@phdthesis{Riechert,
  author    = {Riechert, Christin},
  title     = {Hydratation und Eigenschaften von Gips-Zement-Puzzolan-Bindemitteln mit alumosilikatischen Puzzolanen},
  isbn      = {978-3-00-073003-0},
  doi       = {10.25643/bauhaus-universitaet.4707},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:wim2-20220825-47076},
  school      = {Bauhaus-Universit{\"a}t Weimar},
  pages     = {148},
  abstract  = {Reine Calciumsulfatbindemittel weisen eine hohe L{\"o}slichkeit auf. Feuchteinwirkung f{\"u}hrt zudem zu starken Festigkeitsverlusten. Aus diesem Grund werden diese Bindemittel ausschließlich f{\"u}r Baustoffe und -produkte im Innenbereich ohne permanenten Feuchtebeanspruchung eingesetzt. Eine M{\"o}glichkeit, die Feuchtebest{\"a}ndigkeit zu erh{\"o}hen, ist die Beimischung puzzolanischer und zement{\"a}rer Komponenten. Diese Mischsysteme werden Gips-Zement-Puzzolan-Bindemittel (kurz: GZPB) genannt. Mischungen aus Calciumsulfaten und Portlandzementen allein sind aufgrund der treibenden Ettringitbildung nicht raumbest{\"a}ndig. Durch die Zugabe von puzzolanischen Stoffen k{\"o}nnen aber Bedingungen im hydratisierenden System geschaffen werden, welche eine rissfreie Erh{\"a}rtung erm{\"o}glichen. Hierf{\"u}r ist eine exakte Rezeptierung der GZPB notwendig, um die GZPB-typischen, ettringitbedingten Dehnungen zeitlich zu begrenzen. Insbesondere bei alumosilikatischen Puzzolanen treten w{\"a}hrend der Hydratation gegen{\"u}ber rein silikatischen Puzzolanen deutlich h{\"o}here Expansionen auf, wodurch die Gefahr einer potenziellen Rissbildung steigt. F{\"u}r die Erstellung geeigneter GZPB-Zusammensetzungen bedarf es daher einer Methodik, um raumbest{\"a}ndig erh{\"a}rtende Systeme sicher von destruktiven Mischungen unterscheiden zu k{\"o}nnen. Sowohl f{\"u}r die Rezeptierung als auch f{\"u}r die Anwendung der GZPB existieren in Deutschland keinerlei Normen. Dar{\"u}ber hinaus sind die Hydratationsvorg{\"a}nge sowie die entstehenden Produkte nicht konsistent beschrieben. Auch auf die Besonderheiten der GZPB mit alumosilikatischen Puzzolanen wird in der Literatur nur unzureichend eingegangen. Ziel war es daher, ein grundlegendes Verst{\"a}ndnis der Hydratation sowie eine sichere Methodik zur Rezeptierung raumbest{\"a}ndig und rissfrei erh{\"a}rtender GZPB, insbesondere in Hinblick auf die Verwendung alumosilikatischer Puzzolane, zu erarbeiten. Dar{\"u}ber hinaus sollte systematisch der Einfluss der Einzelkomponenten auf Hydratation und Eigenschaften dieser Bindemittelsysteme untersucht werden. Dies soll erm{\"o}glichen, die GZPB f{\"u}r ein breites Anwendungsspektrum als Bindemittel zu etablieren, und somit vorteilhafte Eigenschaften der Calciumsulfate (geringe Schwindneigung, geringe CO2-Emission etc.) mit der Leistungs-f{\"a}higkeit von Zementen (Wasserbest{\"a}ndigkeit, Festigkeit, Dauerhaftigkeit etc.) zu verbinden. Als Ausgangsstoffe der Untersuchungen zu den GZPB wurden Stuckgips und Alpha-Halbhydrat als Calciumsulfatbindemittel in unterschiedlichen Anteilen im GZPB verwendet. Die Puzzolan-Zement-Verh{\"a}ltnisse wurden ebenfalls variiert. Als Puzzolan kam f{\"u}r den Großteil der Untersuchungen ein alumosilikatisches Metakaolin zum Einsatz. Als kalkspendende Komponente diente ein reiner Portlandzement. Das Untersuchungsprogramm gliederte sich in 4 Teile. Zuerst wurde anhand von CaO- und pH-Wert-Messungen in Suspensionen sowie dem L{\"a}ngen{\"a}nderungsverhalten von Bindemittelleimen verschiedener Zusammensetzungen eine Vorauswahl geeigneter GZPB-Rezepturen ermittelt. Danach erfolgten, ebenfalls an Bindemittelleimen, Untersuchungen zu den Eigenschaften der als geeignet eingesch{\"a}tzten GZPB-Mischungen. Hierzu z{\"a}hlten Langzeitbetrachtungen zur rissfreien Erh{\"a}rtung bei unterschiedlichen Umgebungsbedingungen sowie die Festigkeitsentwicklung im trockenen und feuchten Zustand. Im n{\"a}chsten Schritt wurde anhand zweier exemplarischer GZPB-Zusammensetzungen (mit silikatischen und alumosilikatischen Puzzolan) die prinzipiell m{\"o}gliche Phasenzusammensetzung unter Variation des Puzzolan-Zement-Verh{\"a}ltnisses (P/Z-Verh{\"a}ltnis) und des Calciumsulfatanteils im thermodynamischen Gleichgewichtszustand berechnet. Hier wurde im Besonderen auf Unterschiede der silikatischen und alumosilikatischen Puzzolane eingegangen. Im letzten Teil der Untersuchungen wurden die Hydratationskinetik der GZPB sowie die Gef{\"u}geentwicklung n{\"a}her betrachtet. Hierf{\"u}r wurden die Porenl{\"o}sungen chemisch analysiert und S{\"a}ttigungsindizes berechnet, sowie elektronenmikropische, porosimetrische und r{\"o}ntgenografische Untersuchungen durchgef{\"u}hrt. Abschließend wurden die Ergebnisse gesamtheitlich interpretiert, da die Ergebnisse der einzelnen Untersuchungsprogramme miteinander in Wechselwirkung stehen. Als haupts{\"a}chliche Hydratationsprodukte wurden Calciumsulfat-Dihydrat, Ettringit und C-(A)-S-H-Phasen ermittelt, deren Anteile im GZPB neben dem Calciumsulfatanteil und dem Puzzolan-Zement-Verh{\"a}ltnis auch deutlich vom Wasserangebot und der Gef{\"u}geentwicklung abh{\"a}ngen. Bei Verwendung von alumosilikatischen Puzzolans kommt es wahrscheinlich zur teilweisen Substitution des Siliciums durch Aluminium in den C-S-H-Phasen. Dies erscheint aufgrund des Nachweises der f{\"u}r diese Phasen typischen, folienartigen Morphologie wahrscheinlich. Portlandit wurde in raumbest{\"a}ndigen GZPB-Systemen nur zu sehr fr{\"u}hen Zeitpunkten in geringen Mengen gefunden. In den Untersuchungen konnte ein Teil der in der Literatur beschriebenen, prinzipiellen Hydratationsabl{\"a}ufe best{\"a}tigt werden. Bei Verwendung von Halbhydrat als Calciumsulfatkomponente entsteht zuerst Dihydrat und bildet die Prim{\"a}rstruktur der GZPB. In dieses existierende Grundgef{\"u}ge kristallisieren dann das Ettringit und die C-(A)-S-H-Phasen. In den GZPB sorgen entgegen der Beschreibungen in der Literatur nicht ausschließlich die C-(A)-S-H-Phasen zur Verbesserung der Feuchtebest{\"a}ndigkeit und der Erh{\"o}hung des Festigkeitsniveaus, sondern auch das Ettringit. Beide Phasen {\"u}berwachsen im zeitlichen Verlauf der Hydratation die Dihydratkristalle in der Matrix und h{\"u}llen diese - je nach Calciumsulfatanteil im GZPB - teilweise oder vollst{\"a}ndig ein. Diese Umh{\"u}llung sowie die starke Gef{\"u}geverdichtung durch die C-(A)-S-H-Phasen und das Ettringit bedingen, dass ein l{\"o}sender Angriff durch Wasser erschwert oder gar verhindert wird. Gleichzeitig wird die Gleitf{\"a}higkeit an den Kontaktstellen der Dihydratkristalle verringert. Eine rissfreie und raumbest{\"a}ndige Erh{\"a}rtung ist f{\"u}r die gefahrlose Anwendung eines GZPB-Systems essentiell. Hierf{\"u}r ist die Kinetik der Ettringitbildung von elementarer Bedeutung. Die gebildete Ettringitmenge