Untersuchungen des Einflusses von Ca(OH)2, CaO, C12A7 und Li2CO3 auf das Hydratationsverhalten von Monocalciumaluminat

Inhaltsverzeichnis

1.Kurzzusammenfassung

2.Einleitung

2.1.Aufgabenstellung und Konzeption der Arbeit

3.Kenntnisstand

3.1.Systeme

3.1.1.System CaO – Al2O3 – SiO2

3.1.2.System CaO-Al2O3

3.1.3.Die Phase Monocalciumaluminat (CA)

3.1.4.Die Phase Mayenit (C12A7)

3.2.Hydratation

3.2.1.Hydratation von TZ allgemein

3.2.2.Hydratation von CA

3.2.3.Hydratation von C12A7

3.2.4.Einfluß von Lithium auf das Hydratationsverhalten von CA

4.Experimentelle Methoden

4.1.Synthesen

4.1.1.Synthese der Reinphasen CA und C12A7

4.1.2.Synthese der Probe CA95M5s

4.1.3.Synthese des Ca(OH)2

4.2.Herstellung der Mischungen

4.3.Untersuchungsmethoden

4.3.1.Qualitative Röntgenbeugungsanalyse

4.3.2.Röntgenbeugungsanalyse für die Rietveldverfeinerung

4.3.3.Verfeinerungsstrategien

4.3.4.Oberfächenbestimmung nach Blaine

4.3.5.Korngrößenuntersuchung mittels Lasergranulometrie

4.3.6.Kalorimetrische Messungen

4.3.7.Kinetische Röntgenbeugungsanalyse

5.Ergebnisse

5.1.Qualitative Röntgenbeugungsanalyse der Synthesen

5.2.Ergebnis Rietveldverfeinerung

5.2.1.Strukturanpassung CA

5.2.2.Strukturanpassung C12A7

5.3.Phasenreinheitsbestimmung mittels Rietveldanalyse

5.4.Quantitative Phasenanalyse mittels Rietveldmethode

5.5.Kalorimetrische Hydratationsuntersuchungen

5.5.1.Hydratation des reinen CA mit H2O [CA]

5.5.2.Hydratation von CA mit H2O +0,02% Li2CO3 [CALi]

5.5.3.Hydratation des reinen C12A7 mit H2O [C12A7]

5.5.4.Hydratation von C12A7 mit H2O + 0,02% Li2CO3 [C12A7-L]

5.5.5.Hydratation der Mischung 95 % CA und 5 % C12A7 mit H2O [CA95M5g]

5.5.6.Hydratation der Mischung 95% CA + 5% C12A7 mit H2O+0,02% Li2CO3 [CA95M5g-L]

5.5.7.Hydratation der Synthese 95% CA und 5% C12A7 mit H2O [CA95M5s]

5.5.8.Hydratation der Synthese 95% CA 5% C12A7 mit H2O + 0,02% Li2CO3 [CA95M5s-L]

5.5.9.Hydratation der Mischung 95% CA und 5% Ca(OH)2 mit H2O [CA95P5]

5.5.10.Hydratation der Mischung 95% CA + 5% Ca(OH)2 mit H2O + 0,02% Li2CO3 [CA95P5-L]

5.5.11. Hydratation der Mischung 95% CA + 5% CaO mit H2O [CA95C5]

5.5.12. Hydratation der Mischung 95% CA + 5% CaO mit H2O + 0,02% Li2CO3 [CA95C5-L]

5.6.Röntgenbeugungsanalyse der Hydratationsprodukte

5.7.Untersuchung der Kinetik der Hydratation mit der Röntgenbeugunsanalyse

5.7.1.Kinetische Untersuchung der Hydratation der Mischung aus 95 Gew.% CA und 5 Gew.% C12A7 [CA95M5g]

5.7.2.Kinetische Untersuchung der mit Li2CO3 beschleunigten Hydratation der Mischung aus 95 Gew.% CA und 5 Gew.% C12A7 [CA95M5g-L]

5.7.3.Kinetische Untersuchung der Hydratation der Mischung aus 95 Gew.% CA und 5 Gew.% CH [CA95P5]

5.7.4.Kinetische Untersuchung der mit Li2CO3 beschleunigten Hydratation der Mischung aus 95 Gew.% CA und 5 Gew.% CH [CA95P5-L]

6.Zusammenfassung und Diskussion

6.1.Rietveldverfeinerung der Röntgenbeugungsdaten

6.1.1.Strukturverfeinerungen der synthetisierten Reinphasen

6.1.2.Quantifizierung der synthetisierten Proben und Mischungen mit der Rietveld Methode

6.1.3.Zusammenfassung Rietveld-Verfeinerung der Röntgenbeugungsdaten

6.2.Hydratation der synthetisierten Phasen und Mischungen

6.2.1.Ausgangspunkt für die Untersuchungen

6.2.2.Einfluss der Zugabe eines Ca -reichen Additivs auf den Zeitpunkt des maximalen Wärmeflusses ( tmax)

6.2.3.Einfluss der Zugabe von 0,02% Li2CO3 in H2O gelöst auf tmax

6.2.4.Vergleich des Hydratationsverhaltens der Mischung aus den Reinphasen (CA95M5g) und der Synthese gleicher Zusammensetzung (CA95M5s)

6.2.5.Einfluss der Zugabe eines Ca -reichen Additivs auf die Hydratations-wärme in den ersten 24 Stunden nach Hydratationsbeginn (H24.)

6.2.6.Einfluss der Zugabe von 0,02% Li2CO3 auf H24

6.2.7.Einfluss der Zugabe eines Ca -reichen Additivs auf die Hydratations-wärme in den ersten 48 Stunden nach Hydratationsbeginn (H48.)

