Neutronen geben Einblick in Wasserbindung von Zement

TOFTOF Zement Probenhalterung für den Zement, der beim Aushärten am Instrument TOFTOF untersucht wurde. © Eckert, Heddergott / TUM

Probenhalterung für den Zement, der beim Aushärten am Instrument TOFTOF untersucht wurde. © Eckert, Heddergott / TUM

Die mechanischen und chemischen Eigenschaften von Beton hängen wesentlich von dem festigkeitsgebenden Calciumsilikathydrat (C-S-H) ab. Wie die chemische Reaktion zu diesem C-S-H abläuft und das Wasser darin gebunden wird, ist aber immer noch nicht vollständig verstanden. Jetzt haben Forscher des Centrums Baustoffe und Materialprüfung an der Technischen Universität München (TUM) mittels Neutronen am Instrument TOFTOF des MLZ neue Einblicke in die Wasserbindung erhalten.

Die Wissenschaftler untersuchten die Wasserbindung in den ersten 36 Stunden der Reaktion von Tricalciumsilikat mit Wasser. Sie maßen innerhalb kurzer Zeitabschnitte mit hoher Neutronenintensität und gleichzeitig hoher Energieauflösung am Flugzeitspektrometer TOFTOF der TUM. Zum ersten Mal konnte zu Beginn der Reaktion ein Anstieg des Anteils an physikalisch gebundenem Wasser nachgewiesen werden. Dies führen die Wissenschaftler auf die Bildung einer frühen Form des Calziumsilikathydrats zurück, das eine große spezifische Oberfläche aufweist. (800 Quadratmeter pro Gramm). Wie viel Wasser im weiteren Prozess physikalisch gebunden wird, hängt im Wesentlichen von zwei Faktoren ab: der Bildung von weiterem frühen Calciumsilikathydrat, das die Gesamtoberfläche vergrößert sowie deren Reduzierung durch Verkettung des C-S-H.

Dieses Wissen ermöglicht eine sehr genaue Strukturaufklärung und das Erfassen der Bildungskinetik der festigkeitsgebenden Phasen in Beton. Das ist die Grundlage für eine zusätzliche Betonoptimierung, sowohl in ökonomischer, als auch ökologischer Hinsicht.
Die Arbeit wurde von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) gefördert.