Thermodynamische Modellierung der Zement­hydratation und ökoeffiziente Betone

Die folgenden drei Tage standen ganz im Zeichen der Thermodynamischen Modellierung (Bild 2) der Zementhydratation. Die Modellierung der Wechselwirkung zwischen der wässrigen und der Festphasen mittels geochemischer Speziierungscodes kann als Grundlage für das tiefere chemische Verständnis der Zementhydratationsprozesse dienen. U.a. kann so die zeitliche Entwicklung der zusammensetzung der Festphasen und der Porenlösung während der Hydratation von Portlandzementen, Portlandzementen mit Zumahlstoffen oder von weiteren hydraulischen Bindemitteln wie alkalisch oder sulfatisch aktivierten Hochofenschlacken oder Calciumsulfoaluminatzementen vorhergesagt werden.

Dr. Barbara Lothenbach, Dr. Frank Winnefeld (beide Empa/Schweiz) und Dr. Cyndy Iñiguez Sanchez (Universität Monterrey, Mexiko) leiteten diesen Teil des Kurses. Es wurde die geochemische Software GEMS-PSI (gems.web.psi.ch/) in Kombination mit der zementspezifischen Datenbank CEMDATA07.b (www.empa.ch/cemdata) verwendet. Die Teilnehmer lernten den Hintergrund und die Grundzüge der Software kennen und übten am eigenen PC an zahlreichen Beispielen mit steigendem Schwierigkeitsgrad das Gelernte. So wurde z. B. modelliert, welche Phasen bei der Hydratation von C₃A ohne und mit Zusatz von Calcit bzw. Anhydrit entstehen. Komplexere Beispiele befassten sich mit der Hydratation von Portlandzement. Hierbei wurden u.a. der Einfluss verschiedener Zusatzstoffe (z. B. Kalkstein, Silikastaub, Flugasche) sowie der Temperatur auf die Hydratphasen und die Porenlösung simuliert.

Im Anschluss fand am 25.09.2012 ein Seminar zum Thema „Ökoeffiziente Betone: Fortschritte und Herausforderungen“ mit ca. 60 Teilnehmern aus Forschung und Industrie statt. Nach einer Einführung in das Thema durch Prof. Vanderley John gab zunächst Dr. Arnaldo Battagin (Associação Brasileira de Cimento Portland) einen Überblick über das Potential neuer Bindemittel im Hinblick auf den Ersatz von Portlandzement. Anschliessend zeigte Dr. Barbara Lothenbach (Empa/Schweiz) auf, wie thermodynamische Modellierung genutzt werden kann, um neue Erkenntnisse zur Zementhydratation, z. B. in Bezug auf den Einsatz von Zusatzstoffen wie Kalksteinmehl, Hüttensand oder Microsilica zu gewinnen. Dr. Frank Winnefeld (Empa/Schweiz) berichtete über die Interaktion von Betonfliessmitteln auf Basis Polycarboxylatether mit Zement und reinen Hydratphasen. Prof. Rafael Pileggi (Universität Sao Paolo) legt dar, wie man den Zementgehalt im Beton optimal hinsichtlich Fetsigkeitsentwicklung und Dauerhaftigkeit ausnutzen kann. Die Bedeutung des Kalkfillers hinsichtlich Zementhydratation und Betoneigenschaften, vor allem Dauerhaftigkeit, wurde von Prof. Edgardo Irassar (Universität Buenos Aires, Argentinien) aufgezeigt. Dr. Bogdam Cazacliu (IFFSTAR/Frankreich) zeigte auf, wie durch eine optimierte Mischtechnologie die Eigenschaften des Betons verbessert werden können. Calciumsulfoaluminatzemente als mögliche CO₂-freundliche Alternative zu Portlandzement waren das Thema des abschliessenden Fachvortrages von Dr. Frank Winnefeld.

Die Organisatoren bedanken sich bei den Sponsoren (Associação Brasileira de Cimento Portland, Grace Construction Products, Holcim, Instituto Brasileiro do Concreto, InterCement, PANalytical, University of Sao Paulo, FDTE, FAPESP), welche das Seminar finanziell unterstützt haben.