spielt nur eine untergeordnete Rolle. Selbst ausgepr{\"a}gte, ettringitbedingte Dehnungen und hohe sich bildende Mengen f{\"u}hren zu fr{\"u}hen Zeitpunkten, wenn die Dihydratkristalle noch leicht gegeneinander verschiebbar sind, zu keinen Sch{\"a}den. Bleibt die {\"U}bers{\"a}ttigung bez{\"u}glich Ettringit und somit auch der Kristallisationsdruck allerdings {\"u}ber einen langen Zeitraum hoch, gen{\"u}gen bereits geringe Ettringitmengen, um das sich stetig verfestigende Gef{\"u}ge stark zu sch{\"a}digen. Die f{\"u}r die raumbest{\"a}ndige Erh{\"a}rtung der GZPB notwendige, schnelle Abnahme der Ettringit{\"u}bers{\"a}ttigung wird haupts{\"a}chlich durch die Reaktivit{\"a}t des Puzzolans beeinflusst. Die puzzolanische Reaktion f{\"u}hrt zur Bindung des aus dem Zement stammenden Calciumhydroxid durch die Bildung von C-(A)-S-H-Phasen und Ettringit. Hierdurch sinkt die Calcium- und Hydroxidionenkonzentration in der Porenl{\"o}sung im Verlauf der Hydratation, wodurch auch die {\"U}bers{\"a}ttigung bez{\"u}glich Ettringit abnimmt. Je h{\"o}her die Reaktivit{\"a}t des Puzzolans ist, desto schneller sinkt der S{\"a}ttigungsindex des Ettringits und somit auch der Kristallisationsdruck. Nach Unterschreiten eines noch n{\"a}her zu kl{\"a}rendem Grenzwert der {\"U}bers{\"a}ttigung stagnieren die Dehnungen. Das Ettringit kristallisiert bzw. w{\"a}chst nun bevorzugt in den Poren ohne eine weitere, {\"a}ußere Volumenzunahme zu verursachen. Um eine schadensfreie Erh{\"a}rtung des GZPB zu gew{\"a}hrleisten, muss gerade in der fr{\"u}hen Phase der Hydratation ein ausreichendes Wasserangebot gew{\"a}hrleistet werden, so dass die Ettringitbildung m{\"o}glichst vollst{\"a}ndig ablaufen kann. Andernfalls kann es bei einer Wiederbefeuchtung zur Reaktivierung der Ettringitbildung kommen, was im eingebauten Zustand Sch{\"a}den verursachen kann. Die Gew{\"a}hrleistung eines ausreichenden Wasserangebots ist im GZPB-System nicht unproblematisch. In Abh{\"a}ngigkeit der GZPB-Zusammensetzung k{\"o}nnen sich große Ettringitmengen bilden, die einen sehr hohen Wasserbedarf aufweisen. Deshalb kann es, je nach verwendeten Wasser-Bindemittel-Wert, im Bindemittelleim zu einem Wassermangel kommen, welcher die weitere Hydratation verlangsamt bzw. komplett verhindert. Zudem k{\"o}nnen GZPB-Systeme teils sehr dichte Gef{\"u}ge ausbilden, wodurch der Wassertransport zum Reaktionsort des Ettringits zus{\"a}tzlich behindert wird. Die Konzeption raumbest{\"a}ndiger GZPB-Systeme muss anhand mehrerer aufeinander aufbauender Untersuchungen erfolgen. Zur Vorauswahl geeigneter Puzzolan-Zementverh{\"a}ltnisse eignen sich die Messungen der CaO-Konzentration und des pH-Wertes in Suspensionen. Als alleinige Beurteilungsgrundlage reicht dies allerdings nicht aus. Zus{\"a}tzlich muss das L{\"a}ngen{\"a}nderungs-verhalten beurteilt werden. Raumbest{\"a}ndige Mischungen mit alumosilikatischen Puzzolanen zeigen zu fr{\"u}hen Zeitpunkten starke Dehnungen, welche dann abrupt stagnieren. Stetige - auch geringe - Dehnungen weisen auf eine destruktive Zusammensetzung hin. Mit diesem mehrstufigen Vorgehen k{\"o}nnen raumbest{\"a}ndige, stabile GZPB-Systeme konzipiert werden, so dass die Zielstellung der Arbeit erreicht wurde und ein sicherer praktischer Einsatz dieser Bindemittelart gew{\"a}hrleistet werden kann.  },
  subject      = {Gips},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Cicek,
