Mikroskopische Untersuchungen zur Gefügestruktur

Die korrodierten Mörtel unterscheiden sich rein optisch kaum von den unkorrodierten Mör-teln. Für eine genauere Betrachtung der Gefügestruktur wurden mikroskopische Untersuchungen an Dünnschliffen mittels Polarisationsmikroskop und an Bruchflächen mit-tels REM vorgenommen. Zur Berücksichtigung der unterschiedlichen Extreme der Porosität bzw. Porenstruktur erfolgten die Untersuchungen an den Mörteln REF-0, REF-1 und REF-2. Es wurde jeweils unkorrodiertes und korrodiertes Material im Vergleich betrachtet.

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Abbildung 5-33 und 5-34 zeigen Dünnschliffe in 100- bzw. 400-facher Vergrößerung. Der Vergleich der unkorrodierten Mörtel zeigt Gefügeunterschiede in Abhängigkeit von der Po-rosität. Während das Gefüge von REF-2 sehr dunkel und dicht erscheint, sind bei REF-0 einzelne helle Punkte und bei REF-1 helle Punkte in größerer Anzahl zu erkennen. Die hellen Punkte deuten auf Poren im größeren Kapillarporenbereich hin. Ein Vergleich mit den korro-dierten Mörteln zeigt eine deutliche Zunahme der hellen Bereiche durch die Korrosion. Die Unterschiede zwischen den Mörteln in Abhängigkeit von ihrem Ausgangszustand ist weiter-hin zu erkennen. Während bei REF-2 noch die schwarzen Anteile im Gefüge dominieren, sind bei REF-0 und REF-1 deutlich mehr helle Anteile vorhanden. Es ist davon auszugehen, dass sich die Porenstruktur der verschiedenen Mörtel auch im korrodierten Zustand klar von-einander unterscheidet.

Abbildung 5-35 zeigt REM-Aufnahmen der Mörtel in 500-facher Vergrößerung. Das Gefüge des unkorrodierten REF-2 wirkt sehr dicht und glatt. Es sind klare Bruchkanten erkennbar.

Das Gefüge von REF-0 wirkt dagegen rauer und unebener. Weiterhin sind kleine schwarze Punkte zu erkennen, die auf Poreneingänge hindeuten. REF-1 weist eine unregelmäßige Struktur auf. Hier sind die genannten schwarzen Punkte in größerer Menge vorhanden. Ein Vergleich mit den korrodierten Mörteln zeigt jeweils eine Auflockerung, wobei die Unter-schiede zwischen den Mörteln noch zu erkennen sind. Das Gefüge von REF-2 ist weiterhin verhältnismäßig dicht und stabil. Dagegen wirken die korrodierten Mörtel REF-0 und REF-1 zerklüftet und instabil. Besonders REF-1 weist eine geröllartige Struktur auf.

REF-2 (0,25) REF-0 (0,45) REF-1 (0,70)

Abbildung 5-33: Dünnschliffe der Mörtel REF-0, REF-1 und REF-2 bei 100-facher Vergrößerung (Länge des Maßstabs-balkens = 200 µm) (oben: unkorrodiert; unten: korrodiert), NH4NO3-480 [39]

unkorrodiert

korrodiert

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REF-2 (0,25) REF-0 (0,45) REF-1 (0,70)

Abbildung 5-34: Dünnschliffe der Mörtel REF-0, REF-1 und REF-2 bei 400-facher Vergrößerung (Länge des Maßstabs-balkens = 50 µm) (oben: unkorrodiert; unten: korrodiert), NH4NO3-480 [39]

REF-2 (0,25) REF-0 (0,45) REF-1 (0,70)

Abbildung 5-35: REM-Aufnahmen der Mörtel REF-0, REF-1 und REF-2 bei 500-facher Vergrößerung (Länge des Maßstabs-balkens = 20 µm) (oben: unkorrodiert; unten: korrodiert)

5.2.5 Porosität und Porenstruktur

Zur Charakterisierung der Porositätseigenschaften der korrodierten Mörtel wurden MIP-Untersuchungen an vollständig korrodierten Proben durchgeführt. Abbildung 5-36 zeigt die Porenradienverteilung der Mörtel im Vergleich. In Tabelle 5-5 sind die MIP-Porositäten auf-geführt. Die Porosität der Mörtel ist allgemein deutlich gestiegen, wobei die Abhängigkeit von der Ausgangsporosität weitgehend erhalten bleibt. REF-0 und REF-3 weisen allerdings keine deutlichen Unterschiede mehr auf. Auch ein Vergleich der prozentualen Porositätszu-nahme zeigt eine Abhängigkeit von der Ausgangsporosität. So weisen die Mörtel REF-2 und

