Untersuchung von Gast-Ionen-Aufnahme in Portlandzement – Teil 2

instrument centre for solid-state nmr spectroscopy, aarhus university/denmark
27Al-MAS-NMR-Spektren (14.09 T, nR = 13,0 kHz) eines (a) modifizierten Klinkers mit 4,0 Gew. % SO3 und einem molaren Verhältnis von CaSO4/(CaSO4 + K2SO4) = 100 mol % und (b) ­einer synthetischen Probe der Klein’s Phase
27Al-MAS-NMR-Spektren (14.09 T, nR = 13,0 kHz) eines (a) modifizierten Klinkers mit 4,0 Gew. % SO3 und einem molaren Verhältnis von CaSO4/(CaSO4 + K2SO4) = 100 mol % und (b) ­einer synthetischen Probe der Klein’s Phase
27Al-MQ-MAS-NMR-Spektrum (14,09 T, nR = 13,0 kHz) des modifizierten Klinkers mit dem niedrigsten K2O-Gehalt (z. B. CaSO4/(CaSO4 + K2SO4) = 100 mol %). Das Spektrum wurde mit einer Triple-pulse-z-Filter-MQ-MAS-PulsSequenz gemessen [25]. Die Sequenz ist unter dem zweidimensionalen Spektrum für die 1H-Entkopplung in der Entwicklungs- (t1) als auch der Messungsperiode (t2) dargestellt. Ein 180°-Impuls (π) und ein 60°-Impuls (π/3) dienen der Anregung und Konversion der dreifach-Quanten-Kohärenz und eine Relaxationspause von d1 = 2 s. Die Projektion auf die F1- und F2-Achsen entspricht der Aufsummierung über das 2D-Spektrum
27Al-MQ-MAS-NMR-Spektrum (14,09 T, nR = 13,0 kHz) des modifizierten Klinkers mit dem niedrigsten K2O-Gehalt (z. B. CaSO4/(CaSO4 + K2SO4) = 100 mol %). Das Spektrum wurde mit einer Triple-pulse-z-Filter-MQ-MAS-PulsSequenz gemessen [25]. Die Sequenz ist unter dem zweidimensionalen Spektrum für die 1H-Entkopplung in der Entwicklungs- (t1) als auch der Messungsperiode (t2) dargestellt. Ein 180°-Impuls (π) und ein 60°-Impuls (π/3) dienen der Anregung und Konversion der dreifach-Quanten-Kohärenz und eine Relaxationspause von d1 = 2 s. Die Projektion auf die F1- und F2-Achsen entspricht der Aufsummierung über das 2D-Spektrum
Aufsummierung in der F1-Dimension des 27Al-MQ-MAS-NMR-Spektrums (Bild 8) für den modifizierten Klinker mit 4,0 Gew. % SO3 und CaSO4/(CaSO4 + K2SO4) = 100 mol %. Die Teilspektren (F2-Summenbildung) entsprechen (a) der Klein’s Phase, (b) der Al3+-Gast-Ionen-Aufnahme in Alit, (c) den zwei sich überlagernden AlO4-Gitterpositionen des Tricalciumaluminats und (d) der Al3+-Gast-Ionen-Aufnahme in Belit. Letztere Zuordnung wird durch ein simuliertes Spektrum bestätigt (e), welches der isotropen chemischen Verschiebung (diso = 96,1 ppm) sowie den Quadrupolkopplungsparametern (CQ = 7,1 MHz, hQ = 0,33) entspricht, die für die Gast-Ionen-Aufnahme in ­synthetischen Belit-Proben veröffentlicht wurden [10]
Aufsummierung in der F1-Dimension des 27Al-MQ-MAS-NMR-Spektrums (Bild 8) für den modifizierten Klinker mit 4,0 Gew. % SO3 und CaSO4/(CaSO4 + K2SO4) = 100 mol %. Die Teilspektren (F2-Summenbildung) entsprechen (a) der Klein’s Phase, (b) der Al3+-Gast-Ionen-Aufnahme in Alit, (c) den zwei sich überlagernden AlO4-Gitterpositionen des Tricalciumaluminats und (d) der Al3+-Gast-Ionen-Aufnahme in Belit. Letztere Zuordnung wird durch ein simuliertes Spektrum bestätigt (e), welches der isotropen chemischen Verschiebung (diso = 96,1 ppm) sowie den Quadrupolkopplungsparametern (CQ = 7,1 MHz, hQ = 0,33) entspricht, die für die Gast-Ionen-Aufnahme in ­synthetischen Belit-Proben veröffentlicht wurden [10]
Single-puls-31P-MAS-NMR-Spektrum (9,39 T, nR = 12,0 kHz) für einen unhydratisierten, weißen Portlandzement, (b) Inversion-Recovery-31P-MAS-NMR-Spektren (9,39 T, nR = 12,0 kHz) des gleichen Zementes, welche die unterschiedlichen Spin-Gitter-Relaxationszeiten für die Resonanzen der Phosphor-Gast-Ionen im Alit und Belit illustrieren. Die Wiederbereitschaftszeit in den IR-Experimenten nimmt von 0,001 s (erstes Spektrum) bis 30 s für das hinterste Spektrum zu
Single-puls-31P-MAS-NMR-Spektrum (9,39 T, nR = 12,0 kHz) für einen unhydratisierten, weißen Portlandzement, (b) Inversion-Recovery-31P-MAS-NMR-Spektren (9,39 T, nR = 12,0 kHz) des gleichen Zementes, welche die unterschiedlichen Spin-Gitter-Relaxationszeiten für die Resonanzen der Phosphor-Gast-Ionen im Alit und Belit illustrieren. Die Wiederbereitschaftszeit in den IR-Experimenten nimmt von 0,001 s (erstes Spektrum) bis 30 s für das hinterste Spektrum zu
11B-MAS-NMR-Spektren (14,1 T, nR = 13,0 kHz, 15 s Relaxationspause) eines (a) Bor-haltigen Klinkers und (b bis d) von synthetischen Belitproben (Ca2SiO4) mit molaren B/Si-Verhältnissen von (b) 0,01, (c) 0,03 und (d) 0,05. Die optimierte Simulation der sich überlagernden quadrupolaren Resonanzlinien der zweiten Ordnung für trigonal vorliegendes Bor in der B/Si = 0,05-Belit-Probe ist unterhalb des experimentellen Spektrums dargestellt (d) und ergänzt durch die simulierten quadrupolaren Resonanzlinien für die zwei möglichen trigonalen Bor-Anordnungen. Für die simulierten Spektren wurden die 11B-Parameter diso = 22,8 ppm, CQ = 2,63 MHz, hQ = 0,10 (Anordnung 1) und diso = 21,6 ppm, CQ = 2,68 MHz, hQ = 0,06 (Anordnung 2) verwendet
11B-MAS-NMR-Spektren (14,1 T, nR = 13,0 kHz, 15 s Relaxationspause) eines (a) Bor-haltigen Klinkers und (b bis d) von synthetischen Belitproben (Ca2SiO4) mit molaren B/Si-Verhältnissen von (b) 0,01, (c) 0,03 und (d) 0,05. Die optimierte Simulation der sich überlagernden quadrupolaren Resonanzlinien der zweiten Ordnung für trigonal vorliegendes Bor in der B/Si = 0,05-Belit-Probe ist unterhalb des experimentellen Spektrums dargestellt (d) und ergänzt durch die simulierten quadrupolaren Resonanzlinien für die zwei möglichen trigonalen Bor-Anordnungen. Für die simulierten Spektren wurden die 11B-Parameter diso = 22,8 ppm, CQ = 2,63 MHz, hQ = 0,10 (Anordnung 1) und diso = 21,6 ppm, CQ = 2,68 MHz, hQ = 0,06 (Anordnung 2) verwendet
Links: Illustration des Einbaus von Phosphationen in der Kristallstruktur von Belit durch Substitution für die (SiO4)4--TetraederRechts: Inversion-Recovery-31P-MAS-NMR-Spektren von weißem Portlandzement, die zeigen, dass in Alit und Belit eingearbeitete Phosphationen durch ihre unterschiedlichen Spin-Gitter-Relaxationszeiten unterschieden werden können
Links: Illustration des Einbaus von Phosphationen in der Kristallstruktur von Belit durch Substitution für die (SiO4)4--TetraederRechts: Inversion-Recovery-31P-MAS-NMR-Spektren von weißem Portlandzement, die zeigen, dass in Alit und Belit eingearbeitete Phosphationen durch ihre unterschiedlichen Spin-Gitter-Relaxationszeiten unterschieden werden können

Mittels Festkörper-NMR-Spektroskopie lässt sich die Aufnahme von Gast-Ionen bei Nebenbestandteilen in den Klinkerphasen von Portlandzementen identifizieren. Teil 2 des Artikels zeigt weitere Beispiele möglicher Element-Charakterisierungen.

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ZKG 06/2013

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ZKG 06/2013

Ressort:  Materials
Abonnement Inhaltsverzeichnis

TEXT Prof. Dr. Jørgen Skibsted1*, Dr. Tine F. Sevelsted1,2, Dr. Søren L. Poulsen1,3 and Dr. Thuan T. Tran1,4
1 Instrument Centre for Solid-State NMR Spectroscopy, Aarhus University, Aarhus/Denmark
2 Conelto ApS, Give/Denmark
3 The Danish Technological Institute, Taastrup/Denmark
4 Aalborg Portland, Cementir Holding, Aalborg/Denmark
* Correspondance to:

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