  author    = {Cicek, Burhan},
  title     = {Revisiting vernacular technique: Engineering a low environmental impact earth stabilisation method},
  doi       = {10.25643/bauhaus-universitaet.4698},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:wim2-20220803-46989},
  school      = {Bauhaus-Universit{\"a}t Weimar},
  pages     = {195},
  abstract  = {The major drawbacks of earth as a construction material — such as its low water stability and moderate strength — have led mankind to stabilize earth. Different civilizations developed vernacular techniques mainly focussing on lime, pozzolan or gypsum stabilization. Recently, cement has become the most commonly used additive in earth stabilization as it improves the strength and durability of plain earth. Also, it is a familiar and globally available construction material. However, using cement as an additive reduces the environmental advantages of earth and run counter to global targets regarding the reduction of CO2 emissions. Alternatives to cement stabilization are currently neither efficient enough to reduce its environmental impact nor allow the possibility of obtaining better results than those of cement. As such, this thesis deals with the rediscovery of a reverse engineering approach for a low environmental impact earth stabilization technique, aiming to replace cement in earth stabilization. The first step in the method consists in a comprehensive review of earth stabilization with regards to earthen building standards and soil classification, which allows us to identify the research gap. The review showed that there is great potential in using other additives which result in similar improvements as those achieved by cement. However, the studies that have been conducted so far either use expansive soils, which are not suitable for earth constructions or artificial pozzolans that indirectly contribute to CO2 emissions. This is the main research gap. The key concept for the development in the second step of the method is to combine vernacular additives to both improve the strength and durability of plain earth and to reduce the CO2 emissions. Various earth-mixtures were prepared and both development and performance tests were done to investigate the performance of this technique. The laboratory analyses on mix-design have proven a high durability and the results show a remarkable increase in strength performance. Furthermore, a significant reduction in CO2 emissions in comparison to cement stabilization could be shown. The third step of the method discusses the results drawn from the experimental programme. In addition, the potential of the new earth mixture with regards to its usability in the field of building construction and architectural design is further elaborated on. The method used in this study is the first of its kind that allows investors to avoid the very time-consuming processes such as finding a suitable source for soil excavation and soil classification. The developed mixture has significant workability and suitability for production of stabilized earthen panels — the very first of its kind. Such a panel is practically feasible, reasonable, and could be integrated into earthen building standards in general and in particular to DIN 18948, which is related to earthen boards and published in 2018.},
  subject      = {Lehm},
  language  = {en}
}