anderen dominierenden Mechanismen nachgewiesen wer-den. In der Vergangenheit postulierte Ansätze zur Erklärung der hygrischen Verän-derungen im Gefüge, wie das Münchner Modell, lassen sich nicht mehr vollständig aufrecht erhalten, sondern müssen in einigen wesentlichen Aspekten revidiert wer-den. So konnte gezeigt werden, dass sich die Quellverformungen im unteren Feuch-tebereich zur Änderung der Oberflächenenergie zwar proportional verhalten, eine Energieabnahme während der Adsorption aber nicht wie bisher angenommen zu ei-ner Expansion, sondern zu einer Kontraktion der CSH-Partikel führt, während gleich-zeitig der Porenraum wächst. Demgegenüber dominieren im Bereich der Kondensa-tion die repulsiven Spaltdruckanteile die Vorgänge im Zementstein. Dichte und Schmelzenthalpie der Porenlösung weichen dabei von den makroskopischen Eigen-schaften deutlich ab und bestätigen die Strukturierung des Wassers infolge von O-berflächenwechselwirkungen. Allerdings ist auch der Einfluss der Kapillarspannun-gen insbesondere während einer Desorption nicht zu vernachlässigen. Durch Variati-on des Wasserzementwertes kann darüber hinaus ein signifikanter Einfluss der Mi-schungszusammensetzung auf die hygrischen Eigenschaften der untersuchten Pro-ben gezeigt werden.