@phdthesis{Splittgerber,
  author    = {Splittgerber, Frank},
  title     = {Identifizierung der Zementart in Zementsteinen und die {\"U}bertragbarkeit auf M{\"o}rtel und Betone},
  doi       = {10.25643/bauhaus-universitaet.1817},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:wim2-20130114-18179},
  school      = {Bauhaus-Universit{\"a}t Weimar},
  pages     = {173},
  abstract  = {Der Einsatz ungeeigneter Materialien ist eine der h{\"a}ufigsten Ursachen f{\"u}r Bauwerkssch{\"a}den. Da die Beseitigung dieser Sch{\"a}den oft mit hohen Kosten verbunden ist, besteht in der Baupraxis der Bedarf an einer Identifizierungsmethode f{\"u}r eingesetzte Baustoffe. Daneben w{\"a}re eine Kenntnis der in einem Bauwerk vorliegenden Materialien auch f{\"u}r Instandhaltungsarbeiten hilfreich. Die Identifizierung der in einem Festbeton oder Festm{\"o}rtel vorliegenden Zementart gilt auch gegenw{\"a}rtig noch als schwierig oder sogar unm{\"o}glich. Die Schwierigkeiten ergeben sich in erste Linie daraus, dass die Hydratationsprodukte verschiedener Zementarten oft nur geringe Unterschiede in ihrer chemischen und mineralogischen Zusammensetzung aufweisen und die Hydratationsmechanismen bei einigen Zementarten noch nicht vollst{\"a}ndig erforscht sind. Prim{\"a}res Ziel der vorliegenden Arbeit war es zu untersuchen, ob anhand des Mineralphasenbestandes, der sich w{\"a}hrend einer thermischen Behandlung von Zementsteinen einstellt, eine Identifizierung der vorliegenden Zementart m{\"o}glich ist. Weiterhin sollte die {\"U}bertragbarkeit dieser Ergebnisse auf Betone und M{\"o}rtel eingesch{\"a}tzt werden. Zur Schaffung von Identifizierungsmerkmalen wurden die (angereicherten) Zementsteine bei Temperaturen im Bereich zwischen 600 °C und 1400 °C thermisch behandelt. An den getemperten Proben wurde der Mineralphasenbestand mittels R{\"o}ntgendiffraktometrie bestimmt. Mit der gleichen Methode wurden die Ausgangszemente und die (angereicherten) Zementsteine untersucht. Aus der Gegen{\"u}berstellung der nachgewiesenen Mineralphasen konnten die gesuchten Identifizierungsmerkmale abgeleitet werden. Um den Einfluss der Gesteinsk{\"o}rnungen auf die Identifizierungsm{\"o}glichkeiten gesondert zu erfassen, wurde das Versuchsprogramm auf 3 Abstraktionsebenen angelegt. F{\"u}r die Auswertung der Ergebnisse wurden die Proben zu Klassen zusammengefasst, welche jeweils charakteristische Zusammensetzungen der Ausgangszemente repr{\"a}sentieren. F{\"u}r die Analyseergebnisse wurden die klassenspezifischen die Mittel- und Grenzwerte bestimmt. Als die effektivste Methode zur Anreicherung der Zementsteinmatrix aus M{\"o}rtel- und Betonproben erwies sich die Kombination aus einer Zerkleinerung in einem Laborbackenbrecher. Die fein partikul{\"a}ren Fraktionen, welche Zementsteingehalte von 70-80 Ma.-\% aufwiesen, wurden als Analyseproben verwendet. Es zeigte sich aber auch, dass das Anreicherungsergebnis von der Gesteinsk{\"o}rnungsart abh{\"a}ngt. Bei Laborbetonen mit einer Kalkstein-Gesteinsk{\"o}rnung wurde mit der gleichen Methode lediglich eine Anreicherung des Zementsteins auf etwa 50 Ma.