Phasenübergänge, Frostschwinden und Schrumpfvorgänge im Zementstein (PDF)

Die vorliegende Arbeit befasst sich mit naturwissenschaftlichen Grundlagen der Dauerhaftigkeit von Beton. Sie baut auf früheren Dissertationen von Zech und Stockhausen auf und verbindet sie mit neueren Erkenntnissen aus der Laborprüfung und der Baupraxis. Für die Dauerhaftigkeit und die mechanischen Eigenschaften von Beton ist die Wechselwirkung mit der Umgebung, insbesondere mit dem Wasser und Wasserdampf, sowie den in Wasser gelösten Stoffen ein entscheidender Aspekt. Auch die Transportvorgänge im Beton sind damit gekoppelt. All diese Phänomene, die das Werkstoffverhalten bestimmen, werden davon beeinflusst, dass Beton nicht nur den Gesetzen der makroskopischen Physik und Chemie gehorcht, sondern auch aufgrund seiner grossen inneren Oberfläche von der Oberflächenphysik und Chemie in gleicher Weise verändert wird. Es ist daher sehr wichtig diese Wechselbeziehungen zwischen Nanophysik und makroskopischer Physik besser zu verstehen. Die vorliegende Arbeit hat wichtige Teilaspekte der submikroskopischen Physik und ihren Einfluss auf das makroskopische Verhalten des Werkstoffs Beton bzw. Zementstein erforscht. Die Phasenübergänge des Wassers unter 0ο C sind ein markantes Beispiel für die Einflüsse der Oberflächenphysik. Bewirken sie doch, dass bis zu -60ο C ungefrorenes Wasser zusammen mit Eis im Zementstein koexistiert. Dies wiederum hat erheblichen Einfluss auf die mechanischen Eigenschaften wie das Frostschwinden und das Frostsaugen. Neben diesen thermisch bedingten Schrumpf- und Quellvorgängen sind auch die Schrumpfvorgänge bei der Hydratation des Zementsteins entscheidend. Denn dadurch wird das Gefüge des Zementsteins verändert und zwar entscheidend in Bezug auf die Dauerhaftigkeit, die ohne die entstehenden Schrumpfporen sicherlich nicht gegeben wäre.