Röntgendiffraktometer
Final Report Abstract
Das Röntgendiffraktometer wurde in den ersten 3 Jahren vielseitig eingesetzt wobei auch das zusätzlich beschaffte Zubehör intensiv zum Einsatz kam. Allem voran ist die Analyse von Ausgangsstoffen zu nennen, die in jedem Forschungsvorhaben mit mineralischen Baustoffen unter Nutzung der Röntgendiffraktometrie durchgeführt wurde. Insgesamt betrifft dies 7 abgeschlossene und 9 laufende Forschungsvorhaben. Im Einzelnen ist hier das Gebiet der beschleunigten Zementhydratation durch den Einsatz von C-S-H-Keime zu nennen. Hier werden sowohl die Art der Keime selbst, die Hydratationsprodukte ohne und mit Keime als auch der Verlauf der Hydratation durch in-situ Messungen röntgendiffraktometrisch charakterisiert. Dabei konnte bereits erfolgreich nachgewiesen werden, dass sich C-S-H-Keime positiv auf die Hydrationsgeschwindigkeit auswirken und dabei die Phasenzusammensetzung der Hydratationsprodukte beeinflusst wird. Die Zementhydration beim Einsatz verschiedener Zusatzstoffe oder Zusatzmittel wurde und wird ebenfalls in verschiedenen Forschungsprojekten untersucht. Hier ist zum einen ein Projekt zur Verkapselung von bauchemischen Zusatzmitteln zu nennen, welches eine Verzögerte Freisetzung von Zusatzmitteln wie Fließmittel, Verzögerer etc. ermöglicht, und so die Effektivität der Zusatzmittel deutlich steigerte und deren Wirkzeitpunkt einstellbar macht. Ein anderes Projekt beschäftigt sich mit der Verkapselung von Perlit, welcher sich ohne eine geeignete Kapselung wegen seiner geringen Dichte nur schwer homogen in eine Zementmatrix einbinden lässt. Damit lassen sich durch eine Aufbauagglomeration leichte Gesteinskörnungen ohne einen Brennprozess herstellen. In einem weiteren Projekt wird Infra-Leichtbeton erforscht, bei dem die hohe Porosität sowohl durch Leichtzuschläge als auch durch Mischen mit einem Schaum und weitere bauchemische Additive erreicht wird. Dabei wurde unter anderem festgestellt, dass der hohe Porenraumanteil bei sehr niedrigen Dichten des Betons zu einer unvollständigen Hydratation des Zementanteils führt. Die Röntgendiffraktometrie wird hier zum einen zur Bestimmung des Hydrationsgrades zu verschiedenen Zeitpunkten genutzt, zum anderen wird mit der in-situ Messung der Hydratationsverlauf näher charakterisiert. Die Bestimmung des Schädigungsverlaufes bei einem Säureangriff auf mineralisch gebundene Baustoffe ist ein weiteres Forschungsgebiet, zu dem die Untersuchungen auch aktuell noch laufen. Die Identifikation der schädigenden Phasen ist hier genauso wichtig wie die Lokalisierung der Schädigungstiefen. Beides ist mit dem Röntgendiffraktometer realisierbar, wobei insbesondere auch der x-y-z-Tisch und die Mikrofokus-Optik zum Einsatz kommen. Alkalisch aktivierte Bindemittel und Geopolymere sind ein am Fachgebiet breit aufgestelltes Forschungsgebiet und finden in vielen Projekten Anwendung. Neben grundlagenorientierten Projekten zur Reaktionsverzögerung und anschließender Reaktivierung sowie der Aktivierung von Trassmehlen und anderen natürlichen Puzzolanen unterschiedlicher Herkunft, bei denen vor allem der Hydrationsverlauf mittels XRD beobachtet wird, werden auch Anwendungsorientierte Projekte, wie die Optimierung modifizierter Braunkohlenflugaschen oder die Entwicklung von mineralischen Verpresssystemen bearbeitet. Neben der Untersuchung des Hydratationsverlaufs wird die XRD hier vor allem zur Identifikation der neugebildeten Mineralphasen genutzt. Weiterhin wurde die XRD für Gesteinsanalysen, die Identifikation von Tonmineralen sowie zur Identifikation von Reaktionsprodukten auf Keramiken genutzt.
Publications
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Combination of isothermal heat flow calorimetry and in situ ultrasonic testing to monitor the early cement hydration in presence of chemical admixtures. in: W. Schmidt, N. S. Msinjili: 2nd International Conference on Advances in Cement and Concrete Technology in Africa, 2016, S. 171–180
H. v. Daake, D. Stephan
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Controlled Release of Construction Chemicals by Encapsulation. Journal of Encapsulation and Adsorption Science 6 (2016), S. 9–21
H. v. Daake, T. Ballweg, D. Stephan
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Impact of retarders by controlled addition on the setting, early hydration and microstructural development of different cements, Magazine of Concrete Research, 2016
H. v. Daake, D. Stephan
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Investigation of characteristics and responses of insulating cement paste specimens with Aer solids using X-ray micro-computed tomography, Construction and Building Materials, 118 (2016), S. 204-215
S.-Y. Chung, M.A. Elrahman, D. Stephan, P.H. Kamm
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Möglichkeiten zur Optimierung der Wirkungsweise bauchemischer Zusatzmittel durch Mechanismen der kontrollierten Werkstofffreisetzung, kassel university press, Kassel (2016)
H. v. Daake
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Reactivation of a Retarded Suspension of Ground Granulated Blast- Furnace Slag, Materials Volume 9, Issue 3, 2016
N. Schneider, D. Stephan
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Release Behaviour of Major Elements and Superplasticiser from Cement Suspensions, Water, Air, & Soil Pollution (Nr. 227), Springer, 2016
V. Märkl, D. Stephan
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Studying the hydration of a retarded suspension of ground granulated blast-furnace slag after reactivation, Materials 9(11): 933 (2016)
N. Schneider, D. Stephan
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Effect of the inherent alkalis of alkali activated slag on the risk of alkali silica reaction, Cement and Concrete Research, Volume 98, S. 82-90 (2017)
R. Tänzer, Y. Jin, D. Stephan
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Pore characteristics and their effects on the material properties of foamed concrete evaluated using micro-CT images and numerical approaches, Applied Sciences 7, S. 550 (2017)
S.-Y. Chung, C. Lehmann, M. Abd Elrahman, D. Stephan
