@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}
}