Schwerpunktprogramm 2005 "Opus Fluidum Futurum – Rheologie reaktiver, multiskaliger, mehrphasiger Baustoffsysteme"

Analyse von zeitvarianten nano- und mikroskopischen Mechanismen zur Modellierung der meso- und makroskopischen Trennungsstabilität von Beton aufgrund von Vibration

Innovative Verarbeitungstechniken im Betonbau, wie z.B. 3D-Drucken oder modern und filigran gestaltete Betonbauteile, erfordern hohe Anforderungen hinsichtlich der Verarbeitbarkeit der eingesetzten Betone. Generell geht der Trend im Betonbau zu immer weicheren und fließfähigeren Betonen. Die Fließfähigkeit und die Stabilität eines Betons stellen konkurrierende Anforderungen dar, weil die Verwendung fließfähiger Betone das Risiko einer ungewollten Entmischung erhöht. Das Fließverhalten des Betons und die, durch äußere Kräfte wie Schwerkraft, Pumpendruck oder Rüttelenergie hervorgerufenen, meso- und makroskopischen Formen der Entmischung im Frischbetongefüge stellen Rheologie-basierte Prozesse dar. Das rheologische Verhalten lässt sich über die Interaktionen zwischen der kontinuierlichen und der dispergierten Phase beschreiben, welche sehr stark abhängig von der zum Teil nanoskaligen Partikelmorphologie, den interpartikulären Wechselwirkungen sowie von den chemischen Eigenschaften der kontinuierlichen Phase sind. Darüber hinaus findet eine Interaktion mit granularen Ausgangsstoffen statt.

Die bestehenden Modellgesetze zur Beschreibung des Last-Verformungsverhaltens zementhaltiger Suspensionen stellen eine vielversprechende Basis dar. Diese berücksichtigen jedoch den Einfluss aus der Mikrostruktur früher Hydrationsprodukte nicht. Zur Beschreibung des Last-Verformungsverhaltens müssen die bestehenden Modellansätze um die plastische Komponente, bedingt durch das mechanische Verhalten früher Hydrationsprodukte, erweitert werden. Die Erfassung der Zusammenhänge zwischen den Eigenschaften der Nano- und Mikroebene und den messbaren rheologischen Eigenschaften in Abhängigkeit von der Zeit stellen die Basis dieses Antrages dar. Die Partikelmorphologie sowie die physikalischen und elektrochemischen Eigenschaften der Trägerflüssigkeit sollen zu definierten Zeitpunkten nach Wasserzugabe analytisch ermittelt werden. Darüber hinaus wird untersucht, wie die nano- und mikroskopischen Eigenschaften die messbaren rheologischen Eigenschaften der Bindemittelsuspension beeinflussen. Eine starke Scherbelastung, wie sie beim Betoneinbau während des Rüttelns auftritt, führt zu einer maßgeblichen Änderung der rheologischen Eigenschaften des Leims, die über die Beschreibung des Strukturbruchverhaltens der Suspension abgebildet werden soll. Dadurch wird, neben den Eigenschaften der Leimphase selbst, insbesondere die Interaktion zwischen Leimphase und intergranularen Partikeln beeinflusst. Diese Intraktion soll an exemplarischen Mörtel- und Betonversuchen durch Variation der granulometrischen Eigenschaften der Gesteinskörnung und durch die Variation des Aufbaus der Sieblinie erfasst werden.

Durch den so durchgeführten skalenübergreifenden Aufbau des Arbeitsprogramms sollen alle maßgebenden Einflussgrößen erfasst werden und als Eingangsgrößen in eine Modellvorstellung zur Beschreibung der Stabilität von Betonen unter Rütteleinwirkung eingehen.