4.3 Festmörteleigenschaften
4.3.2 Trockenrohdichte, Porosität mittels Wasseraufnahme, Druckfestigkeit
Die Trockenrohdichte, die Porosität mittels freier Wasseraufnahme und unter Vaku-um / Druck (offene Porosität) sowie die Druckfestigkeit wurden für alle Mörtel bestimmt. Die Wasserdampfdiffusionswiderstandszahl wird nur für REF-0‘ angegeben. Für die Simulationen wird dieser Wert näherungsweise auch für die anderen Mörtel verwendet. Zusammenfas-sungen der Ergebnisse sind in Tabelle 4-4 dargestellt.
REF-0‘ und REF-A weisen bei allen Eigenschaften nahezu identische Werte auf. REF-D verfügt über höhere Porositätswerte und dementsprechend über eine geringere Trockenrohdichte sowie eine geringere Druckfestigkeit. Bei KOM-M tritt dieser Zusammenhang noch deutlicher in Erscheinung. Die Mörtel weisen jeweils ein ähnliches Verhältnis zwischen MIP-Porosität, freier Wasseraufnahme und offener Porosität auf. KOM-P hingegen verfügt über eine höhere Differenz zwischen freier Wasseraufnahme bzw. offener Porosität und MIP-Porosität.
KOM-M weist im Vergleich eine geringere Trockenrohdichte und eine deutlich niedrigere Druckfestigkeit auf.
Bei REF-0 und seinen Variationen REF-1 bis REF-4 ist der Einfluss des w/z-Werts deutlich zu erkennen. Während die freie Wasseraufnahme, die offene Porosität sowie die MIP-Porosität mit zunehmendem w/z-Wert steigen, nehmen die Trockenrohdichte und die Druckfestigkeit ab.
0 5 10 15 20 25
0,001 0,01 0,1 1 10 100 1000
Kumulatives Volumen [Vol.-%]
Porenradius [µm]
REF-1 REF-3 REF-0 REF-4 REF-2
0 5 10 15 20 25 30
0,001 0,01 0,1 1 10 100 1000
Differentielles Volumen [Vol.-%]
Porenradius [µm]
REF-1 REF-3 REF-0 REF-4 REF-2
62 4.3 Festmörteleigenschaften
Tabelle 4-4: Trockenrohdichte, Porosität und Druckfestigkeit aller Mörtel
REF-0‘ REF-A REF-D KOM-M KOM-P
Zur Ermittlung der Feuchtespeicherfunktion wurde experimentell die Desorptions- und Ad-sorptionsisotherme des Referenzmörtels REF-0‘ erfasst. Als Endpunkt der Feuchte-speicherfunktion diente die freie Wasseraufnahme. Da im Rahmen der Simulationsberech-nungen mit Transreac nur eine Sorptionsisotherme ohne Berücksichtigung einer Hysterese verwendet werden kann, erfolgte eine Mittelwertbildung aus Desorptions- und Adsorptions-isotherme. Für die Mörtel REF-0, REF-1 und REF-2 wurden diese Ergebnisse als Grundlage für eine Näherung verwendet. Es wurde angenommen, dass der prinzipielle Verlauf der Sorp-tionsisothermen aller betrachteten Mörtel ähnlich ist. Auf Basis der freien Wasseraufnahme der verschiedenen Mörtel wurde die gemittelte Sorptionsisotherme von REF-0‘ gestreckt bzw. gestaucht. Die Ergebnisse sind in Abbildung 4-3 dargestellt.
Abbildung 4-3: Feuchtespeicherfunktion (links: experimentell für REF-0‘; rechts: Anpassung für REF-0, REF-1 und REF-2)
0
4.3.4 Kapillare Wasseraufnahme
Die kapillare Wasseraufnahme wurde für alle Mörtel untersucht. Der Verlauf über die Wur-zel der Zeit ist in Abbildung 4-4 dargestellt. Die Wasseraufnahmekoeffizienten werden in Tabelle 4-5 angegeben.