-\% erreicht. Die Untersuchungen auf Abstraktionsebene 1 lieferten die Erkenntnis, dass der Hydratationsprozess der Klinkerphasen, der Klinkerphasengemische sowie des H{\"u}ttensandes, auch in Gegenwart des Sulfattr{\"a}gers f{\"u}r Behandlungstemperaturen im Bereich des Klinkerbrandes vollst{\"a}ndig reversibel ist. Im Hinblick auf die Identifizierungsm{\"o}glichkeiten wurde 1100 °C als optimale Behandlungstemperatur ermittelt, da hier eine Schmelzphasenbildung ausgeschlossen werden kann. Durch eine Gegen{\"u}berstellung der chemischen Zusammensetzung der Ausgangszemente und des Phasenbestandes nach der Temperung konnte nachgewiesen werden, dass bei reinen Zementsteinen grunds{\"a}tzlich alle Bestandteile an der Reaktion, die w{\"a}hrend der thermischen Behandlung bei 1100 °C stattfindet, beteiligt sind. Der sich einstellende Phasen bestand ist nur von der chemischen Zusammensetzung der Probe und dabei besonders von derem CaO-Gehalt abh{\"a}ngig. Empirisch wurde eine Priorit{\"a}tenfolge f{\"u}r die Phasenbildung ermittelt. Daraus geht hervor, dass bevorzugt CaO-reiche Phasen, wie Aluminatferritphase, Belit und Ye'elimit entstehen und dass {\"u}bersch{\"u}ssiger Kalk als freies CaO vorliegt. Nur wenn der CaO-Gehalt der Probe nicht f{\"u}r die vollst{\"a}ndige Bildung der - in der Summe - kalkreichsten Phasen ausreicht, entstehen partiell oder vollst{\"a}ndig kalk{\"a}rmere Phasen, wie Merwinit und Melilith. Basierend auf den Priorit{\"a}ten zur Phasenbildung wurde ein Satz von Berechnungsgleichungen aufgestellt, mit denen der CaO-Typ aus der Phasenzusammensetzung der bei 1100 °C getemperten Probe bestimmt werden kann. CaO-Typen repr{\"a}sentieren Bereiche f{\"u}r die chemische Zusammensetzung der Ausgangsprobe, welche bei der Temperaturbehandlung zu einer charakteristischen qualitativen Phasenzusammensetzung f{\"u}hren. Die CaO-Typen der markt{\"u}blichen Zementarten wurden anhand der in der Norm EN 197 festgelegten Bereiche f{\"u}r die Zusammensetzung der Zemente aus ihren Hauptbestandteilen sowie der aus der Fachliteratur ermittelten Bereiche f{\"u}r die chemische Zusammensetzung dieser Hauptbestandteile ermittelt. Damit kann f{\"u}r die Zementarten der Phasenbestand vorhergesagt werden, welcher sich w{\"a}hrend der Temperaturbehandlung des entsprechenden Zementsteins einstellt. Ein Vergleich mit dem gemessenen Phasenbestand erlaubt so die Identifizierung der Zementart. Die {\"U}bertragbarkeit der durch die Untersuchungen an den Zementsteinen gewonnenen Erkenntnisse und die daraus abgeleiteten Identifizierungsm{\"o}glichkeiten auf Zementsteine, welche aus quarzsandhaltigen Normm{\"o}rteln angereichert wurden, konnte nachgewiesen werden. Dabei wurde eine leichte Verschiebung des Phasenbestandes hin zu kalk{\"a}rmeren Phasen beobachtet, welche auf die Reaktionsbeteiligung eines Teils der in den Proben enthaltenen Restgesteinsk{\"o}rnung zur{\"u}ckzuf{\"u}hren ist. Die Unterscheidungsm{\"o}glichkeiten zwischen den Zementarten blieben jedoch {\"u}berwiegend erhalten. Bei Betonen nimmt der Einfluss der Gesteinsk{\"o}rnung auf den Phasenbestand deutlich zu und kann zum Teil nicht mehr vernachl{\"a}ssigt werden. Die Identifizierungsm{\"o}glichkeiten m{\"u}ssen deshalb nach der chemischen Zusammensetzung und der Reaktivit{\"a}t der Gesteinsk{\"o}rnung differenziert ermittelt werden. Dazu sind weitere Untersuchungen notwendig. F{\"u}r Zementsteine, zementsteinreiche Systeme sowie M{\"o}rtel und Betone mit wenig reaktiven Gesteinsk{\"o}rnungen kann die Zementart bereits mit der in dieser Arbeit vorgestellten Methode identifiziert werden. In F{\"a}llen, f{\"u}r die sich die Bereiche der chemischen Zusammensetzung mehrerer Zementarten {\"u}berschneiden, kann es dabei notwendig sein, zus{\"a}tzliche chemische bzw. mineralogische Untersuchungen durchzuf{\"u}hren, z. B. am unbehandelten Zementstein.},
