Keimbildung im System Calciumsulfatsubhydrate / Wasser

• Antragsteller: Dr. Yilmaz Sakalli
• Fachliche Zuordnung: Baustoffwissenschaften, Bauchemie, Bauphysik
• Förderung: Förderung von 2013 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 243237670

Die Keimbildung steuert den Verlauf der Hydratation von Calciumsulfathydraten. Weil dies die erste Stufe zur Bildung des Gipsgefüges darstellt, ist es von besonderer Bedeutung diesen Vorgang im Detail zu verstehen. Die Gefüge- und Festigkeitsentwicklung und die Hydratationsgeschwindigkeit werden durch die Keimbildung und -wachstum bestimmt und dadurch die Eigenschaften von Gipsbindern im Endgebrauch. Die Arbeiten im Rahmen des DFG-Projekt haben zum tiefen Verständnis des Keimbildungsprozesses beigetragen. Die Ergebnisse haben gezeigt, dass es sich um einen Mischkeimbildungsmechanismus (homogene und heterogene Keimbildung laufen parallel) handelt. Wegen der verschiedenen Lösungsgeschwindigkeiten, der Übersättigungsgrade und der unterschiedlichen Mengen an heterogenen Keimen laufen diese Mechanismen in dem realen System parallel, aber in wechselnden Verhältnissen ab. Um den Beitrag dieser Einzelprozesse besser verstehen zu können, werden verschiedene Modelexperimente durchgeführt, bei denen einzelne Parameter gezielt untersucht werden können. Um den Einfluss von unbekannten heterogenen Keimen, die in realen Systemen vorliegen, ausschließen zu können, wird zunächst der Einfluss der heterogenen Keimbildung auf die mittels Fällungsreaktion entstehende homogene Keimbildung durch den Einsatz von sehr gut definierten Impfkristallen untersucht. Im zweiten Schritt werden auch anderen Oberflächen, die in realen Systemen vorkommen, eingesetzt. Weiter werden die gewonnenen Erkenntnisse bei der Bestimmung des Einflüsse von heterogenen Keimbildung auf die realem System eingesetzt. Die Erkenntnisse, die aus den Ergebnissen des zweiten und dritten Arbeitspaketes gewonnen werden, werden bei der Durchführung des vierten Arbeitspaketes angewendet. Hierbei soll die Keimbildung in realen Systemen nachvollzogen werden.Im Rahmen des Projektes werden sowohl die Morphologie (LM und ESEM), die Phasenzusammensetzung (QXRD, STA) und die Wachstumsgeschwindigkeit der gebildeten Reaktionsprodukte (LM), die Zusammensetzung der Lösungsphase ([Ca2+]-SE und LE) und die Kinetik (DCA) Ultraschallmethode (US)) der Prozesse als auch die mechanischen Eigenschaften bestimmt und das Gefüge untersucht werden. Bei den Untersuchungen der Wirkungsweise der heterogenen Keimbildung soll ein besonderes Augenmerk auf die dadurch entstehende Möglichkeiten zur Beeinflussung des Hydratationsverlaufs, der Gefügebildung, der Kristallmorphologie, der mechanischen Eigenschaften und das Mikrogefüge der gipsbasierten Bindemittein gelegt werden. Auf der Grundlage der zu erwartenden Erkenntnisse soll es möglich werden die Einflüsse der oben genannten Einzelprozesse beginnend mit der heterogenen Keimbildung auf der Nanoebene über das Kristallwachstum auf der Mikroebene bis hin zur Gefügebildung auf der Mikro- und Makroebene besser zu verstehen. Damit wird eine gezielte Steuerung der Keimbildung und des Kristallwachstums im Hinblick auf technische Eigenschaften ermöglicht.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen