Detailseite
Projekt
Interne Dynamik in Modelbetonen: 3D Partikeltrajektorien, Fluss- und Konzentrationsprofile
Antragsteller
Dr. Günter K. Auernhammer
Fachliche Zuordnung
Baustoffwissenschaften, Bauchemie, Bauphysik
Förderung
Förderung von 2017 bis 2022
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 387100398
In der modernen Bauindustrie sind die Flieseigenschaften von Beton von grosser Bedeutung. Seit Jahren werden viele Studien zu diesem Thema durchgeführt, viele Fragen bleiben aber bezüglich des Fließens von Beton offen. Zementartige Materialien (wie Zementleim, Mörtel und Beton) sind partikuläre Suspensionen mit einer Partikelgrößenverteilung über mehrere Größenordungen (von nanometergroßen Zusatzstoffen über mirkometergroße Zementpartikel bis hin zu millimetergroßen Sand- und Kiesel-Partikel). Selbst in einfachen Modelsystemen aus Zement und Sand haben sie einen Einfluss auf das Fließverhalten während der Hydratationsreaktion. Die Aggregation von Zementpartikeln generiert eine Yield-Spannung welche überwunden werden muss, damit der Beton fliessen kann. Sobald Beton fliesst vermindert sich die Partikelmenge an der Wand aufgrund von flussinduzierter Partikelmigration. Die Kombination beider Prozesse führt zur Bildung eines stegartigen Scherprofils, mit einer dünnen stark gescherten Gleitmittelschicht. Räumlich hochaufgelöste optische Untersuchungen dieses Prozesses werden durch die Opazität von zementhaltigen Materialien behindert. Das Ziel dieses Projektes ist es das Wechselspiel der Prozesse die den Gleitfilm bilden zu untersuchen. Dafür wird ein hochtransparentes Modelsystem entwickelt und ausführlich untersucht, damit es alle relevanten Eigenschaften des realen Zementmaterials aufweisst (Partikel - Wechselwirkungen und Konzentrationen, Dichtedifferenzen, makroskopische Fließeigenschaften und Strömungsprofile). Ein solches Modelsystem erlaubt die Untersuchung mit einer hohen räumlichen Auflösung. Wir werden dafür zerstörungsfreie und schnelle 3D Abbildungstechniken verwenden und einzelne Partikel auf zwei Längenscalen verfolgen.Das Fliessprofil der gescherten Modellzementpaste (Teilchendurchmesser typischerweise zwischen 10 und 50 Mikrometer) wird mithilfe konfokaler Hochgeschwindigkeits-Mikroskopie untersucht. Daraus erhalten wir in einer Reihe 3D Bildern, aus denen die Trajektorien von nahezu allen Partikeln extrahiert werden können. Diese Partikeltrajektorien erlauben die Aufklärung der Beziehung zwischen Partikelinteraktion, Strömungsprofil und Größe und Struktur der Aggregate. Die Analyse der Bewegung der Sandpartikel folgt einer ähnlichen Strategie, jedoch ist die Aufnametechnik verschieden. Ein dünnes Laserblatt wird zur Beleuchtung verwendet und für die Aufnahme Schicht um Schicht verschoben.Innerhalb des SPP werden wir unseren experimentellen Ansatz durch Vergleiche mit anderen experimentellen und theoretischen Gruppen im Programm validieren. Wir werden unseren experimentellen Ansatz duch den Austausch der Ergebnisse mit verschiedenen Projektpartnern sowie durch die Kombination von verschiedenen experimentellen Methoden an der gleichen Probe erweitern. Wir wollen einen Einblick in das Zusammenspiel der verschiedenen Prozesse hinter der Bildung einer Schmierungsschicht geben.
DFG-Verfahren
Schwerpunktprogramme