  subject      = {Baustoff},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Ehrhardt,
  author    = {Ehrhardt, Dirk},
  title     = {ZUM EINFLUSS DER NACHBEHANDLUNG AUF DIE GEF{\"U}GEAUSBILDUNG UND DEN FROST-TAUMITTELWIDERSTAND DER BETONRANDZONE},
  doi       = {10.25643/bauhaus-universitaet.3688},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:wim2-20171120-36889},
  school      = {Bauhaus-Universit{\"a}t Weimar},
  pages     = {235},
  abstract  = {Die Festigkeitsentwicklung des Zementbetons basiert auf der chemischen Reaktion des Zementes mit dem Anmachwasser. Durch Nachbehandlungsmaßnahmen muss daf{\"u}r gesorgt werden, dass dem Zement gen{\"u}gend Wasser f{\"u}r seine Reaktion zur Verf{\"u}gung steht, da sonst ein Beton mit minderer Qualit{\"a}t entsteht. Die vorliegende Arbeit behandelt die grunds{\"a}tzlichen Fragen der Betonnachbehandlung bei Anwendung von Straßenbetonen. Im Speziellen wird die Frage des erforderlichen Nachbehandlungsbedarfs von h{\"u}ttensandhaltigen Kompositzementen betrachtet. Die Wirkung der Nachbehandlung wird anhand des erreichten Frost-Tausalz-Widerstandes und der Gef{\"u}geausbildung in der unmittelbaren Betonrandzone bewertet. Der Fokus der Untersuchungen lag auf abgezogenen Betonoberfl{\"a}chen. Es wurde ein Modell zur Austrocknung des jungen Betons erarbeitet. Es konnte gezeigt werden, dass in einer fr{\"u}hen Austrocknung (Kapillarphase) keine kritische Austrocknung der Betonrandzone einsetzt, sondern der Beton ann{\"a}hrend gleichm{\"a}ßig {\"u}ber die H{\"o}he austrocknet. Es wurde ein Nomogramm entwickelt, mit dem die Dauer der Kapillarphase in Abh{\"a}ngigkeit der Witterung f{\"u}r Straßenbetone abgesch{\"a}tzt werden kann. Eine kritische Austrocknung der wichtigen Randzone setzt nach Ende der Kapillarphase ein. F{\"u}r Betone unter Verwendung von Zementen mit langsamer Festigkeitsentwicklung ist die Austrocknung der Randzone nach Ende der Kapillarphase besonders ausgepr{\"a}gt. Im Ergebnis zeigen diese Betone dann einen geringen Frost-Tausalz-Widerstand. Mit Zementen, die eine 2d-Zementdruckfestigkeit ≥ 23,0 N/mm² aufweisen, wurde unabh{\"a}ngig von der Zementart (CEM I oder CEM II/B-S) auch dann ein hoher Frost-Tausalz-Widerstand erreicht, wenn keine oder eine schlechtere Nachbehandlung angewendet wurde. F{\"u}r die Praxis ergibt sich damit eine einfache M{\"o}glichkeit der Vorauswahl von geeigneten Zementen f{\"u}r den Verkehrsfl{\"a}chenbau. Betone, die unter Verwendung von Zementen mit langsamere Festigkeitsentwicklung hergestellt werden, erreichen einen hohen Frost-Tausalz-Widerstand nur mit einer geeigneten Nachbehandlung. Die Anwendung von fl{\"u}ssigen Nachbehandlungsmitteln (NBM gem{\"a}ß TL NBM-StB) erreicht eine {\"a}hnliche Wirksamkeit wie eine 5 t{\"a}gige Feuchtnachbehandlung. Voraussetzung f{\"u}r die Wirksamkeit der NBM ist, dass sie auf eine Betonoberfl{\"a}che ohne sichtbaren Feuchtigkeitsfilm (feuchter Glanz) aufgespr{\"u}ht werden. Besonders wichtig ist die Beachtung des richtigen Auftragszeitpunktes bei k{\"u}hler Witterung, da hier aufgrund der verlangsamten Zementreaktion der Beton l{\"a}nger Anmachwasser abst{\"o}ßt. Ein zu fr{\"u}her Auftrag des Nachbehandlungsmittels f{\"u}hrt zu einer Verschlechterung der Qualit{\"a}t der Betonrandzone. Durch Bereitstellung hydratationsabh{\"a}ngiger