Third party funded individual grant
Start date : 01.01.2017
End date : 31.03.2020
Das fehlende Verständnis der räumlichen Anordnung (meso-Struktur) des Calcium-Silikat-Hydrates (C-S-H) in hydratisiertem Zement ist eines der Hindernisse für die Innovation im Bereich der Zementmaterialien. Das Hauptziel dieses Forschungsvorhabens ist es die Modellierung des C-S-H Mikrogefüges (`sheet growth model`, entwickelt von M. Etzold) weiter zu entwickeln. Die wird es uns ermöglichen, mit Hilfe des `Sheet Growth Model` die Porosität von hydratisierten Bindemitteln vorherzusagen. Weiterhin ist das Verständnis der Struktur grundlegend für weitere Modellierungsschritte wie z. B. die der mechanischen Eigenschaften. Hauptansatzpunkt ist dabei das `Sheet Growth Model` durch Parametrisierung mit experimentellen Daten der Rasterelektronenmikroskopie (REM), der Protonen Kernresonanz (1H NMR) Relaxometrie und verschiedenen anderen Methoden noch besser an experimentelle Beobachtungen anzupassen. Das zeitgleiche Vorantreiben des Modellierungsvorhabens und des experimentellen Ansatzes stellt die Realitätsnähe des Modells sicher. Zugleich können auch die Bedürfnisse der Modellierung das experimentelle Vorgehen leiten. In einem ersten Schritt wird eine Probenpräparationsmethode auf Zementmaterialien übertragen, die bisher für Tonschiefer entwickelt wurde um deren Nano- bis Makroporosität im REM quantitativ zu erfassen. Dies ist für sich genommen aufgrund der Bedeutung von REM für die Charakterisierung von Zementmaterialien eine wichtige Entwicklung. Zugleich werden noch einige Verbesserungen für die automatische Datenanalyse des 1H-NMR und der Ressourcennutzung des Computermodells implementiert. In einem zweiten Schritt werden 1H NMR und REM Charakterisierung gemeinsam genutzt, um die Porosität von Bindemitteln in Abhängigkeit von der Hydratationszeit und der chemischen Zusammensetzung zu charakterisieren. Dies erlaubt es die experimentellen Daten zu verifizieren und ggf. die Methodik anzupassen. Diese experimentellen Daten werden dann genutzt um die Parameter bei der Modellierung des C-S-H Wachstums zu wählen. Somit wird es nicht nur erstmals möglich sein, die Porosität von hydratisierten Bindemitteln realitätsnah von der Nano- bis Millimeterskala abzubilden sondern die experimentellen Ergebnisse werden auch direkt in die Modellierung einfließen. Die Zusammenarbeit von Wissenschaftlern welche die Modellierung des zementären Mikrogefüges und die experimentelle Charakterisierung vorantreiben ist ein wesentlicher Schritt, um ein grundlegendes Materialverständnis zu erzielen. Dies ist ein wichtiger Ausgangspunkt für die Entwicklung innovativer und nachhaltiger neuer zementgebundener Materialien.