In-situ-mikroskopische Untersuchungen zur Wechselwirkung von Zusatzmitteln mit Festkörper-Oberflächen in zementären Systemen

• Antragsteller: Dr. Alexander Wetzel
• Fachliche Zuordnung: Baustoffwissenschaften, Bauchemie, Bauphysik
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 389127734

Die Herstellung von anorganisch-mineralisch gebundenen Hochleistungswerkstoffen ist ohne die Verwendung organischer Zusatzmittel nicht realisierbar. Die zunehmende Applikationsvielfalt dieser Betone und Mörtel und die steigende Zahl von Zementersatzstoffen erfordert eine Steigerung der Effektivität und der Spezialisierung der Zusatzmittel. Betone mit geringerem Wasserbindemittelwert, wie z. B. Ultrahochleistungsbeton (ultra-high performance concrete, UHPC) benötigen Fließmittel (FM) um eine verarbeitbare Konsistenz zu erreichen. Dispersionspulver (DP) wird in zementbasierten Fliesenklebern eingesetzt um den Verbund zu unporösen Oberflächen zu verbessern. Für das konstruktive Verkleben von UHPC mit Stahlfasern werden derzeit am Fachgebiet der Antragsteller Forschungsarbeiten durchgeführt. In diesen Arbeiten konnte durch Einsatz von DP ebenso eine verbesserte Adhäsion beobachtet werden. Für beide Anwendungsbeispiele spielt die von vielen Faktoren beeinflusste und deshalb hoch komplexe Interaktion organischer Polymere mit den mineralischen oder metallischen Bestandteilen der Betonmischung eine entscheidende Rolle. Zwar wurden die Wirkungsprinzipien beider Zusatzmitteltypen intensiv untersucht, jedoch beruhen Forschungsansätze meist auf empirischen und damit zeitaufwendigen Versuchen. Abhilfe kann eine Methode aus der Biologie schaffen, deren Nutzen für die Forschung im Bauwesen im beantragten Projekt erweitert werden soll: Die Fluoreszenzmikroskopie.Zur Detektion der lichtmikroskopisch sonst nicht nachzuweisenden Zusatzmittel werden diese mit Fluoreszenzmarkern versehen. In zementären Systemen spielen die experimentellen Parameter wie pH-Wert, Ionenkonzentration, Zusatzmittelgehalt und Charakter der mineralischen Phasen eine entscheidende Rolle und sollen variiert und systematisch untersucht werden. Die Validierung der Methode erfolgt durch Korrelation der Ergebnisse der fluoreszenzmikroskopischen in-situ-Messungen mit gängigen Analyseverfahren zur Adsorptivität und der makroskopischen Materialeigenschaften. Diese neue in-situ-Methode ermöglicht Untersuchungen von Wechselwirkungen von neuartigen Zusatzmittel-Bindemittel-Kombinationen wodurch makroskopische Eigenschaften prognostiziert werden können. Dieses fluoreszenzmikroskopische Verfahren soll an zwei praxisorientierten Fragestellungen erprobt und validiert werden: 1. Die umgebungsabhängige Adsorption von Fließmittelmolekülen an verschiedenen mineralischen Oberflächen wird in situ untersucht und in Korrelation mit den rheologischen Eigenschaften eines entsprechend zusammengesetzten Bindemittelleims gesetzt.2. Der positive Einfluss von Dispersionspulvern in mineralischen Klebstoffen auf die Auszugfestigkeit von Stahlfasern in Klebefugen lässt auf eine positive Interaktion der Polymere mit Metall und Matrix schließen. Die Verteilung im Metall-Matrix-Grenzbereich wird fluoreszenzmikroskopisch untersucht, quantifiziert und mit Ergebnissen von Faserauszugversuchen korreliert.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen