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SPHERE 2 - Überlagerung von Partikelwechselwirkungen und Hydratationseffekten auf die Rheologie von zementären Systemen in Gegenwart unterschiedlicher Ionen in der wässrigen Phase
Projektleitung
	Dr. Wolfram Schmidt BAM - 7.4 Baustofftechnologie E-Mail: Wolfram.Schmidt@bam.de
Förderstruktur
	DFG - DFG - Schwerpunktprogramme - SPP 2005: Opus Fluidum Futurum - Rheologie reaktiver, multiskaliger, mehrphasiger Baustoffsysteme
Projektbeginn
	01.04.2021
Projektende
	31.12.2024
Projektart
	Realisierte Antragsforschung
Themen-/Aktivitätsfeld
	THEMENFELD Analytical Sciences, * Strukturanalytik und Materialographie
Abstract
	Zukünftige Herausforderungen der Betontechnologie verlangen nach maßgeschneiderten Eigenschaften während der Formgebung und des Erhärtens. Die individuelle Abstimmung der Verarbeitungsdauer und Erstarrungszeit ist entscheidend für Technologien wie Just-in-time-Produktion, zielwertgerechte Lieferung im Transportbeton, Spritzbeton, Trockenmörteltechnologie und 3D-Drucken. Während Fließmittel die Rheologie beeinflussen, werden Beschleuniger eingesetzt, um die Hydratationsreaktion zu steuern.Die zusätzlich eingesetzte Bauchemie verkompliziert die bereits hochkomplexen Effekte der Fließmittel, indem die Porenlösungschemie sowie die Morphologien und Wechselwirkungen von Partikeln beeinträchtigt werden; je nach Chemie und Dosierung innerhalb weniger Minuten. Da die Wirkung von Fließmitteln enorm von der Zementreaktion abhängt, verursacht eine schnelle Hydratation gleichsam starke Veränderungen der Rheologie bereits während der Formgebung. Eine falsche Bewertung der zeitlich veränderlichen Viskosität wirkt sich makroskopisch unter anderem durch unvollständige Füllung, veränderliche Luftporengehalte, schlechten Verbund und inhomogene Faserverteilung aus. Die Ursache für diese Phänomene liegt allerdings auf der mikroskopischen Skala in schnellen Veränderungen der Ionenkonzentrationen, Partikelwechselwirkungen, Veränderungen der Morphologie und Feststoffvolumenfraktion, welche darüber hinaus Einflüsse auf die dispergierenden Kräfte zwischen Partikeln sowie die Wirksamkeit von Fließmitteln haben. Das SPHERE-Projekt zielt darauf ab, rheologische Effekte skalenübergreifend von mesoskopisch zu makroskopisch zu betrachten. Das allgemeine Ziel ist es, die Rheologie von beschleunigten zementgebundenen Systemen während der kritischen Verarbeitungsschritte von der Formgebung bis zum Erstarren zu verstehen. Um die Mechanismen, die rheologischen Veränderungen zugrunde liegen, zu verstehen, muss das System aus verschiedenen Perspektiven der Partikelwechselwirkungen und der Hydratation untersucht werden. Im Hinblick auf ihre Relevanz für die Anwendung müssen Effekte durch eine Hochskalierung von der Partikelebene bis hin zum vollständigen Betonmaßstab verstanden werden.Unmittelbare Partikelwechselwirkungen werden mit Rasterkraftmikroskopie unter verschiedenen Bedingungen an vereinfachten Modellsystemen untersucht. Die Ergebnisse helfen dabei, die rheologischen Phänomene zu verstehen, die durch veränderliche Porenlösungschemie sowie durch Adsorption von Ionen und Polymeren auf Partikeloberflächen hervorgerufen werden. Durch veränderliche Morphologie und Phasenwachstum hervorgerufene Effekte werden unter anderem mit XRD, REM, AFM, US und DTA studiert. Die hervorgerufenen rheologischen Reaktionen werden auf verschiedenen Skalen von der Lösung über Bindemittelleim und Mörtel bis in den Beton rheometrisch untersucht. Gleichzeitig werden auch angewandte Methoden wie z.B. Spritzbeton, großmaßstäbliche Formgebung und Standardfrischbetonversuche durchgeführt.