Phasentheoretische Entwicklung von Gläsern und Methoden zur Erzeugung kontinuierlicher Schutzschichten aus Glas auf Betonoberflächen.
Zusammenfassung der Projektergebnisse
In diesem Projekt wurden mittels Flammspritzen hergestellte Glasschichten und deren Eignung für den Schutz von Betonoberflächen gegen chemische Angriffe untersucht. In der zweiten Förderperiode konnten gut haftende, fugenlose und - durch die Verwendung eines Roboters - erstmals reproduzierbare Glasschichten aus sowohl säure- als auch alkalibeständigen Gläsern auf einem Mörtelsubstrat appliziert werden. Die im Projekt entwickelten Glaszusammensetzungen und Basaltmörtel sind sehr gut für die Applikation von gespritzten Glasschichten auf mineralischen Substraten geeignet. Das entwickelte ZEM-Glas ist alkaliresistent und kann durch den Verzicht auf Zirkoniumdioxid (ZrO2) wesentlich günstiger hergestellt werden als vergleichbare kommerzielle Produkte. Der Basaltmörtel wies bereits nach kurzer Hydratationsdauer ausreichend hohe Festigkeiten und gute thermische Beständigkeit auf. Durch die Verwendung eines Roboters zur Führung der Flammspritzpistole konnte die Reproduzierbarkeit der gespritzten Glasschichten wesentlich verbessert und der Prozess kontrolliert durchgeführt werden. Der entwickelte Spritzstand ermöglichte die effiziente und sichere Aufbringung gespritzter Glasschichten mit definierten Parametern und thermischen Vor- bzw. Nachbehandlungen. Es wurden die Einflüsse der Spritzparameter untersucht und die relevanten Applikationsfenster identifiziert. Die chemische Beständigkeit der verwendeten Gläser wurde nachgewiesen und in Haftzugversuchen konnten zufriedenstellende Verbundfestigkeiten erzielt werden. Die Dichtheit der gespritzten Glasschichten ist differenziert zu betrachten. An rissfreien Stellen konnte die Dichtheit der Schichten im untersuchten Zeitraum nachgewiesen werden, anders als an beschädigten Stellen. Eine Rissbildung konnte bei für den Basaltmörtel geeigneten thermischen Vor- und Nachbehandlungen (Vorwärmtemperatur bis zu 400 °C) nicht vollständig vermieden werden. Jedoch wurden, unter anderem auf Basis von Simulationen, Lösungsansätze identifiziert, um die Rissbildung zukünftig zu vermeiden. Eine Applikation unter hohen Temperaturen, also nach intensivem Vorwärmen der Substrate, reduziert die Rissbildung deutlich. Damit dieses Vorgehen allerdings praktisch umsetzbar ist, muss das Substrat deutlich hochtemperaturbeständiger sein als es der Basaltmörtel ist. Dies könnte durch die Verwendung von Geopolymeren als Bindemittel erreicht werden. Durch die Verwendung von Quarzglas, das einen sehr geringen thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweist, könnten thermische Dehnungen und somit temperaturinduzierte Spannungen reduziert und die Rissbildung verhindert werden. Ein geeignetes Verfahren zur Aufbringung des Quarzglases könnte das Plasmaspritzen sein, welches wesentlich höhere Prozesstemperaturen als das Flammspritzen erlaubt. Wenn die Bildung von Rissen nicht vermieden werden kann, müssen diese zur Erreichung dichter Schichten versiegelt werden. Dafür könnten sogenannte Versiegler mit geringer Viskosität zum Einsatz kommen. Solche Versiegler könnten im Nachgang an das Flamm-/Plasmaspritzen aufgetragen werden. Derzeit werden bereits weitere Untersuchungen mit Versieglern durchgeführt. Auf Basis des gewonnenen Wissens über diese innovative Technologie ist zu erwarten, dass sie, sofern die Rissfreiheit des Glases gewährleistet werden kann, nahtlos gespritzte, chemisch resistente und gut haftende Glasschichten auf Mörteln und Betonen ermöglicht.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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(2020) Corrosion resistance of CaO–Al2O3–SiO2 glasses used for flame spraying on concrete. Eur. J. Glass Sci. Technol. B (Physics and Chemistry of Glasses: European Journal of Glass Science and Technology Part B) 61 (1) 11–20
Eiwen, Felix; Pfeiler, J.-H.; Roos, C.
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Gespritzte Glasschichten für den Schutz von Betonoberflächen in Abwasserbauwerken, Symposium Schutz und Instandsetzung von abwassertechnischen Anlagen, Ostfildern. November 2018
Schäfer, H.
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Glass protection layer for concrete, Joint Meeting of DGG, Bayreuth. Mai 2018
Eiwen, F., Prange, A., Roos, C.
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Semiautomatische Applikation von nahtlosen gespritzten Glasschichten zum Schutz von Betonoberflächen, 54. Aachener Baustofftag, Aachen. November 2018
Schäfer, H., Raupach, M.
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Entwicklung eines neuen Verfahrens für die Instandsetzung von wasserwirtschaftlichen Anlagen mithilfe flammgespritzten Glaspulvers, Kolloquium Erhaltung von Bauwerken, Ostfildern. Januar 2019
Schäfer, H., Schulte-Holthausen, R., Raupach, M.
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Phase-theory driven development of glasses and methods for the preparation of continuous protective glass layers on concrete, Joint Meeting of DGG - USTV, Nürnberg. Mai 2019
Eiwen, F., Prange, A., Roos, C.