Die Mörtel REF-0‘ und REF-A stimmen in ihrer kapillaren Wasseraufnahme gut überein. Die Kurven verlaufen annähernd identisch und die Mörtel weisen einen Wasseraufnahmekoeffi-zienten von 0,77 bzw. 0,90 kg/m2h0,5 auf. Das Abdichtungsmittel zeigt somit keinen Einfluss auf die kapillare Wasseraufnahme. Bei REF-D ist der sehr niedrige Verlauf der Wasserauf-nahme sowie der geringe WasseraufWasserauf-nahmekoeffizient von 0,27 kg/m2h0,5 ein deutlicher Hinweis auf die Wirkung des Dichtungsmittels. Während KOM-M mit einem Wasseraufnah-mekoeffizienten von 0,90 kg/m2h0,5 einen ähnlichen Wert wie REF-0‘ zeigt, verfügt KOM-P mit 0,17 kg/m2h0,5 über eine noch geringere Wasseraufnahme als REF-D. Die Ursache wird in der enthaltenen Kunststoffvergütung gesehen (s. Tabelle 4-1).
Beim Vergleich von REF-0 und seinen Variationen REF-1 bis REF-4 zeigt sich eine stark zu-nehmende Wasseraufnahme mit steigendem w/z-Wert. REF-1 und REF-3 weisen deutlich höhere Verläufe auf als REF-0 (0,88 kg/m2h0,5) und besitzen einen Wasseraufnahmekoeffi-zienten von 1,73 bzw. 1,45 kg/m2h0,5. REF-2 und REF-4 zeigen deutlich niedrigere Verläufe und haben Wasseraufnahmekoeffizienten von 0,11 bzw.0,43 kg/m2h0,5.
Abbildung 4-4: Kapillare Wasseraufnahme aller Mörtel
Tabelle 4-5: Wasseraufnahmekoeffizienten aller Mörtel (Werte nach 24 bzw. 8 Stunden)
REF-0‘ REF-A REF-D KOM-M KOM-P Wasseraufnahmekoeffizient wkap [kg/m2h0,5] 0,77 0,90 0,27 0,91 0,17
REF-0 REF-1 REF-2 REF-3 REF-4 (0,45) (0,70) (0,25) (0,60) (0,35) Wasseraufnahmekoeffizient wkap [kg/m2h0,5] 0,88 1,73* 0,11 1,45* 0,43
*Da die Steighöhe nach 24 Stunden bereits der Probekörperhöhe entsprach und die Wasseraufnahme einen eindeutigen Knick aufzeigt, wurde der Wert nach 8 Stunden gewählt.
0
64 4.3 Festmörteleigenschaften
Im Hinblick auf die Korrosionsversuche sowie die Simulationsberechnungen über einen Zeit-raum von bis zu einem Jahr wurden zusätzliche Messungen der kapillaren Wasseraufnahme im Alter von 28 + 350 Tagen bzw. 28 + 270 Tagen durchgeführt. Hiermit sollte eine mögliche Veränderung der Gefügestruktur mit Auswirkungen auf den Kapillartransport untersucht werden (z.B. durch eine Nachhydratation). Bis zum Trocknungsbeginn waren die Mörtel was-sergelagert. Die Ergebnisse sind in Abbildung 4-5 und 4-6 dargestellt. Die Mörtel REF-0‘, REF-A, REF-D und KOM-P zeigen auch im hohen Alter ein ähnliches Wasseraufnahmeverhal-ten wie nach 28 Tagen. Es ist davon auszugehen, dass die Gefügestruktur der Mörtel keine deutlichen Änderungen aufweist. KOM-M jedoch verfügt bei der zweiten Messung über eine stark verminderte Wasseraufnahme. Hier ist von einer Nachhydratation auszugehen, die auf den Trassmehl-Gehalt zurückgeführt werden kann (s. Tabelle 4-1). Auch die Mörtel REF-1 bis REF-4 zeigen kaum Abweichungen im Wasseraufnahmeverhalten. Bei ihnen ist ebenfalls da-von auszugehen, dass die Gefügestruktur keine deutlichen Änderungen aufweist, d.h. nach einer Hydratationsdauer von etwa 28 Tagen annähernd konstant ist.
