Baukalke, Gips und Anhydrit

Transkript

1 Institut für Baukalke, Gips und Anhydrit 2005 Prof. Setzer 1

2 Inhaltsangabe Verfestigungsprozesse Hydrolyse und Hydratation hydratische Verfestigung hydraulische Verfestigung carbonatische Verfestigung Gips Vorkommen Brennen Hydratstufen Erhärtung Kalk Vorkommen Kristallmodelle Brennen Entsäuerung Löschen Kalkarten Erhärtung von Luftkalken und hydraulischen Kalken Institut für 2005 Prof. Setzer 2

3 Inhaltsangabe Institut für Zement Zementarten Dreistoffsystem Klinkerphasen Verhalten der Klinkermineralien Hydratisierungsverlauf Verfestigung Gefügeentwicklung Hydratisierung von C 3 S und C 2 S Hydratisierung von C 3 A Erstarrungsregelung Hydratisierung von C 4 AF Sulfattreiben Carbonatisierung Friedelsches Salz 2005 Prof. Setzer 3

4 Verfestigungsprozesse Institut für Unter Verfestigung wird im Bauwesen in der Regel a. der Übergang eines fluiden Mediums in ein festes Medium oder b. der Übergang eines weniger festen Mediums in ein Medium höherer Festigkeit verstanden. Die ablaufenden Verfestigungsprozesse können in mehrere Teilprozesse untergliedert werden. Unterscheidungskriterien sind die chemischen Umsetzungen bei der Verfestigung. Entscheidend sind die auftretenden Hydrolyseund Hydratationsreaktionen Prof. Setzer 4

5 Hydrolyse Institut für Unter Hydrolyse versteht man eine chemische Reaktion, bei der eine Verbindung durch Einwirkung von Wasser gespalten wird. Allgemein: AB + H-OH AH + B-OH Infolge der Hydrolyse kommt es zu einer Verschiebung des ph-wertes. Ca 2 SiO H 2 O 2 Ca 2+ + SiO H 2 O 2 Ca 2+ + H 4 SiO OH - Hier entsteht Kieselsäure, die fast undissoziiert vorliegt. Es kommt zu einem Überschuss an Hydroxidionen, was den ph- Wert >> 7 werden lässt Prof. Setzer 5

6 Hydratation Institut für Unter Hydratation versteht man allgemein die Anlagerung von Wasser an eine chemische Verbindung unter Bildung eines Hydrates. CaSO 4 ½H 2 O+1,5 H 2 O CaSO 4 2H 2 O Das Wasser kann reversibel aufgenommen werden. Bei der Zementhydratation wird der Begriff weiter gefasst. Bei der Zementhydratation kommt es bei der Reaktion zu einem Verbrauch von Wasser. Unabhängig davon in welcher Form das Wasser reagiert, spricht man dennoch von einer Hydratation Prof. Setzer 6

7 Unterschiedliche Arten der Verfestigung Institut für Es werden drei generell unterschiedliche Arten der Verfestigung bei mineralischen Bindemitteln unterschieden: hydratische Verfestigung hydraulische Verfestigung carbonatische Verfestigung 2005 Prof. Setzer 7

8 Hydratische Verfestigung Institut für Unter hydratischer Verfestigung versteht man die Reaktion eines Bindemittels mit Wasser, die unter Wasserverbrauch zu einem festen Endprodukt führt. Bei einem großen Wasserüberschuss und unter Wasser findet keine Verfestigung statt. Gipsverfestigung: CaSO 4 ½H 2 O+1,5 H 2 O CaSO 4 2H 2 O 2005 Prof. Setzer 8

