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Über dieses Buch

Ali Masoudi Alavi untersucht die kristallinen Reaktionsprodukte bei der chemischen Härtung von Natrium- und Kalium-Wassergläsern mit Aluminium-Tetrametaphosphat. Der Autor findet dabei Hinweise auf den Härtungsmechanismus und zeigt, dass die Härtungsreaktion in zwei Stufen erfolgt. Im ersten Schritt findet eine Ionen-Austausch-Reaktion zwischen den Alkali-Ionen des Wasserglases und Aluminium-Ionen des Metaphosphats statt. In einem zweiten Schritt erfolgt die mehrstufige Depolymerisation der cyclischen Phosphat-Strukturen hin zu Alkali-Hydrogenphosphaten als finales Depolymerisationsprodukt.

Inhaltsverzeichnis

Frontmatter

Kapitel 1. Einleitung und Zielsetzung

Zusammenfassung
Das Ziel der vorliegenden Masterarbeit besteht in dem grundlegenden Verständnis der Härtungsreaktion von Natrium- und Kalium-Wassergläsern mit dem chemischen Härter Aluminium-Tetrametaphosphat. Es soll der Einfluss der Wasserglas-Struktur und der Natur des AlkaliIons auf die entstehenden kristallinen Phasen innerhalb der Bindermatrix untersucht und Korrelationen festgestellt werden. Als Einflussgröße wurden die Art des Wasserglases, der Feststoffgehalt, das Alkalimo-dul sowie die Qn-Verteilung der Silikat-Spezies untersucht und miteinander in Wechselwirkung gestellt.
Ali Masoudi Alavi

Kapitel 2. Stand der Wissenschaft und Technik

Zusammenfassung
Bei Wasserglas handelt es sich um ein Alkali-silikatisches Sol bzw. eine kolloidale Alkalisilikat-Lösung, vorwiegend des Natriums und des Kaliums (seltener auch des Lithiums), mit der allgemeinen Summenformel x M2O • y Si2O • z H2O. Die im Sol enthaltenen, unterschiedlich stark koordinierten Silikat-Strukturen liegen mit der Primärpartikelgröße im Bereich von ca. 10 nm bis hin zu einigen μm vor. Der pH-Wert ist stark alkalisch durch den Eintrag der Alkali-Ionen, welcher einen signifikanten Einfluss auf die Verteilung struktureller Silikat-Einheiten innerhalb des Wasserglases sowie deren Stabilität hat. Durch die alkalische Umgebung im Wasserglas, mit einem typischen pH-Wert-Bereich von ca. 10,5 bis 13,5, erfolgt eine elektrostatische Stabilisierung durch die repulsiven Wechselwirkungen der negativ geladenen Oberflächen.
Ali Masoudi Alavi

Kapitel 3. Experimentelle Durchführung

Zusammenfassung
Bei den eingesetzten Wassergläsern handelt es sich um Produkte der Betol-Reihe der Firma Wöllner. Es wurden drei Natrium-Wassergläser und drei Kalium-Wassergläser untersucht. Die Gewichtsverhältniszahl der Wassergläser wurde vom Hersteller angegeben. Die Molverhältniszahlen wurden durch die jeweiligen molaren Massen von Na2O bzw. K2O und SiO2 aus den Gewichtsverhältniszahlen berechnet.
Ali Masoudi Alavi

Kapitel 4. Ergebnisse

Zusammenfassung
In Abbildung 16 und 17 sind die Pulverdiffraktogramme der Natrium-Wasserglas bzw. Kalium-Wasserglas-Binder mit 30 Gew.-% Aluminium-Tetrametaphosphat dargestellt. Die qualitative Zuordnung der kristallinen Phasen erfolgte durch Abgleich mit den jeweiligen indizierten Phasen aus der ICDD PDF 2014 Datenbank. Die grafische Darstellung der qualitativen Auswertung der kristallinen Phasen erfolgte mit der Software Diffrac.Suite EVA 4.2.0 von Bruker.
Ali Masoudi Alavi

Kapitel 5. Diskussion

Zusammenfassung
Die Wechselwirkung zwischen dem Gehalt an Netzwerkwandlern im Wasserglas und dem Vernetzungszustand der Silikat-Struktur lässt vermuten, dass mit steigendem M2O-Gehalt der Anteil an hoch vernetzten Bausteinen abnimmt, da durch die Alkalien Si-O-Si-Bindungen aufgebrochen werden und damit die freie Sauerstoff-Bindung durch das jeweilige Alkali-Ion koordiniert wird. Bei den Natrium-Wassergläsern korreliert der relative Anteil an Q4 mit der Konzentration an Alkalien. Je höher das Alkalimodul, desto geringer die Menge an Q4.
Ali Masoudi Alavi

Kapitel 6. Zusammenfassung

Zusammenfassung
In dieser Arbeit wurde der Einfluss verschiedener Natrium- und Kalium-Wassergläser auf die Entstehung kristalliner Reaktionsprodukte bei der chemischen Härtung mit dem zyklischen Aluminium-Tetrametaphosphat untersucht. Die Wassergläser mit unterschiedlichen MVZ wurden zunächst auf deren Koordinationszustände der SiO4-Tetrader gemäß der chemischen Verschiebung der Qn-Einheiten mittels 29Si-NMR-Sprektroskopie untersucht. Die dabei verwendete RIDE Pulsse-quenz konnte das breite Silizium-Signal des NMR-Probenkopfes fast vollständig eliminieren und nach Referenzieren mit einer Leerprobe durch Subtraktion beider Spektren die Qn-Verteilung der SiO4-Einheiten in den Wassergläsern auflösen.
Ali Masoudi Alavi

Kapitel 7. Ausblick

Zusammenfassung
Um die neuen Erkenntnisse über den Abbindungsmechanismus von Wassergläsern durch chemische Härtung mit Aluminium-Tetrametaphosphat zu erweitern und die Vermutungen weiter zu belegen ist es notwendig, die röntgenamorphe Binderstruktur näher zu untersuchen. Durch die fehlende strukturelle Ordnung dieser Phasen, kann mittels der Röntgendiffraktometrie keine Aussage hierzu getroffen werden. Eine Möglichkeit, den strukturellen Aufbau amorpher Systeme und Glasstrukturen zu ermitteln, stellt die Festkörper NMR-Spektroskopie dar.
Ali Masoudi Alavi

Backmatter

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