Erkundung und Modellierung der Verformungsmechanismen von Zementstein auf der Grundlage neuartiger Röntgen-Kleinwinkelstreuuntersuchungen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Michael Haist, seit 1/2019
• Fachliche Zuordnung: Baustoffwissenschaften, Bauchemie, Bauphysik
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 396402589

Die bei der elastischen Verformung, dem Schwinden und dem Kriechen von Zementstein in dessen hochporöser Gelstruktur ablaufenden Prozesse sind nur unzureichend bekannt. Dieses Wissensdefizit hat zunächst zur Folge, dass eine zielgerichtete Beeinflussung oder Beherrschung der Verformungsprozesse a priori ausgeschlossen ist. Weiterhin besitzen vorliegende Stoffgesetze zur Beschreibung dieser Verformungsvorgänge einen weitgehend empirischen Charakter und genügen nicht den bezüglich wissenschaftlicher Grundlagen und Zuverlässigkeit zu stellenden Anforderungen. Zielsetzung des vorliegenden Antrags ist es daher, mittels experimenteller Untersuchungen die mikrostrukturellen Mechanismen des Kriechens von Zementstein zu identifizieren und in schlüssige theoretische Konzepte und strukturphysikalisch begründete stoffgesetzliche Beziehungen zu überführen. Im Zentrum der Arbeiten stehen dabei Schwind- und Kriechversuche an kleinformatigen Zementsteinproben, wobei neben den Verformungen insbesondere die auftretenden Strukturveränderungen im Zementstein in-situ mittels Röntgenkleinwinkelstreuexperimenten (SAXS-Methode) beobachtet werden sollen. Wie eigene Vorarbeiten belegen, gestattet die Kombination der SAXS-Methode mit mechanischen Belastungsversuchen eine zerstörungsfreie und in Echt-Zeit ablaufende Quantifizierung der reversiblen und irreversiblen Veränderungen im Zementstein auf Mikroebene. Die in den SAXS- Versuchen gewonnenen Ergebnisse werden durch Strukturanalysen z. B. mittels Quecksilberdruckporosimetrie und Sorptionsanalyse (BET) ergänzt. Diese klassischen Methoden gewährleisten auch eine Anknüpfung an das über die Zementsteinstruktur bekannte Wissen und ermöglichen in Kombination mit den Erkenntnissen aus den neuartigen SAXS-Versuchen eine Erweiterung der bestehenden Strukturmodelle in Bezug auf die Prozesse infolge einer mechanischen Belastung.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Ehemaliger Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Harald S. Müller, bis 12/2018