9 Hydraulische Verfestigung Institut für Zu Beginn der Reaktion findet eine Hydrolyse statt, falls die Ausgangsstoffe aus stärker basischen Kationen und schwächer sauren Anionen bestehen. Die Ausgangsstoffe werden aufgespalten und H 2 O wird fest eingebunden. Das Wasser wird nicht einfach angelagert sondern chemisch gebunden. Neben der chemischen Bindung werden auch noch H 2 O-Anteile physikalisch gebunden. Die hydraulische Erhärtung kann auch unter Wasser stattfinden und die gebildeten Produkte sind weitestgehend wasserfest. Hydratation von C 3 S: 2(3CaO SiO 2 )+ 7H 2 O 3CaO 2SiO 2 4H 2 O + 3Ca(OH) Prof. Setzer 9

10 Carbonatische Verfestigung Institut für Bei der carbonatischen Verfestigung wird atmosphärisches CO 2 aufgenommen und chemisch gebunden. Verfestigung von Kalkmörtel: Ca(OH) 2 + CO 2 + H 2 O CaCO 3 + 2H 2 O 2005 Prof. Setzer 10

11 Institut für Gips 2005 Prof. Setzer 11

12 Gipsvorkommen Institut für Gips ist schwefelsaures Calcium, das in der Natur als Gipsstein vorkommt. Der Gipsstein wird als Dihydrat bezeichnet und hat die Form CaSO 4 *2H 2 O. Neben den reinen Naturvorkommen fällt das Dihydrat unter anderem auch noch als Nebenprodukt in der Rauchgasentschwefelung an. SO 2 + H 2 O + ½O 2 H 2 SO 4 H 2 SO 4 + Ca(OH) 2 CaSO 4 *2H 2 O 2005 Prof. Setzer 12

13 Gipsbrennen Institut für Beim Brennen des Rohgipses wird nur Kristallwasser ausgetrieben. Das Calciumsulfat wird nicht umgewandelt. Je nach Brenndauer und Brenntemperatur bilden sich unterschiedliche Modifikationen aus. CaSO 2HO CaSO 1 2HO+ 1,5HO C > 180 C CaSO H O CaSO H O Halbhydrat Anhydrit 2005 Prof. Setzer 13

14 Chemische Formel CaSO 4 *2H 2 O Hydratstufen des Calciumsulfats Hydratstufe Bezeichnung For m techn. Entstehungstemperatur in C Calsiumsulfatdihydrat CaSO 4 *1/2*H 2 O Calciumsulfathalbhydrat α 110 β 125 CaSO 4 α 110 Anhydrit III β 290 CaSO 4 Anhydrit II CaSO 4 Anhydrit I 1200 Institut für Bemerkungen Ausgangsstoff nasses Brennen, hohe Festigkeit trockenes Brennen, niedrige Festigkeit 2005 Prof. Setzer 14

15 Gipserhärtung Institut für Gips ist ein nur an der Luft erhärtendes Bindemittel. Man spricht von einer hydratischen Verfestigung. Bei der Hydratation des Wasser-Gips-Gemisches finden keine chemischen Umwandlungen statt. Abbinden und Erhärten des Gipses ist ein Kristallisationsvorgang. 2(CaSO 4 *½H 2 O)+3H 2 O CaSO 4 2H 2 O 2(CaSO 4 *2H 2 O) + 38,6kJ/Formelumsatz 2(CaSO 4 *2H 2 O) + 30,23kJ/mol 2005 Prof. Setzer 15

16 Kristallwasser Institut für Das zuvor ausgetriebene Kristallwasser wird wieder eingebaut. Dabei wird exakt soviel Wasser aufgenommen wie zur Bildung von CaSO 4 *2H 2 O erforderlich ist. Die Menge des erforderlichen Wasser hängt von der Restkristallwassermenge der Hydratphase ab Prof. Setzer 16

17 Beispiel Stuckgips Institut für Dihydrat Brennen Halbhydrat CaO SO 3 H 2 O CaSO 4 2H 2 O CaO SO 3 H 2 O 1½H 2 O beim Brennen ausgefallen Gipsbrei Anmachen CaSO 4 CaO SO 3 ½H 2 O Abbinden Dihydrat (abgebundener Gips) CaSO 4 CaO SO 3 H 2 O CaSO 4 2H 2 O n*h 2 O überschüssiges H 2 O verdunstet 2005 Prof. Setzer 17

