Growth and porosity of C-S-H phases, development of the `Sheet Growth Model` and coupling with experimental data (1H NMR, SEM)

• Applicants: Professor Dr.-Ing. Horst-Michael Ludwig; Professor Dr. Jürgen Neubauer
• Subject Area: Construction Material Sciences, Chemistry, Building Physics
• Term: from 2017 to 2024
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 344069666

• Final Report Year: 2024

Final Report Abstract

Im Rahmen des DFG-Projektes konnten folgende Fortschritte erzielt werden: • Erweiterung und Verbesserung des „sheet growth“ Modells • Einführung des „Level-Set“ Modellansatzes zur Modellierung einer erweiterten Domaingröße • Züchten von mehreren 100 µm großen Belit-Einkristallen • Entwicklung von bildbasierten Methoden zur statistischen und automatisierten Messung von Hydratsäumen und Partikelabständen • Etablierung eines Workflows zur (3D) Cryo-Präparation von Zementpasten. Um Anwendern das Modell zugänglich zu machen, sollte eine GUI erstellt werden, damit durch Variation der Modellparameter die Hydratation verschiedener Zementtypen simuliert (und mit experimentellen Ergebnissen verglichen) werden.

Publications

• Argon broad ion beam sectioning and high resolution scanning electron microscopy imaging of hydrated alite. Cement and Concrete Research, 150, 106583.
  Kleiner, Florian; Matthes, Christian & Rößler, Christiane
  
• Nano-scale 3D reconstruction of C-S-H-phases using modern FIB/SEM technology; 3rd International Conference on the Chemistry of the Construction Materials.
  Kleiner, F. & Rößler, Ch.
  
• Reconstruction of calcium silicate hydrates using multiple 2D and 3D imaging techniques: Light microscopy, μ‐CT, SEM, FIB‐nT combined with EDX. Journal of Microscopy, 286(2), 102-107.
  Kleiner, Florian; Rößler, Christiane; Vogt, Franziska; Osburg, Andrea & Ludwig, Horst‐Michael
  
• Simulation of the C-S-H Nucleation and Growth using Fiber Model. ERICA-CASH II, Heidelberg, Germany, January 24-27 2021
  Nguyen-Tuan, L.; Rößler, Ch.; Etzold, M. & Ludwig, H.-M.
  
• Utilizing Modern FIB/SEM Technology and EDS for 3D Imaging of Hydrated Alite and its Pore Space ERICA-CASH II Final Conference.
  Kleiner, F.; Rößler, Ch. & Ludwig, H.-M.
  
• Simulation of C3S Hydration at the Micro-scale using Level-set Method. 41st Cement and Concrete Science conference, Leeds, UK, 2022
  Nguyen-Tuan, L.; Rößler, Ch. & Ludwig, H.-M.
  
• Characterisation of cement‐based materials by 2D and 3D analytical SEM. ce/papers, 6(6), 15-21.
  Rößler, Christiane; Kleiner, Florian; Matthes, Christian; Hoffmann, Christopher; Dieminger, Hanna; Nguyen‐Tuan, Long; Kocis, Jackson; Sowoidnich, Thomas & Ludwig, Horst‐Michael
  
• Numerical Model for Growth and Porosity of C-S-H Structures in Cement Hydration. The 16th International Congress on the Chemistry of Cement 2023, Bangkok, Thailand
  Nguyen-Tuan, L.; Rößler, Ch.; Etzold, M. & Ludwig, H.-M.
  
• Quantitative study on growth and porosity of C-S-H structures: Experiments and simulations. Cement and Concrete Research, 174, 107294.
  Nguyen-Tuan, Long; Becker, Franz; Kleiner, Florian; Naber, Christoph; Etzold, Merlin A.; Rößler, Christiane; Neubauer, Jürgen & Ludwig, Horst-Michael
  
• A Python tool to determine the thickness of the hydrate layer around clinker grains using SEM‐BSE images. Journal of Microscopy, 294(2), 146-154.
  Kleiner, Florian; Becker, Franz; Rößler, Christiane & Ludwig, Horst‐Michael