Erhartungsprozess

Teilentwassertes Calciumsulfat-Dihydrat bzw. dehydratisierte Gipse besitzen die Fahigkeit zur Rehydratation. Damit weisen sie Bindemitteleigenschaften auf. Als Pulver mit Wasser zu einem Brei verrUhrt, wandeln sie sich in einer exothermen Reaktion in das Dihydrat um (Erharten von Gips). Bei der Bildung des Dihydrats aus Halbhydrat (Gl. 9-34) werden je
nach der kristallinen Modifikation zwischen 34,4 und 38,6 kJ/mol, bei der Bildung des Di – hydrats aus Anhydrit (Gl. 9-35) dagegen nur 30,2 kJ/mol Warme frei. Anhydrit II reagiert im Vergleich zu den anderen Formen relativ trage.

CaS04 • У2 H20 + 1 14 H20 ——— ► CaS04 • 2 H20 (9-34)

CaS04 + 2 H20 —— ► CaS04 • 2 H20 (9-35)

In Abb. 9.32 ist die Abhangigkeit der Loslichkeit der Calciumsulfathydratphasen und des Anhydrits II von der Temperatur dargestellt. Bedeutsam fur den Erhartungsprozess ist die Tatsache, dass sich bei der Bildung des Dihydrats die Loslichkeit sukzessive verringert: CaS04 • Vi H20 (P-HH) ca. 8,8 g, Anhydrit II ca. 2,4 g, CaS04 • 2 H20 ca. 2 g (alle Werte pro Liter H20, 20°C). Anhydrit II besitzt eine deutlich geringere Loslichkeit als die Halb – hydrate, bei Temperaturen > 30°C liegt seine Loslichkeit sogar unter der des Dihydrats. Das erklart, weshalb reiner Anhydrit als Bindemittel ungeeignet ist. Erst wenn durch Zugabe von Anregem (s. u.) das Loslichkeitsprodukt der Dihydrate abgesenkt wird, ergibt sich ein geniigender Loslichkeitsunterschied und damit ein fur praktische Anwendungen hinreichen – des Abbindeverhalten. Unter 42°C stellt das Dihydrat und iiber 42°C der Anhydrit II die thermodynamisch stabilste Modifikation dar.

Подпись:Подпись:image154"Abhangigkeit der Loslichkeit der Calciumsulfathydratphasen so – wie von Anhydrit II von der Tem­peratur.

Hydratationsprozess. Nach der Kristallisationstheorie von Le Chatelier lasst sich die Bil­dung des Dihydrats nach dem Einstreuen von Halbhydrat in Wasser wie folgt erklaren:

Das CaS04 der auliersten Schicht der Halbhydratkomer geht zunachst in Losung. Es bildet sich eine iibersattigte Losung, aus der das Dihydrat infolge seiner geringeren Loslichkeit auskristallisiert. Die CaS04-Kristallchen, die sich an der Oberflache der Halbhydratkomer ausbilden, wandeln sich sukzessive in das Dihydrat um. Auflosung von Halbhydrat und Abscheidung von Dihydrat setzen sich iiber den gesamten Zeitraum der Hydratation fort. Aus den primar entstandenen Kristallkeimen bilden sich feine Nadeln (Abb. 9.33), die un – tereinander verfilzen und so die Versteifung bewirken. Nach dem Trocknen (Austrocknen) des Gipses liegt ein polykristallines Gefuge hoher Festigkeit vor. Die zunachst einsetzende Volumenkontraktion von 7…9% wird infolge Dihydratbildung durch eine Volumenver- grofterung iiberlagert.

Gips weist ein Porenvolumen von ca. 50% auf. Er ist deshalb im trockenen Zustand gut warmedammend.

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Abbildung 9.33 Wachstum von Gipskristallen auf einem p-Halbhydratkristall. ESEM- Aufnahmen bei 11 °С nach 4 min (links, 6000x) und nach 8 min (rechts, 2500x). Quelle: F. A. Finger-lnstitutfur Baustoffkunde, Bauhaus-Universitat Weimar.

