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Miner  - Mineralogie Erlangen

Projektleitung

Prof. Dr. J. Neubauer

 

Stichwörter:

Portlandzement, Alit, hochaufgelöste quantitative Phasenanalyse, Hydratation, in-situ XRD, Atomsonden-Tomographie

Atomsonden-Tomographie der frühen Hydratation von Tricalciumsilikat

Beispielhafte Wärmeflusskurve der Hydratation von Alit.
Beispielhafte Wärmeflusskurve der Hydratation von Alit.

Portlandzementklinker besteht aus mehreren hydraulisch aktiven Zementphasen. Als Modellsubstanz für die Hydratation von Portlandzement wird oft dessen Hauptphase Tricalciumsilikat (C3S) untersucht.

 

Im Projekt soll vor allem die frühe Hydratation von C3S während der ersten 24 Stunden Hydratationszeit untersucht werden. Direkt nach dem Anrühren von C3S mit Wasser kommt es dabei zu einer kurzen Reaktion, an die sich eine ausgeprägte Ruheperiode, auch Induktionsperiode genannt, anschließt. Erst nach der Induktionsperiode folgt die Haupthydratation des C3S (Abb. 1). Die Gründe, die zur Entstehung der Induktionsperiode führen, sind bis heute noch nicht eindeutig geklärt. Eine Hypothese ist, dass während der Induktionsperiode die Auflösungsgeschwindigkeit von C3S herabgesetzt wird. Die andere Hypothese beschreibt, dass sich eine passivierende Hülle aus Hydratationsprodukten um die Partikel des C3S ausbildet.

 

Wichtigstes Ziel der Untersuchungen ist die Klärung, ob sich eine solche Passivierungsschicht auf der Oberfläche des C3S ausbildet. Hierfür wird eine definierte Probenmenge eines hydratisierten C3S Einkristalls mittels Atomsonden-Tomographie untersucht. Daneben wird die Änderung des Phasenbestands während der Hydratation, mit dem Abbau von Tricalciumsilikat und der Entstehung der Hydratphasen Portlandit und C-S-H untersucht. Die Analyse der Porenlösung während der Hydratation ergänzt diese Daten. Zu den verwendeten Methoden gehören in-situ QXRD, CP-MAS NMR, ICP-OES, SEM, Thermoanalyse und isotherme Wärmeflusskalorimetrie.

Aus den gesammelten Daten wird ein mathematisches Modell zur Hydratation von Tricalciumsilikat abgeleitet.