18 Anregung von Anhydrit A II Institut für Es werden drei Arten der Anregung unterschieden: Sulfatische Anregung Alkalisulfate FeSO 4, ZnSO 4,CuSO 4 Basische Anregung Alkalihydroxide Ca(OH) 2, Portlandzement Saure Anregung H 2 SO 4, KHSO 4, NaHSO Prof. Setzer 18

19 Institut für Kalk 2005 Prof. Setzer 19

20 Kalkvorkommen Institut für Calciumcarbonat tritt in drei Modifikationen auf, dem Calcit, Vaterit und Aragonit. Alle drei Modifikationen weisen dasselbe Molekulargewicht und bestehen zu 56,03% aus CaO und 43,97% aus CO 2. Der Unterschied der Modifikationen liegt in ihrem zugrunde liegenden Kristallaufbau. Von den drei genannten Modifikationen ist lediglich Calcit unter normalen Bedingungen stabil. Vaterit und Aragonit sind metastabil Prof. Setzer 20

21 Kristallmodelle Institut für 2005 Prof. Setzer 21

22 Universität D U I S B URG ESSE N Kristallaufnahmen - Calcit 2005 Institut für Prof. Setzer 22

23 Kristallaufnahmen - Aragonit Institut für 2005 Prof. Setzer 23

24 Kalkbrennen Institut für Carbonate werden bei hohem Temperaturen in CaO und CO 2 zersetzt. Der Brennprozess wird auch als Calcinierung oder Entsäuerung (Dissoziation) bezeichnet. Die Dissoziationstemperatur und das Brennverhalten sind abhängig von: Kalksteinart Verunreinigungen im Kalkstein Gitterzustands des Calcits Korngröße CO 2 -Patialdruck im Brennaggregat 2005 Prof. Setzer 24

25 Schematische Darstellung des Entsäuerungsprozesse Institut für Kalkstein bei Raumtemperatur Ausdehnung vor der Entsäuerung Beginn der oberflächlichen Entsäuerung Zersetzung ist abgeschlossen; die CaO-Kristallite wachsen die CaO-Kristallite wachsen weiter und sintern zusammen, Poren- und Probenvolumen nehmen ab 2005 Prof. Setzer 25

26 Prozessparameter des Kalkbrennens Institut für Steigende Brenntemperaturen beschleunigen den Brennprozess. Zu hohe Brenntemperaturen wirken sich nachteilig auf das Endprodukt aus. Größe der CaO-Kristalle nimmt zu Packungsdichte der Kristalle nimmt zu Porosität verringert sich innere Oberfläche nimmt ab Löschreaktion mit Wasser erfolgt infolge dessen deutlich langsamer und träger Prof. Setzer 26

27 Kalklöschen Institut für Die Umwandlung von Branntkalk CaO in Löschkalk Ca(OH) 2 erfolgt in vier Phasen: 1. Wasseraufnahme (Adsorption von H 2 O-Molekülen) 2. Bildung metastabiler Oxidhydrate in der Zusammensetzung CaO*2H 2 O und CaO*H 2 O 3. Bildung von Calciumhydroxid (Portlandit) CaO*2H 2 O Ca(OH) 2 + H 2 O 4. Nachflockung und Agglomeration 2005 Prof. Setzer 27

28 Geschwindigkeit des Löschvorgangs Institut für Der Löschvorgang erfolgt umso schneller und vollständiger: je reiner der Branntkalk ist, je frischer der Branntkalk ist, je weicher er gebrannt wurde, je reiner das Löschwasser ist, je höher der Druck ist unter dem gelöscht wird Prof. Setzer 28

29 Trockenlöschen - Nasslöschen Institut für Erfolgt das Löschen mit Wasserüberschuss, entsteht ein Kalkbrei und man spricht von Nasslöschen. (i.d.r. auf der Baustelle) Wird nur das stöchimetrisch erforderliche Wassermenge inklusive der verdampfende Wassermenge verwendet, entsteht Kalkpulver und man spricht von Trockenlöschen Prof. Setzer 29