Transportkenngr{\"o}ßen (Feuchtetransport im Beton) konnten numerische Berechnungen zum Zusammenspiel zwischen der Austrocknung, der Nachbehandlung und der Gef{\"u}geentwicklung durchgef{\"u}hrt werden. Mit dem erstellten Berechnungsmodell wurden Parameterstudien durchgef{\"u}hrt. Die Berechnungen best{\"a}tigen die wesentlichen Erkenntnisse der Laboruntersuchungen. Dar{\"u}ber hinaus l{\"a}sst sich mit dem Berechnungsmodell zeigen, dass gerade bei langsam reagierenden Zementen und k{\"u}hler Witterung ohne eine Nachbehandlung eine sehr d{\"u}nne Randzone (ca. 500 µm - 1000 µm) mit stark erh{\"o}hter Kapillarporosit{\"a}t entsteht.},
  subject      = {Beton},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Link,
  author    = {Link, Tim},
  title     = {Entwicklung und Untersuchung von alternativen Dicalciumsilicat-Bindern auf der Basis von alpha-C2SH},
  doi       = {10.25643/bauhaus-universitaet.3722},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:wim2-20180205-37228},
  school      = {Bauhaus-Universit{\"a}t Weimar},
  pages     = {292},
  abstract  = {Um den Klimawandel zu begrenzen, m{\"u}ssen die CO2-Emissionen drastisch gesenkt werden [100]. Bis 2050 soll bei der Herstellung von Zement eine Einsparung um 51-60 \% auf 0,425-0,350 tCO2/tZement erfolgen [7]. Um dieses Ziel zu erreichen, sind alternative Bindemittelkonzepte notwendig [70]. Diese Arbeit widmet sich alternativen, hochreaktiven Dicalciumsilicat-Bindemitteln, die durch die thermische Aktivierung von α-Dicalcium-Silicat-Hydrat (α-C2SH) erzeugt werden. Das α-C2SH ist eine kristalline C S H-Phase, die im hydrothermalen Prozess, beispielsweise aus Branntkalk und Quarz, herstellbar ist. Die thermische Aktivierung kann bei sehr niedrigen Temperaturen erfolgen (>420 °C) und f{\"u}hrt zu einem Multiphasen-C2S-Binder. Als besonders reaktive Bestandteile k{\"o}nnen x-C2S und r{\"o}ntgenamorphe Anteile enthalten sein. Weiterhin k{\"o}nnen β C2S, γ C2S und Dellait (Ca6(SiO4)(Si2O7)(OH)2) entstehen. Im Rahmen der Arbeit wird zun{\"a}chst der Stand des Wissens zur Polymorphie und Hydratation von C2S zusammengefasst. Es werden bekannte C2S-basierte Bindemittelkonzepte vorgestellt und bewertet. Die Herstellung von C2S-Bindern wird experimentell im Labormaßstab untersucht. Dabei kommen unterschiedliche Autoklaven und ein Muffelofen zum Einsatz. Die Herstellungsparameter werden hinsichtlich Phasenbestand und Reaktivit{\"a}t optimiert. Die Bindemittel werden durch quantitative R{\"o}ntgen-Phasenanalyse (QXRD), Rasterelektronenmikroskopie (REM), N2-Adsorption (BET-Methode), Heliumpycnometer, Thermoanalyse (TGA/DSC) und 29Si-MAS- sowie 29Si-1H-CP/MAS-NMR-Spektroskopie charakterisiert. Das Hydratationsverhalten der Bindemittel wird vorrangig mithilfe von W{\"a}rmeflusskalorimetrie untersucht. Weiterhin werden in situ und ex situ XRD-, TGA/DSC- und REM-Untersuchungen durchgef{\"u}hrt. Anhand von zwei Bindemitteln wird die F{\"a}higkeit zur Erzielung hoher Festigkeiten demonstriert. Abschließend erfolgt eine Absch{\"a}tzung zu Energiebedarf und CO2-Emissionen f{\"u}r die Herstellung der untersuchten C2S-Binder. Die Ergebnisse zeigen, dass f{\"u}r eine hohe Reaktivit{\"a}t der Binder eine niedrige Brenntemperatur und ein geringer Wasserdampfpartialdruck w{\"a}hrend der thermischen Aktivierung entscheidend sind. Weiterhin muss das hydrothermal hergestellte α-C2SH eine m{\"o}glichst hohe spezifische Oberfl{\"a}che