Hartungsbeschleuniger. Wie oben erwahnt, hydratisiert Anhydrit II aufgrund seiner ge- ringen Loslichkeit deutlich langsamer als die Halbhydrate. Um trotzdem eine technische Anwendung zu ermoglichen, wurden bereits friihzeitig Hartungsbeschleuniger (auch: Anre – ger) entwickelt, die die Hydratationsgeschwindigkeit erhohen sollen. Man unterteilt die Be – schleuniger in zwei Gruppen: in sulfatische und in basische Vertreter. Zu den sulfatischen Hartungsbeschleunigern gehoren Alkali-, Ammonium – und Schwermetallsulfate wie z. B. K2S04, Na2S04, (NH4)2S04, CuS04, FeS04 und ZnS04, zu den basischen Ca(OH)2 und Portlandzement. Ihre Dosierung betragt etwa 0,3%, bezogen auf die Masse des Anhydrits.

Die Wirkungsweise dieser Hartungsbeschleuniger beruht vor allem auf der Beeinflussung der Loslichkeitsverhaltnisse. Die iiberwiegend sulfatischen Verbindungen wirken als glei – chioniger Zusatz (Кар. 6.3.3). Sie emiedrigen die molare Loslichkeit des CaS04 und ffihren zu einer beschleunigten Abscheidung von Gipskristallen. Der Einsatz basisch reagierender Substanzen wie Ca(OH)2 oder Portlandzement bewirkt infolge der Erhohung der Calcium- ionenkonzentration in der Losungsphase ebenfalls eine Herabsetzung der CaS04-L6slich – keit. Wiederum ist eine beschleunigte Auskristallisation von Gipsstein die Folge. Hartungsbeschleuniger haben nicht nur Einfluss auf das Erstarrungsvermogen von An – hydritbindem. Sie beeinflussen auch deren Schwinden und Quellen. Damit lassen sich Bin­der herstellen, die weniger schwinden und starker quellen.

Eine Untersuchung zum Hydratationsverhalten von Natur-, Synthese- und REA-Anhydrit zeigte [ВСІ4], dass Anhydrit II praktisch niemals vollstandig mit Wasser zum Dihydrat re- agiert. Mit anderen Worten: Eine vollstandige Hydratation wie etwa beim Zement erfolgt bei Anhydriten nicht. Den hochsten Hydratationsgrad weist mit etwa 80 – 90% der REA – Anhydrit auf, wahrend der Hydratationsgrad von Naturanhydrit selten iiber 50% liegt. Das kann zu unerwunschten Auswirkungen bei einer nachtraglichen Befeuchtung des Baustof – fes fuhren. Als Folge der Volumenzunahme bei der Dihydratbildung treten Aufwolbungen und Abplatzungen auf – ein Schadensbild, das im Alltag haufig zu beobachten ist. Eine sol – che ,,Nachhydratationu kann auch im Estrich zu enormen Gefugespannungen fuhren. Das Bindemittel wird miirbe und die Festigkeit nimmt ab.

Durch Zusatz von Hartungsverzogerern wie Alaunen, z. B. Kalialaun KA1(S04)2 • 12 H20, Leimen, Zucker, Milch oder Borax Na2B407 • 10 H20 konnen die Versteifungszeiten ver – langert werden. Die Wirkungsweise dieser Substanzen beruht uberwiegend auf der Ausbil – dung von Schutzkolloiden, die die Keimbildung unterdnicken sowie die Geschwindigkeit der Auflosung des Halbhydrats und damit die Bildung der Dihydratkristalle emiedrigen.

Подпись: _ 100 g Wasser Wassergipswert = Einstreumenge Gips in g Подпись: (9-36)

Die Festigkeitseigenschaften der Baugipse werden in erster Linie von der Gipsart und vom Wassergipsverhaltnis bestimmt. Das Wasser-Gips-Verhaltnis (Verhaltnis: Anmachwasser – menge / Gipsmenge) wird in der Baupraxis als Wassergipswert bestimmt (DIN 1168). Er ist entsprechend Gl. (9-36) als Quotient aus der Wassermenge (100 g) und der Einstreu – menge Gips (in Gramm) definiert.

Die Einstreumenge ist die Gipsmenge in Gramm, die beim Einstreuen in 100 g Wasser ge – rade durchfeuchtet wird. Stuckgipse sollten bei einem Wassergipsverhaltnis von 0,6…0,8 verarbeitet werden. In Analogie zur Zementerhartung gilt:

Die Festigkeit der Gipse nimmt mit zunehmender Menge an Anmachwasser ab.