30 Kalkarten Institut für Bei Naturvorkommen kein reiner Kalkstein - wird unterschieden in: Luftkalke Wasserkalke hydraulische Kalke Unterscheidungskriterium ist der zunehmende Gehalt an Hydraulefaktoren. Kalkart Anteile der Hydraulefaktoren (SiO 2 +Al 2 O 3,Fe 2 O 3 ) in % Erforderliche Lufterhärtung in Tagen Druckfestigkeit in N/mm² Wasserkalk hydraulischer Kalk hochhydraulischer Kalk Prof. Setzer 30

31 Dreistoffdiagramm Institut für 2005 Prof. Setzer 31

32 Erhärtungsprozess von Luftkalk Institut für Bei der Erhärtung von Kalkmörteln kommt es zu einer Bindung von Kohlendioxid aus der Umgebungsluft. Diese Erhärtungsart wird als Carbonaterhärtung bezeichnet, da als Endprodukt Calciumcarbonat entsteht. Man spricht auch von einer carbonatischen Verfestigung Prof. Setzer 32

33 Reaktionsgleichung Institut für Die Reaktionsgleichung kann vereinfacht so beschrieben werden: Ca(OH) 2 + CO 2 CaCO 3 + H 2 O + 112,9kJ/mol Berücksichtigt man die für die Reaktion erforderliche Feuchtigkeit, muss man die Reaktion genauer formulieren: Die Festigkeitsentwicklung erfolgt nicht durch den Verlust von Restfeuchtigkeit, sondern durch eine chemische Reaktion bei der Wasser freigesetzt wird Prof. Setzer 33

34 Reaktionsgeschwindigkeit Institut für In der Umgebungsluft sind lediglich 0,035 Vol.-% an CO 2 enthalten. Infolge dessen verläuft die Carbonaterhärtung nur relativ langsam. Eine Erhöhung der CO 2 -Konzentration erhöht die Reaktionsgeschwindigkeit. Um die CO 2 -Konzentration zu erhöhen können Propangasbrenner eingesetzt werden (früher auch offene Koksöfen) Prof. Setzer 34

35 Nebenprodukte Institut für Als Nebenprodukt bei der Carbonaterhärtung fällt Wasser an. Diese Wassermenge wird als Baufeuchtigkeit bezeichnet und muss über eine gute Lüftung abgeführt werden. Wird die Abtrocknungszeit zu gering gewählt, kann es im weiteren Baufortschritt bei nachfolgenden Gewerken zu Schäden kommen Prof. Setzer 35

36 Erhärtungsprozess von hydraulischem Kalk Institut für Hydraulische Kalke bestehen vorwiegend aus Calciumsilikaten, Calciumaluminaten, Calciumhydroxid und tonhaltigem Kalkstein. Diese Kalke erstarren und erhärten unter Wasser. Die Hydratationsprodukte sind wasserfest. Anders als bei den Luftkalken trägt das atmosphärische Kohlendioxid zwar zum Erhärtungsprozess bei, ist aber nicht alleiniger Motivator der Erstarrung Prof. Setzer 36

37 Institut für Zement 2005 Prof. Setzer 37

38 Zement Institut für Zement besteht aus Verbindungen von Calciumoxid mit Siliciumdioxid, Aluminiumdioxid und Eisenoxid. Die wichtigsten Rohstoffe sind natürliche Mineralien: Kalkstein, Kreide Ton, Feldspat Quarzsand Traß 2005 Prof. Setzer 38

39 Zementarten Institut für Es werden drei Hauptarten von Zement unterschieden: Portlandzement CEM I Portlandkompositzement CEM II Hochofenzement CEM III Portlandkompositzement und Hochofenzement werden aus Portlandzement unter Zugabe von Hüttensand, Flugasche, Puzzolanen und weiteren Stoffen hergestellt Prof. Setzer 39

