Verbesserung der quantitativen Analyse von zementären Materialien mittels Festkörper-NMR

• Antragsteller: Privatdozent Dr.-Ing. Frank Bellmann; Dr. Harald Hilbig; Professor Dr. Dietmar Stephan
• Fachliche Zuordnung: Baustoffwissenschaften, Bauchemie, Bauphysik
• Förderung: Förderung von 2021 bis 2026
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 440340258

• Erstellungsjahr: 2025

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Im Rahmen des Forschungsvorhabens wurden Strategien zur Verbesserung der Analyse von zementären Materialien mittels Kernresonanzspektroskopie (nuclear magnetic resonance, NMR) entwickelt. Bei der Analyse der siliziumhaltigen Klinkerphasen Alit und Belit mittels 29Si MAS NMR wurde das bisher verwendete standardfreie Verfahren durch ein standardbasiertes Verfahren ersetzt. Damit ist es gelungen, bisherige systematische Fehler infolge einer Überbestimmung von Alit zu vermeiden. Das standardbasierte Verfahren kann auch für die Bestimmung des Hydratationsgrades an teilhydratisierten Alit/C-S-H Proben verwendet werden. Bei der Analyse von aluminiumhaltigen Phasen wie Hüttensand oder thermisch aktivierten Tonen mittels 27Al MAS NMR wurde ebenfalls ein neues Auswerteverfahren vorgeschlagen, welches auf der Zugabe eines internen Standards beruht und den Aufwand für die quantitative Auswertung der Spektren erheblich verringert. Es wurden Referenzmaterialien hergestellt, welche von anderen Laboren für die Qualitätskontrolle verwendet werden können. Neben den Untersuchungen zur Qualitätssicherung bei der quantitativen Analyse wurde die NMR in den beteiligten Laboren für eine Vielzahl von qualitativen und quantitativen Untersuchungen eingesetzt, welche von den Ergebnissen des Forschungsvorhabens nachhaltig beeinflusst wurden.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• Evolution of the particle size distribution of tricalcium silicate during hydration by synchrotron X-ray nano-tomography. Cement and Concrete Research, 156, 106769.
  Neubauer, J.; Sowoidnich, T.; Valentini, L.; Schulbert, C.; Naber, C.; Rößler, C.; DaSilva, J. & Bellmann, F.
  
• Mechanisms of carbonation hydration hardening in Portland cements. Cement and Concrete Research, 152, 106687.
  Zajac, Maciej; Irbe, Linda; Bullerjahn, Frank; Hilbig, Harald & Ben Haha, Mohsen
  
• Effect of aluminum on the structure of synthetic alkali-silica gels. Cement and Concrete Research, 166, 107088.
  Krüger, Miriam E.; Heisig, Anne; Hilbig, Harald; Eickhoff, Henrik; Heinz, Detlef & Machner, Alisa
  
• About the Colloidal Nature and the Osmotic Potential of ASR Products. RILEM Bookseries, 25-34. Springer Nature Switzerland.
  Giebson, Colin & Seyfarth, Katrin
  
• Acid attack on hydrated cement: effect of organic acids on the degradation process. Materials and Structures, 57(4).
  Hilbig, H.; Gutberlet, T. & Beddoe, R. E.