The role of aluminium in C-A-S-H during chemical attack on concrete
Final Report Abstract
In der Fortsetzung des Forschungsvorhabens wurde auf zwei offen gebliebene Fragestellungen aus dem ersten Teil des Vorhabens eingegangen. Eine der beiden Fragestellungen bezog sich auf die Vergleichbarkeit der Carbonatisierungsabläufe bei einer beschleunigten und einer natürlichen Carbonatisierung aus thermodynamischer Sicht. Der zweite Untersuchungspunkt beinhaltete eine Betrachtung der Sulfatbindung in C-A-S-H mittels Messungen des Zetapotentials. Die Carbonatisierungsversuche mit C-(K)-(A)-S-H-Phasen wurden im Klimaschrank bei 20 °C/65 % r.F. bei einer natürlichen CO2-Konzentrationen von 0,04 Vol.-% und einer Beaufschlagungsdauer von bis zu 347 d durchgeführt. Die Versuchsreihe wurde entsprechend der Bedingungen während einer beschleunigten Carbonatisierung durch die Lagerung der Proben bei 10 Vol.-% CO2 ergänzt. Hier betrug die Beaufschlagungsdauer maximal 7 d. Der Carbonatisierungsprozess in den Versuchsreihen mit 0,04 Vol.-% CO2 nimmt nach insgesamt 347 d Beaufschlagungsdauer, ähnlich den Trends bei der beschleunigten Carbonatisierung, einen exponentiellen Verlauf ein. Folglich kann - hier ohne Einfluss von physikalischen Parametern und diffusionsgesteuerten Transportvorgängen wie in einem dreidimensionalen Betonkörper - die Aussage getroffen werden, dass die CO2-Konzentration keinen Einfluss auf das thermodynamische Gleichgewicht (d. h. den Endzustand) hat und sich nur auf die Reaktionsgeschwindigkeit auswirkt. Unabhängig von der chemischen Zusammensetzung der C-(K)-(A)-S-H-Proben bildete sich in allen Versuchsreihen die CaCO3-Modifikation Vaterit als Hauptphase aus. Die Modifikationen Calcit und Aragonit waren als Nebenphasen nachweisbar. Nach 347 d Beaufschlagungsdauer mit 0,04 Vol.-% CO2 war die Carbonatisierungsreaktion in den C- (K)-(A)-S-H-Proben noch nicht vollständig abgelaufen. Dabei wurden maximal 75 % des verfügbaren Calciums aus C-(K)-(A)-S-H in CaCO3 eingebaut. Der Carbonatisierungsprozess bei 10 Vol.-% CO2 hat nach 7 d Lagerungszeit annähernd einen Endstatus erreicht. Hier betrug die Umsetzung des verfügbaren Calciums aus C-(K)-(A)-S-H maximal 85 %. Die Messungen des Zetapotentials erfolgten in Portlandit/Natriumsulfatlösungen im Bereich 0 mmol/L – 300 mmol/L [SO42-]. Die Konzentration von Portlandit wurde in allen Lösungen konstant bei 20 mmol/L gehalten. Steigende Sulfatkonzentation in der Lagerungslösung veränderte das Zetapotential in Richtung höherer negativer Werte. Diese Absenkung des Zetapotentials wurde durch die Kombination mehrerer Effekte bedingt: einen Ca2+/Na+-Tausch an den Silanolgruppen in der starren Sternschicht, einer Verschiebung der Scherebene durch die Sulfationen hin zu einem höheren Abstand zur C-A-S-H-Partikeloberfläche und einer Überkompensation der positiven Ladung durch die Sulfationen. Der Aluminiumgehalt in den C-A-S-H-Phasen hatte keinen Einfluss auf die Ausprägung des Zetapotentials.
Publications
- Stabilität von C-A-S-H-Phasen beim Sulfatangriff auf Beton. 20. Internationale Baustofftagung in Weimar, ibausil, 2018
Heinz, D.; Irbe, L.
- Stabilität von C-A-S-H-Phasen beim Säureangriff auf Beton. 20. Internationale Baustofftagung in Weimar, ibausil, 2018
Irbe, L.; Beddoe, R. E.; Hilbig, H.; Heinz, D.
- Die Rolle des Aluminiums in C-A-S-H beim chemischen Angriff auf Beton. Dissertation, TU München, 2019
Irbe, L.
- Effect of NaCl on Stability of C-A-S-H Phases. ICCC Prag, 2019
Irbe, L.; Hilbig, H.; Beddoe, R. E.; Heinz, D.:
- The role of aluminium in C-A-S-H during sulfate attack on concrete. Cement and Concrete Research 116, 2019, 71 – 80
Irbe, L.; Beddoe, R. E.; Heinz, D.:
(See online at https://doi.org/10.1016/j.cemconres.2018.11.012)
