Auswirkungen nachträglich hydratisierender Portlandzement-Partikel in Zementstein und Mörtel bei sehr niedrigen w/z-Werten

Abstract

Das Ziel dieser Arbeit war die Beantwortung der Frage, unter welchen Bedingungen nicht hydratisierter Portlandzementklinker in erhärtetem Portlandzementstein mit nachträglich von außen zugeführtem Wasser reagiert. Es sollte geklärt werden ob diese späte Hydratation eine „treibende Reaktion“ darstellt, welche das Gefüge durch Bildung voluminöser Reaktionsprodukte schädigt und somit die Dauerhaftigkeit und Festigkeit des Bindemittelsteins beeinträchtigt. Es wurde gezeigt, daß Portlandzementsteine, welche mit niedrigem Wasser/Zement-Wert hergestellt waren, und somit einen hohen Anteil an nicht hydratisiertem Klinker aufwiesen, bis zu einer Hydratationsdauer von 360 d und einer relativen Umgebungsfeuchte von mehr als 95 % bzw. unter Wasser kontinuierlich hydratisierten, mit allen bekanntenund gewünschten Konsequenzen, insbesondere Gefügeverdichtung sowie Festigkeitszuwachs. Erst nach 540 d konnten Indizien für schädliche Gefügeveränderungen festgestellt werden, welche aber nicht systematisch zu Festigkeitsverlusten führten. Mit Hilfe der Auflicht-UV-Mikroskopie konnte lediglich eine einzige ungünstige Probe identifiziert werden, bei der Gefügeschädigungen in Form von sternförmigen Rissen ausgehend von nachträglich hydratisierten Klinkerpartikeln auftraten. Es handelte sich um einen CEM I 32.5 R mit KSt 99 unter Zusatz von 10 M.-% Klinkergrieß 125-250 µm bei isothermer Lagerung bei 50 °C unter Wasser. Damit steht fest, daß eine der wichtigsten Eigenschaften des Portlandzementsteins, seine Druckfestigkeit, im betrachteten Zeitintervall und bei den betrachteten Lagerungen nicht systematisch durch nachträgliche Hydratation verschlechtert wird. Lediglich bei außergewöhnlichen Bedingungen - wie stark erhöhter Temperatur in Verbindung mit einem sehr grobem Bindemittel - konnten nachträglich hydratisierte Portlandzementpartikel mit Hilfe der UV-Mikroskopie für Gefügeschäden verantwortlich gemacht werden.

The aim of this research project was to answer the question under which conditions unhydrated Portland cement particles do react in the hardened cement paste with additional water permeated into the specimen and if this late hydration is a kind of an expansion reaction altering the microstructure by means of precepitation of voluminous hydration products thus reducing the durability and strength of the paste. Is was shown that Portland cement pastes prepared with low water/cement-ratios, thus having a high content of unhydrated clinker grains, show countinuous hydration until 360 d when stored at a relative humidity higher than 95 % or under water, accompanied with all wellknown and desired consequences with regard to microstructure densification and gain in compressive strength. But after 540 d there were signs for a deteriorated microstructure which was not systematically connected with a loss in compressive strength. By means of UVmicroscopy only one specimen with a deteriorated microstructure in terms of starlight-shaped cracks originating from partially hydrated clinker particles could be identified. This was a CEM I 32.5 R with a LSF of 0.99 and addition of 10 M.-% of clinker 125-250 µm after curing at 50 °C under water isothermally. This leads to the conclusion that one of the most important porperties of Portland cement pastes, its compressive strength, is not deteriorated systematically during the observed period of time and under the applied curing conditions due to late hydration. Only under unusual conditions - like elevated temperatures connected with a coarse cement - post hydrating clinker particles could be determined by means of UV-microscopy being responsible for adeteriorated microstructure.