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Molecular mechanisms of mechanical and chemical corrosion on cement-bound materials

Applicant Dr. Peter Thissen
Subject Area Construction Material Sciences, Chemistry, Building Physics
Term from 2018 to 2022
Project identifier Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 387815746
 
Final Report Year 2022

Final Report Abstract

Ziel war es, den Einfluss der Dehnung auf die Oberflächenchemie von silizium- und mineralbasierten Materialeien auf atomarer Ebene zu untersuchen. Hierzu haben wir zwei mechanische Geräte entwickelt, die mit Infrarotspektroskopie und einem Kontaktwinkelanalysesystem kombiniert werden können, um eine Erklärung im atomaren Maßstab zu liefern. Die Dichtefunktionaltheorie (DFT) wird hinzugezogen, um die experimentellen Ergebnisse zu unterstützen und ein tieferes Verständnis des Materialverhaltens unter Belastung zu ermöglichen. Zuerst wird der Einfluss der Spannung auf die Oberflächenreaktivität und die Oberflächenchemie von Silizium mit endständigem Wasserstoff (H-Si(111)) untersucht. Dehnungseffekte auf die Mikrostruktur von H-Si(111) werden mit Hilfe von IR-Spektren aufgedeckt, die nach der Anwendung von Dehnungen bei verschiedenen Werten (0.006-1.0 / Prozent) aufgenommen wurden. Diese Daten sollen zur Konstruktion eines korrekten Modells für unsere DFT-Berechnungen dienen. Anschließend wird die Oberflächenreaktivität von ungespanntem und gespanntem H-Si(111) gegenüber Wasser bei verschiedenen Reaktionszeiten untersucht. Die Oberflächenreaktivität von Materialproben gegenüber Wasser wird unter Verwendung der Si-H Bandenintensität als Sonde kontrolliert. Die Oberflächenchemie von gespanntem H-Si(111) während der Reaktion mit Wasser wird mit Hilfe von IR-Spektren und DFT-Rechnungen aufgeklärt. Für die Zukunft ist unsere Forschung von dem Wunsch inspiriert, den Energiedissipationmechanismus in zementbasierten Materialien zu erkennen, die aktuell eine der am häufigsten verwendeten Verbindungen im Bauwesen sind. Hierzu wurden eine Reihe von Polyurethan-Triple-Shape-Polymeren synthetisiert und der Zementmatrix wurden polymerbeschichtete SiO2-Partikel zugesetzt. Der Beitrag einer jeden Komponente (Polymer, SiO2-Partikel und Zementmatrix) zur Energiedissipation und Rissausbreitung in belasteten modifizierten Zementproben wurde mit In-situ-IR-Spektroskopie bestimmt.

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