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https://nap.nationalacademies.org/catalog/27432/critical-issues-in-transportation-for-2024-and-beyond

Dominante Mechanismen bei hygrischem und chemischem Schwinden

Dominant mechanisms of hygral and chemical shrinkage

Es werden theoretische und experimentelle Untersuchungen zum hygrischen und chemischen Schwinden zementgebundener Baustoffe vorgestellt. Das Schwinden von Beton beruht auf verschiedenen unterschiedlichen chemischen und physikalischen Vorgaengen in den zementgebundenen Baustoffen. Die Schwindvorgaenge in der Zementpaste, zum Beispiel die Hydratation des Zements und die Unterdruecke in den Kapillarporen, sind heute recht gut erforscht. Im Gegensatz dazu fehlt es bei den Schwindvorgaengen im erhaertenden Zementstein nach wie vor an einigen Grundsatzuntersuchungen. Oftmals wird gesagt, dass das Trockenschwinden im Wesentlichen vom Unterdruck in den Kapillarporen abhaengt und somit durch die Laplace-Gleichung auf molekularer Ebene beschrieben werden kann. Diese Gleichung ist eine sehr hilfreiche Naeherung, solange der Radius der Wasserlinse in den Poren wesentlich groesser ist als das Wassermolekuel. In den anderen Faellen muss das Schwinden durch andere Mechanismen erklaert werden. Zur naeheren Untersuchung dieser Vorgaenge wurden experimentelle Untersuchungen an Zementstein durchgefuehrt, die zuvor mit Silanen hydrophobiert worden waren. Es zeigt sich nur ein sehr untergeordneter Einfluss des Drucks in den Kapillarporen auf das Schwinden des Zementsteins. Aehnliche Ergebnisse zeigten Versuche mit einem Spezialzement (Chichibu Cement), bei Zugabe oberflaechenaktiver Substanzen und bei Variation der Alkalienmenge. Erklaeren kann man das chemische und Trockenschwinden des Zementsteins nur durch Interaktionsvorgaenge in den Nanoporen und nicht durch Vorgaenge in den Kapillarporen. Aus den Versuchsergebnissen laesst sich auch erkennen, dass die Ionenkonzentration in der Porenfluessigkeit einen sehr grossen Einfluss auf das Schwinden des Zementsteins hat. Insgesamt laesst sich zeigen, dass das Trockenschwinden und das chemische Schwinden nicht mit der Laplace-Gleichung uebereinstimmen. Vielmehr beruhen diese Schwindarten ganz wesentlich auf der komplexen Interaktion der Oberflaechen der C-S-H Phasen mit der sie umgebenden Porenfluessigkeit. Nur das kapillare Schwinden laesst sich durch die Druckverhaeltnisse in den Kapillarporen erklaeren. ABSTRACT IN ENGLISH: Shrinkage of concrete is due to several distinct processes. The shrinkage mechanisms of the fresh cement paste, i.e. dissolution of cement, negative volume balance of the hydration and capillary under-pressure, are fairly well understood by now. The shrinkage of the hardened cement paste in contrast still needs more fundamental investigations, especially chemophysical simulation of the pressure among the C-S-H particles as function of the number of water molecules. As a matter of fact experimental results have shown that shrinkage of hardened cement-based materials can be explained only by interactions in the nanopores and not in the larger capillary pores. Experiments have also shown that the ionic concentration of the pore solution has a strong influence on shrinkage. And finally it has been shown that changing the surface tension of the pore solution has hardly any effect on shrinkage. All these results underline the fact that drying shrinkage is not consistent with the Laplace equation. Shrinkage is essentially due to the complex interaction of the surface of C-S-H crystallites with the adjacent pore solution. (A)

Language

  • English

Media Info

Subject/Index Terms

Filing Info

  • Accession Number: 01514595
  • Record Type: Publication
  • Source Agency: Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt)
  • Files: ITRD
  • Created Date: Feb 19 2014 11:15AM