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Projekt
Skalenübergreifender Komponentenansatz zur Vorhersage der rheologischen Eigenschaften von Zementleim auf Basis mineralischer und partikelbasierter Heterogenität
Antragsteller
Professor Dr.-Ing. Michael Haist; Professor Dr.-Ing. Horst-Michael Ludwig; Professor Thorsten Schäfer, Ph.D.
Fachliche Zuordnung
Baustoffwissenschaften, Bauchemie, Bauphysik
Förderung
Förderung von 2017 bis 2021
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 387096404
Die rheologischen Eigenschaften von frischem Beton werden maßgebend durch die Eigenschaften des darin enthaltenen Zementleims beeinflusst. Dieser weißt i.d.R. ein ausgeprägt nicht-newtonsches Fließverhalten auf, dass durch eine Fließgrenze und eine ausgeprägte Thixotropie geprägt ist. Die rheologischen Eigenschaften werden dabei sowohl durch die Hydratation des Zements, durch die Temperatur und durch Scherungen (infolge Fließen oder auch Rüttelverdichtung) stark beeinflusst. Alle Faktoren führen dabei zu einer Veränderung des Partikelinventars und der Zusammensetzung der Trägerflüssigkeit, wobei die zugrundeliegenden Mechanismen weitgehend unverstanden sind.Zielsetzung des beantragten Projekts ist es, die rheologischen Eigenschaften von Zementleim in Abhängigkeit der zuvor genannten Einflussgrößen als Funktion der verwendeten Ausgangsstoffe (d. h. Zement, Wasser und Fließmittel) vorhersagbar zu machen. Hierzu sollen mittels AFM-Messungen Oberflächenkomplexierungsmodelle für die Ausgangsmineralien des Zements bzw. die Hydratationsprodukte hergeleitet werden. Diese ermöglichen mittels eines sog. Komponentenansatzes eine statistisch abgesicherte Aussage über das Wechselwirkungsverhalten von Partikeln. Durch Messungen an verschiedenen Partikelgrößen und Oberflächenrauheiten wird dabei auch der Einfluss der Granulometrie berücksichtigt. Die Veränderungen des Phasenbestands sowie der Granulometrie infolge Hydratation werden durch umfangreiche chemische und physikalische Untersuchungen erfasst und anschließend modelliert. Durch Einsatz von Radiotracern kann insbesondere eine Aussage zum Adsorptionsverhalten von Fließmitteln an die Zementoberfläche bzw. den Einbau von Fließmitteln in Hydratationprodukte ermöglicht werden. Die so gewonnenen Untersuchungsergebnisse werden mit umfangreichen Messungen der rheologischen Eigenschaften von Zementleimen kombiniert. Die rheologischen Eigenschaften werden dabei sowohl unter Atmosphärendruck als auch erhöhtem Druck, unter zusätzlicher Vibrations- und Temperatureinwirkung erfasst. Durch kombinierte in-situ und ex-situ Messungen der Veränderungen des Partikel- und Lösungsinventars infolge der Scherung können dann in Kombination mit den zuvor erwähnten Komponentenansätzen Modelle zur Vorhersage der rheologischen Eigenschaften entwickelt werden. Der geplante Modellansatz ist dabei durch zwei Merkmale geprägt: Er unterscheidet zwischen dem Beitrag des kolloidalen und nicht-kolloidalen Inventars zur Rheologie und gestattet somit eine deutlich verbesserte Eingrenzung von Effekten wie Temperatur und Hydratation auf das maßgebende Partikelinventar (d.h. die Kolloide). Weiterhin wird das Modell probabilistisch formuliert und trägt der Heterogenität des Zementleims sowohl im Mineralphasenbestand als auch infolge von Agglomeration oder auch scherbedingter Entmischung Rechnung. Der vorliegende PP Antrag wurde eng mit anderen PP Antragstellern abgestimmt. Auf die geplanten Kooperationen wird detailliert eingegangen.
DFG-Verfahren
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