Alkalität der PorenlösungWährend bei Portlandzementen der wirksame Alkaligehalt mit zunehmendem Gesamtalkaligehalt steigt, kann der wirksame Alkaligehalt von Zementen mit mehreren Hauptbestandteilen in unterschiedlichem Maße von deren Gesamtalkaligehalt abweichen. Die Ursache liegt einerseits in der unterschiedlichen Löslichkeit der in den Zementbestandteilen enthaltenen Alkalien sowie andererseits in der unterschiedlichen Alkaliaufnahme durch die Reaktionsprodukte. Die Regelung, NA-Zemente anhand ihres Gesamtalkaligehalts einzustufen, kann somit in einigen Fällen dazu führen, dass Zemente aufgrund ihres Gesamtalkaligehalts von der Nutzung als NA-Zemente ausgeschlossen werden, obwohl ihr wirksamer Alkaligehalt gering ist. Um gegebenenfalls weitere Zemente als NA-Zement einstufen zu können ist es erforderlich, deren wirksamen Alkaligehalt zu ermitteln. Insofern kommt den dynamischen Bindungs- und Lösungsprozessen der Alkalien eine besondere Bedeutung zu. Allerdings lagen bisher kaum ausreichende Erkenntnisse über diese Prozesse, insbesondere bei Zementen mit mehreren Hauptbestandteilen vor. Einfluss der Hauptbestandteile auf die AlkalitätUnabhängig von dem verwendeten Hauptbestandteil führt ein Austausch des Klinkers zu einer Abnahme der Alkalität der Porenlösung. Die Haupbestandteile unterscheiden sich jedoch in ihrer Wirkungsweise deutlich. In den hüttensandhaltigen Zementsteinen nimmt die Alkaliionenkonzentration nicht proportional zu der ausgetauschten Klinkermenge ab, vielmehr ist die Reduktion geringer. Ein Teil der in der Porenlösung enthaltenen Alkalien stammt somit aus den Hüttensanden. Im Vergleich zum Klinker ist der Anteil jedoch sehr gering. Er bewirkt jedoch, dass eine merkliche Verringerung der Alkaliionenkonzentration erst ab Hüttensandgehalten von mehr als 20 M.-% festzustellen ist. Der Einsatz von Flugasche im Zement hat bis zu einer Hydratationsdauer von 28 Tagen einen vergleichbaren Einfluss auf die Alkalität der Porenlösung wie der Einsatz von Hüttensanden. Zwischen 28 und 365 Tagen setzt jedoch eine deutliche Verminderung der Alkaliionenkonzentration ein. Nach 365 Tagen ist die Alkalität der Porenlösung geringer, als es allein aufgrund der verringerten Klinkermenge zu erwarten wäre. Eine überproportional starke Abnahme der Alkaliionenkonzentration erfolgt bei Einsatz von Silicastaub. So führt der Austausch von 15 M.-% des Klinkers gegen Silicastaub zu einer Verringerung der Alkaliionenkonzentration auf etwa 1/3 der Konzentration in der Porenlösung des Portlandzementsteins. In allen silicastaubhaltigen Zementsteinen ist jedoch mit fortschreitender Hydratationsdauer eine Zunahme der Alkaliionenkonzentration in der Porenlösung festzustellen. Ursachen der AlkalibindungDie Untersuchungen haben gezeigt, dass in allen Zementsteinen die CSH-Phasen den wichtigsten Bindungspartner für die Alkalien darstellen. Die Bindungskapazität der CSH-Phasen verändert sich jedoch mit ihrer stöchiometrischen Zusammensetzung. Mit sinkendem Calciumgehalt in den Phasen steigt die Tendenz, Alkalien zu sorbieren. Die calciumreichsten CSH-Phasen werden bei der Reaktion des Portlandzementklinkers gebildet. Bei Ersatz des Klinkers durch die calciumärmeren latent-hydraulischen bzw. puzzolanischen Hauptbestandteile sinkt das mittlere Ca/Si-Verhältnis der CSH-Phasen im Zementstein. Wie stark das Ca/Si-Verhältnis im Durchschnitt gesenkt wird, hängt dabei vom Calciumgehalt der weiteren Hauptbestandteile außer Klinker sowie deren Anteil im Zement ab. Es konnte gezeigt werden, dass bei Verwendung von Steinkohlenflugasche zusätzliche Alkalien, zumindest vorübergehend, in zeolithähnlichen Verbindungen eingebunden werden können. Literatur
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Stand: 08.02.2012