Alterung von Calciumsulfatphasen : Physiko-chemisch bedingte Feuchteaufnahmen und Einfluss auf die Reaktivität

Die Arbeit zeigt die wesentlichen Gründe auf, warum betahalbhydratreiche Niederbranntgipsbinder (industriell als Stuckgips bezeichnet) oft sehr unterschiedliche Eigenschaften aufweisen.
Der Anteil an Halbhydrat, welches aus dem stark hygroskopischen Anhydrit III (A III) durch die Reaktion mit Luftfeuchtigkeit entsteht, stellt einen erheblichen, bislang vollkommen unbeachteten Einfluss dar. Dieses Halbhydrat aus A III zeigt andere Oberflächeneigenschaften und ein Reaktionsverhalten, das von frisch gebranntem Betahalbhydrat abweicht.
Es zeigt sich, wie weitreichend der Einfluss physiko-chemischer Oberflächenprozesse wie Adsorption und Kondensation ist. Hierdurch wird nicht nur die Oberflächenenergie der Partikel abgebaut, sondern auch eine Verminderung der Hydratationswärme verursacht. Somit wirken sich physikalische Vorgänge thermodynamisch aus. Einwirkende und resultierende Parameter einer Alterung wirken wie folgt äußerst komplex zusammen:
Die dominierenden Bindemitteleigenschaften Abbindeverhalten und Wasseranspruch verändern sich durch eine Alterung sowohl aufgrund der Phasenumwandlungen als auch infolge der Veränderungen der Kristallite. Ebenso einflussreich ist die Veränderung der Oberflächencharakteristik. Die Auswirkung der Alterung auf die Reaktivität geht deutlich über den Abbau von Anhydrit III, die Dezimierung von abbindefähigem Material und die beschleunigende Wirkung von Alterungsdihydrat hinaus. Das Wachstum der Kristallite von Halbhydrat und die Verringerung der inneren Energie sowie die energetisch günstige spontane Beladung der Kristallgitterkanäle kleinster Anhydrit III-Kristallite mit dampfförmigem Wasser müssen als maßgebliche Ursachen für die Abnahme der Reaktivität infolge der Alterung herausgestellt werden. Die Abnahme der spezifischen Oberfläche und der Oberflächenenergie wirken sich außerdem auf den Lösungs- und den Hydratationsprozess aus. Der auf der Oberfläche von Anhydrit III kristallisierte Anhydrit II wirkt sich auch nach der Umwandlung von A III in Halbhydrat lösungshemmend aus. Infolge der alterungsbedingten Dihydratbildung, die bei anhaltender Feuchteeinwirkung einsetzt, wird diese Wirkung aufgehoben bzw. vermindert. Obgleich Dihydrat für seinen Beschleunigungseffekt bekannt ist, entfaltet Alterungsdihydrat infolge seiner besonderen Ausbildung innerhalb der wenige Moleküllagen umfassenden Kondenswasserschicht nur eine geringe keimbildende Wirkung.
Eine wesentliche Erkenntnis betrifft den Bindungscharakter des Überstöchiometrischen Wassers. Diesbezüglich ist eine rein physikalische Bindung nachweisbar. Das in der Arbeit als stärker adsorptiv gebunden bezeichnete Wasser kommt neben der Freien Feuchte ausschließlich bei Anwesenheit von Halbhydrat vor. Dieser Zusammenhang wird erstmalig hergestellt und mit Hilfe der kristallchemisch bedingten höheren Oberflächenenergie von Halbhydrat erklärt.

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Metadaten
Author:Dr.-Ing. Saskia Nowak
URN:urn:nbn:de:gbv:wim2-20130320-18731
ISBN:978-3-00-041328-5
Referee:Prof. Dr.-Ing. habil. Prof. e.h. mult. Dr. h.c. mult. Jochen Stark, Prof. Dr. rer. nat. habil. Hans-Ulrich Hummel, Prof. Dr. ès. sc. Robert J. Flatt
Advisor:Prof. Dr.-Ing. habil. Prof. e.h. mult. Dr. h.c. mult. Jochen Stark, Dr.-Ing. Hans-Bertram Fischer
Document Type:Doctoral Thesis
Language:German
Date of Publication (online):20.03.2013
Date of first Publication:20.03.2013
Publishing Institution:Bauhaus-Universität Weimar
Granting Institution:Bauhaus-Universität Weimar, Fakultät Bauingenieurwesen
Date of final exam:09.11.2012
Tag:Alterungsdihydrat; Anhydrit III; Heilungseffekt; Kristallitgröße; überstöchiometrisches Wasser
SWD-Keyword:Alterung; Calciumsulfat; Gips; Inverse Gaschromatographie ; Rietveld-Methode
Pagenumber:155
Institutes:F. A. Finger-Institut für Baustoffkunde
Dewey Decimal Classification:50 Naturwissenschaften
62 Ingenieurwissenschaften
66 Chemische Verfahrenstechnik
BKL-Classification:51 Werkstoffkunde
56.45 Baustoffkunde
Licence (German):License LogoCreative Commons - Namensnennung-Keine Bearbeitung