Hygrische Eigenschaften des Zementsteins

Bedingt durch den hygroskopischen Charakters des mikroporsen Zementsteins vari-ieren zahlreiche seiner strukturellen und mechanischen Eigenschaften zum Teil er-heblich in Abhngigkeit von den nderungen im Wasserhaushalt des Materials. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurden einige ausgewhlte hygrische Eigenschaf-ten mit Hilfe neuartiger Messmethoden an filigranen Zementsteinproben experimen-tell bestimmt. Hierzu zhlen neben dem vorrangig behandelten Trocknungsschwin-den (ueres Volumen) auch Untersuchungen der Reindichte (inneres Volumen) und des statischen Elastizittsmoduls. Die gewonnenen Daten geben darber hinaus Aufschluss ber die nderung der Roh- und Feststoffdichte sowie des Porenvolu-mens. Eine Abschtzung 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 nderungen mit dem Wassergehalt des Zementsteins korrelieren. Zur Bestimmung der Schwind- und Quellverformungen wird ein neu entwickeltes laser-gesttztes Messprinzip vorgestellt, welches die Analyse des annhernd unbeeinfluss-ten Materialverhaltens mit einer Auflsung von etwa 20 nm erlaubt. Verifiziert und ergnzt werden diese Messungen durch Untersuchungen mit induktiven Wegauf-nehmern. Die weiteren eingesetzten Messmethoden reichen von der Heliumpykno-metrie ber die dynamische Wgung 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 ausfhrlich tabelliert sind, erlaubt dabei neue Schlussfolgerungen bezglich der auf der Nano- und Mikroebene der Struktur vorherrschenden Mechanismen. Getrennt nach Trock-nung und Befeuchtung knnen im Bereich von 0 % r. F. bis 100 % r. F. verschiedene Teilabschnitte mit jeweils anderen dominierenden Mechanismen nachgewiesen wer-den. In der Vergangenheit postulierte Anstze zur Erklrung der hygrischen Vern-derungen im Gefge, wie das Mnchner Modell, lassen sich nicht mehr vollstndig aufrecht erhalten, sondern mssen in einigen wesentlichen Aspekten revidiert wer-den. So konnte gezeigt werden, dass sich die Quellverformungen im unteren Feuch-tebereich zur nderung der Oberflchenenergie zwar proportional verhalten, eine Energieabnahme whrend der Adsorption aber nicht wie bisher angenommen zu ei-ner Expansion, sondern zu einer Kontraktion der CSH-Partikel fhrt, whrend gleich-zeitig der Porenraum wchst. Demgegenber dominieren im Bereich der Kondensa-tion die repulsiven Spaltdruckanteile die Vorgnge im Zementstein. Dichte und Schmelzenthalpie der Porenlsung weichen dabei von den makroskopischen Eigen-schaften deutlich ab und besttigen die Strukturierung des Wassers infolge von O-berflchenwechselwirkungen. Allerdings ist auch der Einfluss der Kapillarspannun-gen insbesondere whrend einer Desorption nicht zu vernachlssigen. Durch Variati-on des Wasserzementwertes kann darber hinaus ein signifikanter Einfluss der Mi-schungszusammensetzung auf die hygrischen Eigenschaften der untersuchten Pro-ben gezeigt werden.

Klappentext

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.