Multiskale Modellierung nukleationsgesteuerter Reaktionsraten während der Zementauflösung (CEMBRIDGE-2)

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Eduardus Koenders, Ph.D.; Professor Dr. Bernhard Middendorf; Dr.-Ing. Neven Ukrainczyk, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Baustoffwissenschaften, Bauchemie, Bauphysik
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 455605608

Das erste Projekt CEMBRIDGE zielte darauf ab, die Anfangsstadien der Zementauflösung in verdünnten Konzentrationen mit Hilfe von Molekulardynamik und atomistischen kinetischen Monte-Carlo-Simulationen zu verstehen. Aufbauend darauf wird im Folgeprojekt CEMBRIDGE-2, ein hochskaliertes atomistisches Modell entwickelt, um die konzentrationsabhängige Zementauflösung zu untersuchen, die durch reversible chemische (Vor-)Keimbildungsmechanismen vorangetrieben wird. Im Rahmen des Projekts werden die anfänglichen Hydratationsraten von Belit mit numerischen und experimentellen Methoden untersucht. Das hochskalierte atomistische Modell wird die kombinierten Auswirkungen der Keimbildung metastabiler amorpher Hydrate und der chemischen Zusammensetzung der Porenlösung simulieren, die die Auflösung der kristallographischen Oberflächen des Klinkers unterbrechen. Diese grundlegende Basis wird die Auswirkungen der C2S-Synthese und -Aktivierung auf die nukleationsgetriebene Auflösung des Zements einschließen und so eine verbesserte Leistungsfähigkeit und Optimierung von Materialien auf Zementbasis ermöglichen. CEMBRIDGE-2 umfasst vier Arbeitspakete zur Untersuchung der i) metastabilen C-S-H Homo- und Heterokeimbildung durch MD-Simulationen, ii) grobkörnigen Monte-Carlo-Upscaling-Simulationen, iii) Upscaling von C2S-Auflösungsraten, die durch die Heterokeimbildung beeinflusst werden, durch atomistische kinetische Monte-Carlo-Simulationen und iv) Modellvalidierung durch experimentelle Messungen, die C2S-Syntheseparameter, Hydratations-Reaktions-Kalorimetrie, Porenlösungsanalyse und Charakterisierung der hydratisierenden C2S-Oberflächen-Nano-Topologie umfassen. Die Zusammenarbeit zwischen den Antragstellern wird in CEMBRIDGE-2 fortgesetzt, wobei jeder von ihnen verschiedene atomistische MD- und Upscaling-CGMC- und KMC-Simulationsaufgaben auf verschiedenen Skalenebenen leitet. Ein ergänzendes experimentelles Laborprogramm wird ebenfalls durchgeführt, um die numerischen Modelle zu validieren.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen