Untersuchung von Gast-Ionen-Aufnahme
in Portlandzement – Teil 1

Instrument Centre for Solid-State NMR Spectroscopy, Aarhus University/Denmark
19F-MAS-NMR-Spektrum (7,05 T) eines Fluorid-mineralisierten, kommerziellen, weißen Portlandzementes, gemessen bei einer Rotationsgeschwindigkeit von nR = 10 kHz. Die Klinker enthielten 0,04 Gew.-% Fluor (vor der CaF2-Zugabe) und 0,23, 0,36, und 0,77 Gew.-% Fluor nach dem zweiten Brennvorgang
19F-MAS-NMR-Spektrum (7,05 T) eines Fluorid-mineralisierten, kommerziellen, weißen Portlandzementes, gemessen bei einer Rotationsgeschwindigkeit von nR = 10 kHz. Die Klinker enthielten 0,04 Gew.-% Fluor (vor der CaF2-Zugabe) und 0,23, 0,36, und 0,77 Gew.-% Fluor nach dem zweiten Brennvorgang
Radiofrequenz-Puls-Sequenz für (a) ein I → S-Kreuzpolarisations-(CP)-Experiment und (b) ein Rotational-Echo-Double-Resonance-(REDOR)-Experiment [21], beginnend mit einer 19F → 29Si-CP-Sequenz, um gezielt die 29Si-Spins anzuregen, die über ein Dipolmoment mit dem 19F verbunden sind. Der π/2- und π-Puls (typischerweise im Bereich 5-10 μs) rotiert die Magnetisierung um 90° bzw. 180°, während x und y die jeweilige relative Phase beschreiben. Die Kontaktzeit in der CP-Sequenz ist mit tCP angegeben und typischerweise in der Größenordnung von 0,5-5,0 ms
Radiofrequenz-Puls-Sequenz für (a) ein I → S-Kreuzpolarisations-(CP)-Experiment und (b) ein Rotational-Echo-Double-Resonance-(REDOR)-Experiment [21], beginnend mit einer 19F → 29Si-CP-Sequenz, um gezielt die 29Si-Spins anzuregen, die über ein Dipolmoment mit dem 19F verbunden sind. Der π/2- und π-Puls (typischerweise im Bereich 5-10 μs) rotiert die Magnetisierung um 90° bzw. 180°, während x und y die jeweilige relative Phase beschreiben. Die Kontaktzeit in der CP-Sequenz ist mit tCP angegeben und typischerweise in der Größenordnung von 0,5-5,0 ms
29Si{19F}-CP/MAS-NMR-Spektren (7,05 T) eines Fluorid-mineralisierten Klinkers mit 0,23, 0,47 und 0,77 Gew.-% Fluor, aufgenommen mit einer Rotationsgeschwindigkeit von nR = 3,0 kHz und einer Si-F-CP-Kontaktzeit von tCP = 2,0 ms
29Si{19F}-CP/MAS-NMR-Spektren (7,05 T) eines Fluorid-mineralisierten Klinkers mit 0,23, 0,47 und 0,77 Gew.-% Fluor, aufgenommen mit einer Rotationsgeschwindigkeit von nR = 3,0 kHz und einer Si-F-CP-Kontaktzeit von tCP = 2,0 ms
29Si-MAS-NMR-Spektrum (7,05 T, nR = 7,0 kHz) eines Fluorid-mineralisierten Portlandzementklinkers mit 0,32 Gew.-% Fluor (a). Die optimierte Dekonvolution des Spektrums in (b), unter Verwendung der Teilspektren für Belit (c) und des monoklinen MIII-Polymorphs für Alit (d)
29Si-MAS-NMR-Spektrum (7,05 T, nR = 7,0 kHz) eines Fluorid-mineralisierten Portlandzementklinkers mit 0,32 Gew.-% Fluor (a). Die optimierte Dekonvolution des Spektrums in (b), unter Verwendung der Teilspektren für Belit (c) und des monoklinen MIII-Polymorphs für Alit (d)
(a) 27Al-MAS- und (b) 27Al{19F}-CP/MAS-NMR-Spektrum (7,05 T, nR = 5,0 kHz) eines Fluorid-mineralisierten Portland­zementklinkers mit 0 77 Gew.-% Fluor. Die Sterne weisen auf die Rotations-Seitenbänder hin
(a) 27Al-MAS- und (b) 27Al{19F}-CP/MAS-NMR-Spektrum (7,05 T, nR = 5,0 kHz) eines Fluorid-mineralisierten Portland­zementklinkers mit 0 77 Gew.-% Fluor. Die Sterne weisen auf die Rotations-Seitenbänder hin
Kristallstruktur des triklinen Ca3SiO5 [20]. Die Si(Ob)4-Einheiten sind als blaue Tetraeder, Zwischengitter-Sauerstoffatome (Oi) als rote Kugeln und Ca2+-Ionen als graue Kugeln dargestellt
Kristallstruktur des triklinen Ca3SiO5 [20]. Die Si(Ob)4-Einheiten sind als blaue Tetraeder, Zwischengitter-Sauerstoffatome (Oi) als rote Kugeln und Ca2+-Ionen als graue Kugeln dargestellt
Links: Alit-Kristallstruktur (Ca3SiO5). Die Pfeile illustrieren den doppelten Austauschmechanismus von Fluorid- und Aluminium-Ionen
Links: Alit-Kristallstruktur (Ca3SiO5). Die Pfeile illustrieren den doppelten Austauschmechanismus von Fluorid- und Aluminium-Ionen
Rechts: 27Al-Multiple-Quantum-(MQ)-MAS-NMR-Spektrum eines Sulfat-mineralisierten Portlandzementes
Rechts: 27Al-Multiple-Quantum-(MQ)-MAS-NMR-Spektrum eines Sulfat-mineralisierten Portlandzementes

Die Festkörper-NMR-Spektroskopie ist ein wertvolles Werkzeug zur Identifikation und strukturellen Charakterisierung der Gast-Ionen-Aufnahme von Nebenbestandteilen in den Klinkerphasen von Portlandzementen. Je nach Anordnung der Ionen können die physikalischen und chemischen Eigenschaften der Materialien beeinflusst werden. Teil 1 des Beitrags zeigt die experimentellen Untersuchungsmethoden und Details.

1 Einleitung

Kernspinresonanzspektroskopie-Techniken (NMR) wurden in den letzten 30 Jahren zunehmend für die Untersuchung von zementartigen Materialien eingesetzt [1-3]. Die wesentlichen Vorteile der Messungen sind die elementspezifische Analyse, die erlaubt, dass nur ein Isotop (z. B. 1H, 19F, 27Al, 29Si and 35Cl) pro Messung detektiert wird [2,4], sowie die Tatsache, dass die Resonanzen der Eigendrehimpulse (Spin) der Isotope Informationen über die lokale Ordnung und/oder dynamische Effekte enthalten. Amorphe und kristalline Phasen werden gleichermaßen nachgewiesen, wodurch NMR-Techniken...
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ZKG 04/2013

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ZKG 04/2013

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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