Abbildung 4-5: Kapillare Wasseraufnahme im Alter von 28 d + 350 d von REF-0‘, REF-A und REF-D (links) und KOM-M und KOM-P (rechts)
Abbildung 4-6: Kapillare Wasseraufnahme im Alter von 28 d + 270 d von REF-1, REF-2, REF-3 und
Weiterhin wurde neben der kapillaren Wasseraufnahme auch die kapillare Lösungsaufnah-me der für die Korrosionsversuche verwendeten Lösungen untersucht und ein Lösungs-aufnahmekoeffizient ermittelt. Dies ist im Hinblick auf die Simulationen von Bedeutung.
Aufgrund der Übertragbarkeit der Ergebnisse erfolgten diese Untersuchungen nur am Refe-renzmörtel. Da der Mörtel zu einem anderen Zeitpunkt hergestellt und somit geringfügig in seinen Eigenschaften abweicht, wird er mit REF-0‘‘ bezeichnet. Als Lösungen kamen Salzsäu-re (pH 3), SchwefelsäuSalzsäu-re (pH 3) und Ammoniumnitratlösung (50 g NH4NO3/l) zum Einsatz.
Der Verlauf der kapillaren Lösungsaufnahme sowie die ermittelten Wasser- bzw. Lösungs-aufnahmekoeffizienten sind in Abbildung 4-7 dargestellt. Es ist deutlich zu erkennen, dass der Verlauf der Kurven annähernd gleich ist und die Wasser- bzw. Lösungsaufnahmekoeffi-zienten kaum Unterschiede zeigen. Die Untersuchungen bestätigen somit, dass die Lösungsaufnahme in den Simulationsberechnungen unter Verwendung der Wasseraufnah-mekoeffizienten ausreichend genau erfasst wird.
Lösungsaufnahmekoeffizienten wkap
[kg/m2h0,5] Wasser HCl-
pH3
H2SO4- pH3
NH4NO3- 50
0,96 0,93 0,93 0,89
Abbildung 4-7: Kapillare Lösungsaufnahme von REF-0‘‘ (links: Verlauf, rechts: Lösungsaufnahmekoeffizienten)
4.3.5 Diffusion gelöster Teilchen
Der Bromid-Diffusionskoeffizient wurde für alle Mörtel außer REF-A und KOM-P bestimmt.
Die experimentell mittels µ-RFA sowie rechnerisch mittels Transreac ermittelten Bromid-Verteilungskurven befinden sich in Abbildung A-1 (Anhang). Eine Zusammenstellung der dar-aus abgeleiteten Diffusionskoeffizienten ist in Tabelle 4-6 dargestellt.
REF-D besitzt mit 0,7 ∙ 10-11 m2/s einen etwas geringeren Diffusionskoeffizienten als REF-0‘
mit 0,9 ∙ 10-11 m2/s. Beim kommerziellen Mörtel KOM-M wurde dagegen mit 1,4 ∙ 10-11 m2/s ein deutlich höherer Diffusionskoeffizient ermittelt.
Beim Vergleich von REF-0 und seinen Variationen REF-1 bis REF-4 zeigt sich eine Zunahme des Diffusionskoeffizienten mit steigendem w/z-Wert. REF-1 und REF-3 weisen mit 1,7 bzw.
1,5 ∙ 10-11 m2/s höhere Diffusionskoeffizienten auf als REF-2 und REF-4 mit 0,3 bzw. 0,5 ∙ 10-11 m2/s. Der Referenzmörtel REF-0 liegt mit 1,0 ∙ 10-11 m2/s dazwischen.
0 1 2 3 4 5
0 1 2 3 4 5
Kapillare Lösungsaufnahme [kg/m²]
Zeit [h0,5] Wasser
HCl-pH3 H2SO4-pH3 NH4NO3-50