40 Nomenklatur der Bestandteile Institut für Bestandteil CaO SiO 2 Al 2 O 3 Fe 2 O 3 MgO Darstellung C S A F M SO 3 CaSO 4 S Cs, CS Mn 2 O Prof. Setzer 40

41 Darstellung der Klinkerphasen Institut für Klinkerphase Formel Kurzbezeichnung Massenanteile im CEM I Klinker in % Tricalciumsilicat (Alit) 3CaO SiO 2 C 3 S 60 Dicalciumsilikat (Belit) 2CaO SiO 2 C 2 S 15 Tricalciumaluminat 3CaO Al 2 O 3 C 3 A 11 Calciumaluminatferrit 4CaO (Al 2 O 3,Fe 2 O 3 ) C 4 (A,F) 8 freier Kalk CaO C 1 freies Periklas MgO M Prof. Setzer 41

42 Dreistoffsystem Portlandzement Institut für 2005 Prof. Setzer 42

43 Zusammensetzung Institut für Bestandteil Portlandzement Hochofenzement CaO SiO Al 2 O Fe 2 O 3 2,5 1,6 MgO 0,1 0,5 SO 3 1,5 3,5 Mn 2 O 3 2,5 2,5 Bei den Hochofenzementen wird zwischen Typ A und B unterschieden. Unterscheidungsmerkmal ist der unterschiedliche Gehalt an Hüttensand. Da es sich um Mittelwerte handelt ist die Summe aller Bestandteile größer 100% Prof. Setzer 43

44 Verfestigung Institut für Bei der Verfestigung des Zements handelt es sich um eine hydraulische Verfestigung. Dabei werden die Ausgangsstoffe aufgespalten und H 2 O wird fest eingebunden. Das Wasser wird nicht einfach angelagert sondern chemisch gebunden. Neben der chemischen Bindung werden auch noch H 2 O-Anteile physikalisch gebunden. Die hydraulische Erhärtung kann auch unter Wasser stattfinden und die gebildeten Produkte sind weitestgehend wasserfest Prof. Setzer 44

45 Hydratation von C 3 S und C 2 S Institut für Die Hydratation von C 3 S und C 2 S kann schematisch wie folgt beschrieben werden: 3CaO SiO 2 + (3-a+b)H 2 O acao SiO 2 bh 2 O + (3-a)Ca(OH) 2 und 2CaO SiO 2 + (2-a+b)H 2 O acao SiO 2 bh 2 O + (2-a)Ca(OH) 2 Bei der Hydratation entstehen Calciumsilikathydrate (CSH- Phasen),mit variabler Zusammensetzung: C 3 S + (x+y)h C x SH y + zch C 2 S + (2-x+y)H C x SH y + (2-x)CH 2005 Prof. Setzer 45

46 Hydratation von C 3 A ohne Sulfatanwesenheit Institut für C 3 A weist die höchste Reaktionsgeschwindigkeit aller Klinkermineralien auf. Ohne Anwesenheit von Sulfat hydratisiert C 3 A sofort zu Calciumaluminathydraten. Die Calciumaluminathydrate überbrückt augenblicklich den wassergefüllten Porenraum und führt zu einer Verfestigung. 2C 3 A + 21H C 4 AH 13 + C 2 AH 8 Infolge der sofortigen Verfestigung ist eine Verarbeitung des Materials nicht möglich Prof. Setzer 46

47 Hydratation des C 4 (A,F) Institut für Die Hydratation von C 4 (A,F) erfolgt unter Beteiligung des zugegebenen Gipses und des bei der Hydratation von C 3 S und C 2 S entstandenen Ca(OH) 2 : + Ca(OH) 2 +3CaSO H 2 O 3Ca (Al 2 O 3,Fe 2 O 3 ) 3CaSO 4 32H 2 O 2CaO (Al 2 O 3, Fe 2 O 3 ) + Ca(OH) 2 + CaSO H 2 O 3Ca (Al 2 O 3,Fe 2 O 3 ) CaSO 4 12H 2 + 2Ca(OH) H 2 O 4CaO (Al 2 O 3,Fe 2 O 3 ) 19H 2 O 2005 Prof. Setzer 47