6.2.8.Einfluss der Zugabe von 0,02% Li2CO3 auf H48

6.3.Untersuchungen der Kinetik der Hydratation mit Röntgenbeugungsanalyse und Wärmeflusskalorimeter

6.4.Schlussfolgerungen

7.Ausblick

Zielsetzung & Themen

Die vorliegende Arbeit untersucht den Einfluss der anorganischen Additive Mayenit (C12A7), Portlandit (CH) und Calciumoxid (CaO) sowie von Lithiumcarbonat auf das Hydratationsverhalten von Monocalciumaluminat (CA), um die Reproduzierbarkeit des Abbindeverhaltens von Tonerdezementklinkern zu verbessern.

• Charakterisierung synthetisierter Phasen mittels Rietveldmethode.
• Analyse des Hydratationsverlaufs durch Wärmeflusskalorimetrie.
• Kinetische Untersuchung der Hydratation mittels röntgenographischer Pulvermethoden.
• Vergleich der Hydratation von Reinphasen und unterschiedlichen Mischungsverhältnissen.
• Einfluss von Additiven auf die Reproduzierbarkeit und Kinetik der Hydratation.

Auszug aus dem Buch

Zusammenfassung der Kapitel

1.Kurzzusammenfassung: Bietet einen Überblick über die Zielsetzung, die verwendeten Untersuchungsmethoden wie Kalorimetrie und Röntgendiffraktometrie sowie die wesentlichen Ergebnisse zur Hydratation und Reproduzierbarkeit.

2.Einleitung: Beschreibt die historische Entwicklung, die besonderen Eigenschaften von Tonerdezementen und stellt die Aufgabenstellung sowie die Konzeption der Untersuchung vor.

3.Kenntnisstand: Bietet eine theoretische Übersicht über die relevanten chemischen Systeme (CaO-Al2O3-SiO2, CaO-Al2O3) und den aktuellen Wissensstand zur Hydratation der beteiligten Phasen.

4.Experimentelle Methoden: Erläutert die Syntheseverfahren für die Reinphasen, die Probenvorbereitung, die Kalorimetrie und die verschiedenen röntgenographischen Analysemethoden inklusive der Rietveld-Verfeinerungsstrategien.

5.Ergebnisse: Präsentiert die Daten aus der qualitativen und quantitativen Röntgenanalyse, die kalorimetrischen Messungen zur Hydratationswärme sowie die kinetischen Untersuchungen.

6.Zusammenfassung und Diskussion: Vergleicht die Ergebnisse der unterschiedlichen Auswertungsstrategien, diskutiert den Einfluss der Additive auf die Kinetik und Reproduzierbarkeit und zieht Schlussfolgerungen.

7.Ausblick: Reflektiert über mögliche zukünftige Forschungsansätze, insbesondere hinsichtlich niedrigerer Hydratationstemperaturen und verbesserter Messtechnik.

Schlüsselwörter

Monocalciumaluminat, Tonerdezement, Hydratation, Mayenit, Portlandit, Calciumoxid, Lithiumcarbonat, Kalorimetrie, Röntgenbeugung, Rietveldanalyse, Kinetik, Phasenbestand, Abbindeverhalten, Kristallisation, Hydratphase

Häufig gestellte Fragen

Worum geht es in dieser Arbeit grundsätzlich?

Die Arbeit untersucht das Hydratationsverhalten von Monocalciumaluminat (CA), der Hauptphase in Tonerdezementen, und den Einfluss verschiedener anorganischer Additive auf diesen Prozess.

Was sind die zentralen Themenfelder?

Zentrale Themen sind die Synthese von Reinphasen, die Untersuchung des Einflusses von Calcium-Additiven (wie Mayenit, Portlandit und CaO) und Lithiumsalzen auf die Hydratationswärme sowie die Analyse der Hydratationskinetik.

Was ist das primäre Ziel der Arbeit?

Das primäre Ziel ist es, Wege zu finden, die Reproduzierbarkeit des Hydratationsverhaltens von CA zu verbessern, das in reiner Form oft unvorhersehbare Ergebnisse liefert.

Welche wissenschaftliche Methode wird primär verwendet?

Hauptmethoden sind die Wärmeflusskalorimetrie zur Messung der Hydratationswärme und die Röntgenbeugungsanalyse (XRPD), speziell unter Anwendung der Rietveld-Methode zur quantitativen Phasenanalyse.

Was wird im Hauptteil der Arbeit behandelt?

Der Hauptteil behandelt die experimentellen Methoden zur Probenherstellung, die Kalibrierung, die detaillierten Messergebnisse der kalorimetrischen Untersuchungen sowie die zeitaufgelöste kinetische Analyse der Phasenbildung.

Welche Schlüsselbegriffe charakterisieren die Arbeit?

Wichtige Begriffe sind Monocalciumaluminat, Hydratationskinetik, Rietveld-Verfeinerung, Wärmeflusskalorimetrie und Additive zur Beschleunigung des Abbindevorgangs.

Wie beeinflusst Lithiumcarbonat das Abbindeverhalten?

Lithiumcarbonat wirkt als starker Beschleuniger, indem es die Keimbildungsbarriere reduziert und so die Induktionsperiode deutlich verkürzt, was zu einer schnelleren Hydratation führt.

Warum ist die Wahl des Wasser-Feststoff-Verhältnisses (W/F) so wichtig?

Ein niedriges W/F-Verhältnis von 0,45 wird gewählt, um eine unerwünschte Phasen-Konversion zu vermeiden und sicherzustellen, dass die Hydratationsreaktion unter kontrollierten Bedingungen abläuft, was die Festigkeitsentwicklung begünstigt.