Aufbau und Eigenschaften des Zementsteins

Setzt man porenfreie Gesteinskomungen ausreichender Festigkeit voraus und schlieBt Ge – ftigestorungen durch Annahme einer optimalen Verdichtung weitgehend aus, dann hangen zentrale Eigenschaften des Betons wie Festigkeit und Dichtigkeit ausschlieBlich vom Ge­fuge des Zementsteins ab. Verantwortlich fur die Festigkeit des Zementsteingefuges sind Form und GroBe, raumliche Anordnung sowie Packungsdichte (Porositat) der gebildeten Hydratationsprodukte. Nach einer vollstandigen Hydratation fullt ein Zementstein etwa ein doppelt so groBes Volumen aus wie vorher das Volumen der Zementpartikeln und des An – machwassers. Das bedeutet, es ist ein Festkorper mit einer hohen Porositat entstanden. Im Verlauf der Hydratation baut der Zement jedoch 25% Wasser in die Hydratphasen ein. Damit verbunden ist eine Volumenverminderung um ca. 6 cm3/100 g Zement, die als,,in – neres Schrumpfen66 (auch: „inneres Schwinden66) bezeichnet wird. Beim diesem inneren Schwinden tritt weder eine Veranderung der auBeren Abmessungen ein, noch kommt es zur Ausbildung von Schwindrissen. Vielmehr entstehen sehr kleine Gelporen (s. u.).

Die Porenverhaltnisse spielen fur die Eigenschaften des Betons eine dominierende Rolle. Dabei ist nicht so sehr der Gesamtporenraum von Bedeutung, sondem vielmehr die Poren – groBe. Aufgrund der ablaufenden, sehr unterschiedlichen Hydratationsvorgange erstreckt sich die Porositat des Zementsteins liber einen kaum vorstellbaren PorengroBenbereich. So kann der Durchmesser der kleinsten Poren noch unter 1 nm liegen, wahrend andererseits sichtbare Poren mit Durchmessem von mehreren Millimetem auftreten konnen. Das ent – spricht einem GroBenverhaltnis von etwa 1:10 Millionen.

Porenarten. Die verschiedenen PorengroBen lassen sich mit der unterschiedlichen Art ihrer Entstehung erklaren. Die groBten Poren im Zementstein, die Verdichtungsporen (auch: naturliche Luftporen), werden beim Anmachen des Zements in den Zementleim eingetragen. Sie konnen durch nachfolgende Verdichtung niemals vollstandig ausgetrieben werden. Verdichtungsporen kann man mitunter mit bloBem Auge erkennen. Ihr GroBenbe- reich erstreckt sich 1 bis zu 10 mm [AB 7]. Ihr Anted im Beton wird umso geringer sein, je verdichtungswilliger der Beton ist. Verdichtungsporen dtirfen nicht mit den ktinstlich in den Zementstein eingefuhrten Luftporen (Abb. 9-22) verwechselt werden, deren Aufgabe es ist, den Frost-Tausalz-Widerstand zu erhohen (Кар. 9.3.4, Luftporenbildner).

Kapillarporen, die einen Porenbereich von 10 nm bis 100 jum umfassen (Abb. 9.22), sind durch Uberschusswasser entstanden, das vom Zement weder chemisch bei der Bildung der Hydratationsprodukte, noch adsorptiv (physikalisch) von den C-S-H-Phasen gebunden werden kann. Dieses Uberschusswasser ist fur die Ausbildung eines Systems feiner, haufig zusammenhangender, unregelmaBig geformter, kleiner Hohlraume verantwortlich, dem Kapillarporensystem (Abb. 9.23). Im Gegensatz zu den vorher beschriebenen Verdich­tungsporen andert sich der Kapillarporenraum mit fortschreitender Hydratation. Die gebil – deten Hydratationsprodukte binden standig Anmachwasser und fiillen dessen Volumen aus. Damit wird der Kapillarporenanteil reduziert. Uber das Kapillarporensystem finden alle Transportvorgange statt, in den Zementstein hinein und aus dem Zementstein heraus. Der Anteil der Kapillarporen an der Gesamtporositat eines Zementsteins hangt primar vom w/z – Wert, dem Hydratationsgrad und der Art des Zements ab.