Zur Auswirkung hochfeiner inerter Zusatzstoffe auf die Hydratationskinetik und die Mikrostruktur von Zementstein

Im Hinblick auf einen möglichst effizienten Einsatz lokal verfügbarer Ausgangsstoffe für Beton sind Kenntnisse der grundlegenden Wirkungsmechanismen zwischen Zement und Zusatzstoffen und deren technische Nutzbarmachung unerlässlich. Untersuchungen im Vorfeld dieser Arbeit haben gezeigt, dass neben den üblichen reaktiven Betonzusatzstoffen, wie z.B. Flugasche, auch hochfeine inerte Zusatzstoffe die Reaktionsgeschwindigkeit und die Gefügeentwicklung bei der Zementhydratation signifikant beeinflussen können, jedoch existiert bislang kein grundlegendes Verständnis der Wirkungszusammenhänge. Ziel der vorliegenden Arbeit ist daher, ein tieferes Verständnis des Wirkungspfades „Stoffeigenschaften -> Partikelwechselwirkungen -> initiale Partikelanordnung im Gefüge -> Hydratationskinetik -> Gefügeentwicklung -> mechanische Eigenschaften und Dauerhaftigkeit“ zu erarbeiten. Ein Schwerpunkt ist dabei die Beschreibung des Zusammenhangs zwischen der räumlichen Partikelanordnung im frischen Zementleim und deren Auswirkung auf die Hydratationskinetik und die Gefügeentwicklung, um in Zukunft eine genauere Modellierung der Mikrostruktur von Zementstein zu ermöglichen. Zunächst wird ein Zusammenhang zwischen den maßgeblichen granulometrischen, mineralogischen, elektrophysikalischen und chemischen Eigenschaften der Feinstoffpartikel und ihrem Agglomerationsverhalten sowie ihrer räumlichen Anordnung im frischen Zustand hergestellt. Hierzu werden die Stoffeigenschaften verschiedener Kreide-, Kalkstein-, Quarz- und Tonmehle sowie deren Auswirkung auf die Hydratationskinetik und die Mikrostrukturentwicklung sowie die Festigkeit mit zahlreichen Messmethoden untersucht. Auf der Grundlage der Ergebnisse wird der Einfluss der inerten Zusatzstoffe auf die Hydratationskinetik und die Mikrostrukturentwicklung detailliert beschrieben. Die wesentlichen Einflussgrößen und Wirkungsmechanismen werden identifiziert und diskutiert. Mit Hilfe der neuen Erkenntnisse wird ein Modell vorgeschlagen, mit dessen Hilfe ein Zusammenhang zwischen dem Zetapotenzial und der spezifischen Oberfläche der Zusatzstoffe sowie deren Keimbildungsfunktion hergestellt wird.