aufweisen. Diese Parameter beeinflussen den Phasenbestand und die phasenspezifische Reaktivit{\"a}t. Brenntemperaturen von ca. 420-500 °C f{\"u}hren zu hochreaktiven Bindern, die im Rahmen dieser Arbeit als Niedertemperatur-C2S-Binder bezeichnet werden. Temperaturen von ca. 600-800 °C f{\"u}hren zu Bindern mit geringerer Reaktivit{\"a}t, die im Rahmen dieser Arbeit als Hochtemperatur-C2S bezeichnet werden. H{\"o}here Brenntemperaturen (1000 °C) f{\"u}hren zu Bindemitteln, die innerhalb der ersten drei Tage keine hydraulische Aktivit{\"a}t zeigen. Die untersuchten Bindemittel k{\"o}nnen sehr hohe Reaktionsgeschwindigkeiten erreichen. Die W{\"a}rmeflusskalorimetrie deutet bei einigen Bindemitteln einen nahezu vollst{\"a}ndigen Umsatz innerhalb von drei Tagen an. Durch XRD wurde f{\"u}r einen Binder der vollst{\"a}ndige Verbrauch von x-C2S innerhalb von drei Tagen nachgewiesen. F{\"u}r einen mittels in-situ-XRD und W{\"a}rmeflusskalorimetrie untersuchten Binder wurde gezeigt, dass die Phasen vorrangig in der Reihenfolge r{\"o}ntgenamorph > x-C2S > β-C2S > γ-C2S hydratisieren. Hydratationsprodukte sind nadelige C S H-Phasen und Portlandit. Die Herstellung durch thermische Aktivierung von α-C2SH f{\"u}hrt zu tafeligen Bindemittelpartikeln, die teilweise Zwickelr{\"a}ume und Poren zwischen den einzelnen Partikeln einschließen. Um eine verarbeitbare Bindemittelpaste zu erzeugen, sind daher sehr hohe Wasser/Bindemittel-Werte (z. B. 1,4) erforderlich. Der Wasseranspruch kann durch Mahlung etwa auf das Niveau von Zement gesenkt werden. Die Druckfestigkeitsentwicklung wurde an zwei Niedertemperatur-C2S-Kompositbindern mit 40 \% Kalksteinmehl bzw. 40 \% H{\"u}ttensand untersucht. Aufgrund von theoretischen Betrachtungen zur Porosit{\"a}t in Abh{\"a}ngigkeit des w/b-Wertes wurde dieser auf 0,3 festgelegt. Durch Zugabe von PCE-Fließmittel wurde ein verarbeitbarer M{\"o}rtel erhalten. Die Festigkeitsentwicklung ist sehr schnell. Der Kalksteinmehl-Binder erreichte nach zwei Tagen 46 N/mm². Bis Tag 28 trat keine weitere Festigkeitssteigerung ein. Der H{\"u}ttensand-Binder erreichte nach zwei Tagen 62 N/mm². Durch die H{\"u}ttensandreaktion stieg die Festigkeit bis auf 85 N/mm² nach 28 Tagen an. F{\"u}r den Herstellungsprozess von Niedertemperatur-C2S-Binder wurden Energieverbr{\"a}uche und CO2-Emissionen abgesch{\"a}tzt. Es deutet sich an, dass, bezogen auf die Bindemittelmenge, keine wesentlichen Einsparungen im Vergleich zur Portlandzementherstellung m{\"o}glich sind. F{\"u}r die tats{\"a}chlichen Emissionen muss jedoch zus{\"a}tzlich die Leistungsf{\"a}higkeit der Bindemittel ber{\"u}cksichtigt werden. Die Leistungsf{\"a}higkeit kann als erforderliche Bindemittelmenge betrachtet werden, die je m³ Beton eingesetzt werden muss, um bestimmte Festigkeits-, Dauerhaftigkeits- und Verarbeitungseigenschaften zu erreichen. Aus verschiedenen Ver{\"o}ffentlichungen [94, 201, 206] wurde die These abgeleitet, dass die Leistungsf{\"a}higkeit eines Bindemittels maßgeblich von der C-S-H-Menge bestimmt wird, die w{\"a}hrend der Hydratation gebildet wird. Daher wird f{\"u}r NT-C2S-Binder eine außergew{\"o}hnlich hohe Leistungsf{\"a}higkeit erwartet. Auf Basis der Leistungsf{\"a}higkeitsthese verringern sich die abgesch{\"a}tzten CO2-Emissionen von NT-C2S-Bindern, sodass gegen{\"u}ber Portlandzement ein m{\"o}gliches Einsparpotenzial von 42 \% ermittelt wurde.},
  subject      = {Belit},
  language  = {de}
}