Ettringit

Ettringit ist ein Mineral mit der chemischen Zusammensetzung Ca₆Al₂[(OH)₁₂(SO₄)₃]·26 H₂O (oder 3CaO · Al₂O₃ · 3CaSO₄ · 32H₂O nach der in der Bauchemie üblichen oxidischen Schreibweise). Es handelt sich hierbei um ein sogenanntes wasserhaltiges Sulfat. Es ist auch als Woodfordite bekannt, wobei diese Bezeichnung vor allem im Baubereich unüblich ist. Die Bezeichnung nach der chemischen Zusammensetzung lautet Calciumsulfoaluminat.

Wichtig für die Festigkeitsentwicklung von Beton

Ettringit ist ein wichtiger Bestandteil bei der Hydratation von Zement und damit letztlich bedeutsam für die Festigkeitsentwicklung von Beton. Dem Frischbeton werden beim Mischen Sulfate (Gips oder Anhydrit) hinzugefügt, wobei durch Reaktion mit Tricalciumaluminat (C₃A) Ettringit gebildet und die Aushärtung verzögert wird. Sulfatfreier Zement hingegen härtet sofort aus. Die Ettringitbildung ist in dieser Phase gewollt und keineswegs problematisch.

Wichtig ist allerdings, dass die Sulfate möglichst vollständig zu Ettringit umgewandelt wurden. Ist die Temperatur bei der Wärmebehandlung zu hoch, dann werden die Sulfate nur physkalisch gebunden und nicht chemisch umgewandelt. Die Temperatur sollte daher möglichst unter 60°C gehalten werden. Verbleiben die Sulfate im ausgehärteten Beton kann dies zu Problemen führen, wenn die Reaktion zu einem späteren Zeitpunkt fortgesetzt wird.

Ettringit als „Zementbazillus“

Problematisch ist die Bildung von Ettringit auch dann, wenn der Beton bereits ausgehärtet und dann mit Sulfat-Ionen in Kontakt kommt. Dies kann vorkommen, wenn der Beton beispielsweise als Fundament im Baugrund liegt und dort sulfatreicher Boden oder sulfathaltiges Grundwasser vorliegt. Sulfathaltiges Grundwasser kann beispielsweise vorliegen, wenn der Baugrund geologisch bedingt aus Gips besteht oder das Grundwasser aus einem solchem Gebiet zuströmt. Unter bestimmten Bedingungen kommt es dann erneut zur Bildung von Ettringit. Die Reaktion führt dabei zu einer Verachtfachung des Volumens. Im starren Beton kann es durch immensen Kristallisationsdruck zu einer Zerstörung des Gefüges kommen. Abplatzungen und Risse sind die Folge. Dieses Phänomen ist auch als Sulfattreiben bekannt und Ettringit hat sich den unschmeichelhaften Namen „Zementbazillus“ eingefangen.

Ein Dargebot an Sulfat reicht nach Beobachtungen nicht aus, damit die Bildung von Ettringit eintritt. Abschließend sind die Voraussetzungen noch nicht geklärt, allerdings spielen wohl die Zusammensetzung des Betons und der pH-Wert der Porenlösung des Betons eine Rolle. Vorsichtshalber sollte bei betonaggresivem Wasser immer auf Zemente mit hohem Sulfatwiderstand gemäß DIN EN 197-1 zurückgegriffen werden. Sie tragen die Zusatzbezeichnung SR (für sulfate resisting). Ob ein betonaggressives Wasser vorliegt, das Ettringitbildung begünstigt, wird nach Maßgabe der Norm DIN 4030 bestimmt.

Nicht nur bei Beton kann Ettringit zum Problem werden. Muss die Tragfähigkeiten von Böden erhöht werden, kommen zur Bodenbehandlung oft Mischbindemittel oder Zemente zum Einsatz, um die Festigkeit zu erhöhen. Diese werden in den Boden eingefräst und reagieren mit dem dort vorhandenen Wasser. Enthalten die so verbesserten Böden Gips oder handelt es sich um Recycling-Baustoffe (RC-Material), die Gipsabfälle enthalten, dann kann auch hier die Bildung von Ettringit einsetzen. Unter Straßenbelegen oder Bodenplatten führt dies dann zu Hebungen, die zu massiven Schäden führen kann.