Form filling behavior of fresh concrete – A time- and hydration dependent approach
Bearbeiterin: Mareike Thiedeitz, M.Eng.
Förderer: DFG
Das Forschungsvorhaben “Form filling behavior of fresh concrete – A time- and hydration dependent approach” ist ein Teilprojekt des DFG-geförderten Schwerpunktprogramms “SPP 2005: Opus Fluidum Futurum - Rheologie reaktiver, multiskaliger, mehrphasiger Baustoffsysteme“. Das Gesamtforschungsvorhaben umfasst 15 Teilprojekte mit interdisziplinärer Projektgruppenarbeit aus den Teilgebieten der Chemie, Physik, Werkstoffwissenschaften, Numerik und des Bauingenieurwesens.
https://www.spp2005.de/ /
https://gepris.dfg.de/gepris/projekt/313773090?context=projekt&task=showDetail&id=313773090&
Rheologie allgemein
Das Feld der Rheologie bezeichnet die Wissenschaft des Fließverhaltens aller Materie. Rheologie ist daher nicht nur in den Werkstoffwissenschaften ein bedeutendes Forschungsfeld, sondern insbesondere in der Physik und Chemie, Geologie, Geophysik und der Biologie. Der Begriff „panta rhei“, der altgriechisch so viel bedeutet wie „alles fließt“, ist bereits auf die antike heraklitische Philosophie zurückzuführen – wissenschaftliche Untersuchungen begannen allerdings erst im 18. Jhd. mit Isaac Newton. Teilgebiete der Rheologie sind unter anderem die Elastizitätstheorie, die Plastizitätstheorie und die Strömungsmechanik.
Die Erforschung der Rheologie zementbasierter Baustoffe ermöglicht das korrekte und fehlerfreie Verarbeiten auf der Baustelle und somit auf die Dauerhaftigkeit der Bauwerke. Zudem ermöglicht das Forschungsfeld Erkenntnisse für die Entwicklung neuartiger und hochinnovativer Bautechnologien, wie beispielsweise das Pumpen von Beton in große Höhen, Verarbeitbarkeit stark wasser- und klinkerreduzierter Betone und den Beton-3-D-Druck.
Kurzfassung des Forschungsvorhabens
Die erste Förderperiode von 2018-2021 des Forschungsvorhabens behandelt das zeit- und thixotropieabhängige Formfüllungsvermögen zementbasierter Baustoffe. Aufgrund geringer Wassergehalte, Zugaben chemischer Additive und hoher Packungsdichten gewinnt die Vorhersage und Analyse des rheologischen Verhaltens zementgebundener Baustoffe derzeit stark an Komplexität.
In einem Kooperationsprojekt mit der TU Darmstadt wird das Koagulations- und Hydratationsverhalten von Zementleimsuspensionen in Abhängigkeit verschiedener physikalischer und chemischer Parameter berechnet und mittels microstructural modeling simuliert. An der TU München werden die zementbasierten Baustoffe rheologisch charakterisiert und deren Fließverhalten anhand von Fließtests analysiert. Das rheologische Verhalten, das sich aufgrund interpartikulärer Wechselwirkungen und Hydratationsprozesse des klinkerbasierten Binders in Abhängigkeit der Zeit und der Fließgeschwindigkeit verändert, wird grundlegend neu untersucht und in bestehende Formeln zur Analyse und Vorhersage des Fließverhaltens implementiert. Strukturrheologische chemische und physikalische Analysen werden dazu mit einer phenomenologischen rheologischen Beschreibung der Baustoffe kombiniert und dienen so als Basis für die numerische Simulation, die sich seitens der TU Darmstadt aus mikrostruktureller-Simulation und seitens der TUM aus Computational Fluid Dynamics (CFD)-Simulation zusammensetzt.
Das Forschungsvorhaben ermöglicht einen breiten, grundlagenbasierten Einblick in die Rheologie, insbesondere den Strukturaufbau, zementbasierter Baustoffe und kombiniert dieses Wissen mit numerischer Simulation. Die Ergebnisse dienen als Grundlage für weitere Grundlagenforschung in der Rheologie.