unkorrodiert

unkorrodiert korrodiert

korrodiert

REF-4 mit 120 bzw. 147 % deutlich höhere Zunahmen auf als die Mörtel REF-1 und REF-3 mit 41 bzw. 52 %. Der Referenzmörtel REF-0 liegt mit 96 % dazwischen. Das Verhältnis der MIP-Porositäten der verschiedenen Mörtel halbiert sich von 2,7 auf 1,3. Da bei der Betrachtung der Porositätsänderungen besonders der Zementstein von Interesse ist, sind in Tabelle 5-6 die MIP-Porositäten bezogen auf den Zementsteinanteil im Mörtel dargestellt. Veränderliche Poreneigenschaften innerhalb des Zementsteins wie die Kontaktzone zur Gesteinskörnung werden dabei vernachlässigt. Die MIP-Porositäten der verschiedenen Zementsteine im kor-rodierten Zustand liegen mit 58,3 Vol.-% (REF-3) und 66,0 Vol.-% (REF-0) sehr dicht beieinander. Nur REF-2 weicht mit einem geringen Wert von 46,4 Vol.-% deutlich ab.

Abbildung 5-36: Porenradienverteilung der korrodierten Mörtel (links: kumulativ; rechts: differentiell)

Tabelle 5-5: MIP-Porositäten der korrodierten und unkorrodierten Mörtel bezogen auf das Gesamtvolumen

REF-0 REF-1 REF-2 REF-3 REF-4 (0,45) (0,70) (0,25) (0,60) (0,35) MIP-Porosität ϕMIP unkorrodiert [Vol.-%] 13,6 20,2 7,6 17,6 9,4 MIP-Porosität ϕMIP korrodiert [Vol.-%] 26,7 28,5 16,7 26,8 23,2

Porositätszunahme [%] 96 41 120 52 147

Tabelle 5-6: MIP-Porositäten der korrodierten und unkorrodierten Mörtel bezogen auf den Zementsteinanteil

REF-0 REF-1 REF-2 REF-3 REF-4 (0,45) (0,70) (0,25) (0,60) (0,35)

Zementsteinanteil [m³/m³] 0,42 0,47 0,36 0,46 0,38

MIP-Porosität ϕMIP unkorrodiert [Vol.-%] 32,4 43,0 21,1 38,3 24,7 MIP-Porosität ϕMIP korrodiert [Vol.-%] 66,0 60,6 46,4 58,3 61,1

Abbildung 5-36 (rechts) zeigt das differentielle Porenvolumen der korrodierten Mörtel im Vergleich. Für eine nähere Betrachtung der deutlichen Unterschiede sind in Abbildung 5-37 die Porenvolumina der Mörtel im Vergleich zum unkorrodierten Mörtel dargestellt. Bei allen Mörteln lassen sich deutliche Verschiebungen der Maxima zu größeren Porenradien sowie breitere Verteilungen feststellen. Keiner der Mörtel weist einen deutlichen Porenanteil im

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sehr feinen Bereich (< 4 nm) oder im groben Bereich (> 10 µm) auf. Allerdings verfügen alle korrodierten Mörtel über eine Schulter im Porenradienbereich von etwa 10 nm. Diese Schul-ter ist bei REF-0, REF-1 und REF-3 bereits im unkorrodierten Zustand vorhanden. Alle Mörtel weisen im korrodierten Zustand zwei Maxima auf, wobei sich die Verhältnisse und Porenra-dienbereiche klar unterscheiden. Während REF-1 im unkorrodierten Zustand noch zwei etwa gleich hohe recht breite Maxima aufweist, sind im korrodierten Zustand ein höheres, breites Maximum bei 1,0 - 1,6 µm und ein deutlich kleineres bei etwa 100 nm zu erkennen. REF-3 verfügt im unkorrodierten Zustand über ein breites Maximum. Im korrodierten Zustand sind dagegen zwei Maxima vorhanden: ein kleineres, breites im Bereich von etwa 100 nm und ein größeres, schmales bei etwa 1,5 µm. Die Maxima von REF-1 und REF-3 liegen somit im glei-chen Bereich. Auch die Porenradienverteilung des korrodierten REF-0 stimmt weitgehend mit REF-1 und REF-3 überein, ist aber etwas in Richtung kleinerer Radien verschoben. Ein kleineres Maximum liegt bei etwa 70 nm und ein größeres bei etwa 1,0 µm. Im unkorrodier-ten Zustand weist der Mörtel nur ein eindeutiges Maximum bei einem deutlich geringeren Durchmesser von etwa 30 nm auf. Die unkorrodierten Mörtel REF-4 und REF-2 verfügen über ähnliche Porenradienverteilungen. Im korrodierten Zustand weist REF-4 allerdings zwei etwa gleich große Maxima bei etwa 55 nm und 0,3 - 0,4 µm auf. Bei REF-2 ist kein deutliches Ma-ximum erkennbar, sondern eher ein Plateau im Bereich von etwa 40 - 150 nm mit kleinen Spitzen.