„Viskoelastizitätsbedingte Verformbarkeit und Strukturaufbau von Frischbeton“ Auswirkungen der Chemie der Trägerflüssigkeit auf Teilchenwechselwirkungen

31.03.2021

Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) – Projektnummer 451894070

Für eine genaue Vorhersage der Betonrheologie und des damit verbundenen Fließ- und Formfüllverhaltens ist ein klares und wissenschaftliches Verständnis der zeit- und scherabhängigen Entwicklung seines viskoelastischen Verformungsverhaltens von entscheidender Bedeutung. Die Viskoelastizität zemetgebundener Systeme wird hauptsächlich durch ihre komplexen physikalischen und chemischen Partikelwechselwirkungen beeinflusst, was insbesondere für dicht gepackte Betone, für Systeme mit schnell wechselnden Konsistenzanforderungen (bspw. in der additiven Fertigung oder bei Spritzbetonen) oder für moderne Betone unter Einsatz erheblicher Mengen an SCMs gilt.Dieses Projekt zielt darauf ab, ein grundlegendes Verständnis des viskoelastischen Verhaltens von Beton zu erreichen, indem es sich insbesondere auf den Einfluss der kolloidalen Phasenchemie konzentriert. Die Entwicklung der Ionenkonzentration der Trägerflüssigkeit und deren Abhängigkeit von den chemischen und Grenzflächeneigenschaften der Feststoffe (Kolloide, Partikel, Hydrate) und der anschließenden Bewertung der Phasenwechselwirkungen (Flüssigkeit, Kolloid, Partikel, Hydrat, Polymer) im Verlauf der Anfangshydratation wird dabei explizit berücksichtigt. Geprüft wird weiterhin der Zusammenhang zwischen der kolloidalen Phasenchemie und den viskoelastischen Verformungsparametern von zementgebundenen Leimen, gemessen mit Oszillationsrheometrie. Anschließend wird überprüft, inwiefern die oszilatorischen Messergebnise mit rotatorisch gemessenen Fließparametern korrelieren. Für die Untersuchungen wird ein Rheometeraufbau verwendet, der es mittels optischer Methoden erlaubt, kolloidale Wechselwirkungen innerhalb der flüssigen Phase in situ unter verschiedenen Scherbedingungen (SAOS, LAOS, Rotation) und Normalkräften zu beobachten. Die Ergebnisse zur kolloidalen Phasenentwicklung werden anschließend in partikelbasierte Mikrostrukturmodelle (statistisch sowie vollständig in 3D) implementiert, um das rheologische Verhalten der Leime in Ruhe und bei geringer Scherung zu vorherzusagen. Dies dient wiederum als Input für ein fortschrittliches Computational Fluid Dynamics (CFD)-Modell zur Simulation des Fließens von Beton (Formfüllung), wobei die zeit- und scherabhängige Entwicklung des viskoelastischen Verformungsverhaltens und die Auswirkungen der chemischen Partikelwechselwirkungen innerhalb des Leims berücksichtigt werden.Abschließend erfolgt ein experimentelles Upscaling vom Leim auf Betonsysteme, einschließlich verschiedener Sand- und grober (recycelter) Gesteinskörnungen, um die Relevanz kolloidaler Wechselwirkungen bei überlappenden makroskopischen rheologischen Einflüssen durch Rotationsrheometrie und Fließ- und Formfüllversuche zu bewerten. Die Ergebnisse werden weiterhin zur Validierung der Fließvorhersagen verwendet, die von hochskalierten Modellen unter Verwendung von CFD-Simulationen erhalten wurden.

Antragsteller

    • Dr.-Ing. Thomas Kränkel
    • Technische Universität München
    • Ingenieurfakultät Bau Geo Umwelt
    • Lehrstuhl für Werkstoffe und Werkstoffprüfung
    • Dr. Wolfram Schmidt
    • Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM)
    • Abteilung 7: Bauwerkssicherheit
    • Fachbereich 7.4: Baustofftechnologie
    • Dr.-Ing. Neven Ukrainczyk, Ph.D.
    • Technische Universität Darmstadt
    • Institut für Werkstoffe im Bauwesen

Fachliche Zuordnung: Baustoffwissenschaften, Bauchemie, Bauphysik

Teilprojekt zu: SPP 2005: Opus Fluidum Futurum – Rheologie reaktiver, multiskaliger, mehrphasiger Baustoffsysteme

DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme

Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) – Projektnummer 451894070

Förderung: Förderung seit 2021

Website: https://gepris.dfg.de/gepris/projekt/451894070

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