48 Hydratation von C 3 A unter Sulfatanwesenheit Institut für Die Hydratation von C 3 A erfolgt unter Beteiligung des zugegebenen Gipses und des bei der Hydratation von C 3 S und C 2 S entstandenen Ca(OH) 2 : + 3CaSO H 2 O 3Ca Al 2 O 3 3CaSO 4 32H 2 O 3CaO Al 2 O 3 + CaSO H 2 O 3Ca Al 2 O 3 CaSO 4 12H 2 O + Ca(OH) H 2 O 4CaO Al 2 O 3 19H 2 O 2005 Prof. Setzer 48

49 Klinkerphasen Institut für Beim Brennen der eingesetzten Oxide entstehen die so genannten Klinkerphasen. Geringfügige Verschiebungen innerhalb der Menge der Ausgangsstoffe haben signifikante Auswirkungen auf die Zusammensetzung der Klinkerphasen. Zur vereinfachenden Darstellung der Klinkerphasen hat man sich auf Abkürzungen verständigt Prof. Setzer 49

50 Verhalten der Klinkermineralien Institut für Festigkeit Klinkerphase Hydratationsprodukt Beginn Ende Erhärten Hydratations wärme C 3 S CSH-Phase, abspalten von Ca(OH) 2 schnell und hoch hoch schnell 500 J/g C 2 S CSH-Phase, abspalten von Ca(OH) 3 niedrig hoch langsam 250 J/g C 3 A CaSO 4, Trisulfat und Monosulfat niedrig niedrig schnell 1330 J/g C 4 (A,F) C 4 (A,F)H 13 niedrig niedrig langsam 420 J/g 2005 Prof. Setzer 50

51 Hydratationsverlauf Institut für 2005 Prof. Setzer 51

52 Einfluss des w/z-wertes Institut für Bei vollständiger Hydratation der Ausgangsprodukte werden 25 M-% des Wassers chemisch und 15 M-% physikalisch gebunden Prof. Setzer 52

53 Gefügeentwicklung Institut für Die Gefügeentwicklung kann in drei Stufen gegliedert werden. Anmachphase Es liegt eine Suspension von Zement und Wasser ohne Festigkeit vor. Die Oberfläche der Zementkörner ist mit einer dünnen Hydratschicht belegt. Erstarrungsphase Lange Kristallfasern breiten sich von der Oberfläche der Zementkörner aus und überbrücken die Zwischenräume. Je länger diese Phase anhält umso höher wird die Endfestigkeit. Erhärtungsphase Noch bestehende Hohlräume werden mit kurzen Kristallfasern ausgefüllt Prof. Setzer 53

54 Klassische Theorien der Zementerhärtung Institut für Kristalltheorie Kolloidtheorie 1. Periode In Lösung gehen der Klinkerbestandteile, Hydrolyse + Hydratation, Übersättigte Lösung Bildung kolloidaler Grundmasse aus Ca-Si-Hydrat, Ca- Al- und Ca-Fe-Hydrat, Gel 2.Periode Ausscheidung sich verfilzender, nadelförmiger Kristalle aus übersättigter Lösung Schrumpfung des Hydrogels 2005 Prof. Setzer 54

55 Erstarrungsregelung Institut für Dem Zement wird Gips zur Erstarrungsregelung beigemischt. In den ersten Minuten der Anmachphase bildet sich auf den Oberflächen der C 3 A-Kristallen ein Überzug aus Trisulfat. Die erhebliche Volumenzunahme wird ohne Schaden aufgenommen, da der Zementleim noch beweglich ist. Die Reaktion des C 3 A wird so verlangsamt, da der Wasserzutritt deutlich gebremst wird. Das Trisulfat bildet erst nach mehreren Stunden langprismatische, stäbchenförmige Trisulftakristalle, die eine Verzahnung und damit eine erste Verfestigung hervorrufen Prof. Setzer 55

56 Hydratationsverlauf Institut für 2005 Prof. Setzer 56

57 Institut für Die Reaktionsgleichungen geben den Hydratationsverlauf nur angenähert wieder. Die reale Zusammensetzung der Hydratationsprodukte weicht von den stöchiometrischen Formeln mehr oder weniger stark ab. C 3 A und C 2 (A,F) hydratisieren nicht unabhängig voneinander. Die vom C 2 (A,F) gebildeten Fe 3+ -Ionen werden sowohl vom Ca 4 AH 19 als auch vom Ettringit (Trisulfat) und vom Monosulfat aufgenommen. Häufig werden diese Hydrate deswegen zusammengefasst und es wird nur noch zwischen AFt- (Trisulfat) bzw. AFm-Phasen (Monosulfat) unterschieden Prof. Setzer 57

58 Reaktion eines Zementkorns Institut für 2005 Prof. Setzer 58

59 Größenordnung Institut für SEM Mikroskop Auge Mikrogelporen Hydrate Zement 1 nm 30 nm 1 µm 30 µm 1 mm SandZuschlag Zuschlag Mesogelporen Mikrokapillarporen Mesokapillarporen Makrokapillarporen Haufwerksporen 1 cm charakteristische Länge Gefüge Poren 2005 Prof. Setzer 59

60 Sulfattreiben Institut für Wirken auf erhärteten Beton oder Mörtel sehr sulfathaltige Lösungen ein, so kommt es in Gegenwart von Calciumaluminat bzw. Calciumaluminathydraten zur Bildung von Trisulfat (Sekundär-Ettringit): 3CaO Al 2 O 3 +3(CaSO 4 2H 2 O)+26H 2 O 3CaO Al 2 O 3 CaSO 4 32H 2 O Der Übergang von C 3 A zu Trisulfat ist mit einer Zunahme des Molvolumens um den Faktor 7-8 verbunden. Dies führt zu einer erheblichen Sprengwirkung Prof. Setzer 60

61 Carbonatisierung Institut für Das bei der Hydratation gebildete Ca(OH) 2 reagiert mit dem atmosphärischen CO 2 als Base in einer Neutralisationsreaktion zu Calcit. Ca(OH) 2 + CO 2 + H 2 O CaCO 3 + 2H 2 O Diese Neutralisationsreaktion wird als Carbonatisierung bezeichnet Prof. Setzer 61

62 Carbonatisierungsgeschwindigkeit Institut für Die Carbonatisierung verläuft wesentlich langsamer als die Hydratisierung. Die Eindringtiefe der Carbonatisierungsfront schreitet mit einem Wurzel-Zeit-Gesetz voran: y = c t mit y = Carbonatisierungstiefe c = Carbonatisierungskoeffizient t = Zeit in Jahren 2005 Prof. Setzer 62

63 Einflussparameter auf die Carbonatisierung Institut für Die Carbonatisierungsgeschwindigkeit hängt von folgenden Faktoren ab: Betonzusammensetzung Qualität der Nachbehandlung Zusammensetzung des Zements Temperatur Luftfeuchtigkeit Unter Wasser kann keine Carbonatisierung stattfinden, da der CO 2 -Zutritt verhindert wird Prof. Setzer 63

64 Monosulfat Einwirkung von CO 2 auf Monosulfat CO 2 Aluminiumhydroxid + Gips + Institut für Calcit Porenlösung Ettringit Monosulfat 2005 Prof. Setzer 64

65 Friedelsches Salz Monosulfat Friedelsches Salz Cl, NaCl Institut für Monosulfat Porenlösung Ettringit Wirkt Chlorid oder NaCl in hohen Konzentrationen auf den hydratisierten Zementstein ein, so kann mit CaCl 2 (Friedelsches Salz), ein Calcium-Aluminium-Chloridhydrat entstehen. 3Cao Al 2 O 3 CaCl 2 10H 2 O 2005 Prof. Setzer 65