Aufklärung dauerhaftigkeitsrelevanter Transportphänomene in Beton durch Optimierung der ortsaufgelösten mikrochemischen Analyse mit Laserablations-ICP-MS
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Die ortsaufgelöste Elementanalytik an Baustoffoberflächen spielt eine immer größere Rolle. Dies betrifft nicht nur das Thema Sichtbeton. Deutlich breiter sind die Fragestellungen bei den Untersuchungen an Betonschnitten und -schliffen. Hier steht die Untersuchung der reaktiven Phasen, aber auch der Verteilung verschiedener Elemente über das Porensystem des Betons im Vordergrund des Interesses. Dabei kann sowohl ein Eindringen von außen (z. B. Na und Cl aus Tausalz) oder auch ein Auslaugen (z. B. von Schwermetallen) durch Lagerung in Wasser ursächlich sein. Während ersteres ein Schädigungspotential für den Beton (Stichwort Alkalikieselsäurereaktion) bedeutet, ist letzteres mehr vom Umweltstandpunkt von Interesse. Mit der Laserablations-ICP-MS (LA-ICP-MS) steht eine ortsauflösende Elementanalysentechnik zur Verfügung, die im Bereich der Baustoffe noch wenig eingesetzt wird. Durch die Kombination von hochaufgelösten Messungen an makroskopischen Proben (bis zu 10x10 cm2) und die Möglichkeit, eine Vielzahl von Elementen (auch sehr leichte) mit sehr niedrigen Nachweisgrenzen zu bestimmen, bieten sich hier sehr viele Anwendungsmöglichkeiten. Jedoch sind die Wechselwirkungen des Lasers mit dem Baustoff komplex. Um eine zuverlässige Anwendung an Betonoberflächen zu realisieren, wurde sich zunächst auf die Methodenoptimierung konzentriert und hier die spezifischen Besonderheiten der Wechselwirkungen dieses heterogenen, porösen Baustoffs Beton mit dem Laser des Messgerätes herausgearbeitet. Nach erfolgreicher Methodenoptimierung wurden die Untersuchungen auf die Übergangszone (ITZ) zwischen der Bindemittelmatrix und der Gesteinskörnung und deren Einfluss auf Transportphänomene konzentriert.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Determination of Heavy Metals in a Highly Porous Sorptive Filter Material of Road Runoff Treatment Systems with LA-ICP-MS. Water, Air, & Soil Pollution, 228(9).
Hilbig, H.; Huber, M.; Gmell, A. & Heinz, D.
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Laser-Ablation-ICP-MS for the Application on Concrete Structures – Quantitative Approaches GDCh-Monographie Bd. 52 (2017), S. 95-98
M. Decker, H. Hilbig & D. Heinz
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Laser ablation on concrete structures - How material parameter control the signal. 14th European Workshop on Laser Ablation, 26.- 29.06.2018, Pau, France
M.J. Decker, A. Gmell, H. Hilbig & D. Heinz
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Salt Migration in the Concrete Interfacial Zone – Investigations with Laser Ablation-ICP-MS. 20. IBAUSIL 2018, 12.-14. Sept. 2018, Weimar, 1- 1009 – 1-1014
M. Decker, D. Bauer, H. Hilbig & D. Heinz
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Calibration of Laser-Ablation-ICP-MS for the quantitative analysis of concretes. 15th International Congress on the Chemistry of Cement, Prague, Czech Republic, September 16–20, 2019
M. Decker, H. Hilbig & D. Heinz
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Der ungeladene Gast: Untersuchungen zu Salzanreicherungen auf Zementsteinoberflächen mittels LA-ICP-MS. GDCh-Monographie Bd. 54 (2019), S. 67-74
M.J. Decker, M. Behringer, H. Hilbig & D. Heinz
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Carbonated rankinite binder: effect of curing parameters on microstructure, strength development and durability performance. Scientific Reports, 10(1).
Smigelskyte, Agne; Siauciunas, Raimundas; Hilbig, Harald; Decker, Marco; Urbonas, Liudvikas & Skripkiunas, Gintautas
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LA-ICP-MS on hardened cement paste: laser-material interaction, signal formation and optimization of laser fluence. Materials and Structures, 54(4).
Decker, M.; Siegel, J.; Hilbig, H. & Heinz, D.
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Combined LA-ICP-MS and SEM-EDX analyses for spatially resolved major, minor and trace element detection in cement clinker phases. Cement and Concrete Research, 159, 106875.
Kleiner, Florian; Decker, Marco; Rößler, Christiane; Hilbig, Harald & Ludwig, Horst-Michael
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Dissertation. TU München, 2022: Optimierung der Laserablation-ICP-MS für mikrochemische Untersuchungen an zementgebundenen Bauwerkstoffen
Marco Decker
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Investigation of the Interfacial Transition Zone of Concrete in a Model System by LA-ICP-MS. 15th European Workshop on Laser Ablation, Bern, 2022
A. Stoklosa, H. Hilbig & A. Machner
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LA-ICP-MS as a method to study the Interfacial Transition Zone in a Concrete Model System. 4th International Conference on the Chemistry of Construction Materials (ICCCM), Karlsruhe, 26. – 28.09.2022
A. Stoklosa, H. Hilbig & A. Machner
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Diffusion potentials in saturated hardened cement paste upon chloride exposure. Materials and Structures, 56(5).
Ziehensack, Elke; Keßler, Sylvia; Angst, Ueli; Hilbig, Harald & Gehlen, Christoph
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Investigation of ion transport in hardened cement paste by LA‐ICP‐MS. ce/papers, 6(6), 1316-1323.
Stoklosa, Agnieszka; Hilbig, Harald & Machner, Alisa
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LA‐ICP‐MS and SEM‐EDX analyses for spatially resolved element detection in cement clinker phases. ce/papers, 6(6), 30-32.
Kleiner, Florian; Decker, Marco; Rößler, Christiane; Hilbig, Harald & Ludwig, Horst‐Michael
