@phdthesis{Mueller,
  author    = {M{\"u}ller, Matthias},
  title     = {Salt-frost Attack on Concrete - New Findings regarding the Damage Mechanism},
  doi       = {10.25643/bauhaus-universitaet.4868},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:wim2-20230103-48681},
  school      = {Bauhaus-Universit{\"a}t Weimar},
  abstract  = {The reduction of the cement clinker content is an important prerequisite for the improvement of the CO2-footprint of concrete. Nevertheless, the durability of such concretes must be sufficient to guarantee a satisfactory service life of structures. Salt frost scaling resistance is a critical factor in this regard, as it is often diminished at increased clinker substitution rates. Furthermore, only insufficient long-term experience for such concretes exists. A high salt frost scaling resistance thus cannot be achieved by applying only descriptive criteria, such as the concrete composition. It is therefore to be expected, that in the long term a performance based service life prediction will replace the descriptive concept. To achieve the important goal of clinker reduction for concretes also in cold and temperate climates it is important to understand the underlying mechanisms for salt frost scaling. However, conflicting damage theories dominate the current State of the Art. It was consequently derived as the goal of this thesis to evaluate existing damage theories and to examine them experimentally. It was found that only two theories have the potential to describe the salt frost attack satisfactorily - the glue spall theory and the cryogenic suction theory. The glue spall theory attributes the surface scaling to the interaction of an external ice layer with the concrete surface. Only when moderate amounts of deicing salt are present in the test solution the resulting mechanical properties of the ice can cause scaling. However, the results in this thesis indicate that severe scaling also occurs at deicing salt levels, at which the ice is much too soft to damage concrete. Thus, the inability of the glue spall theory to account for all aspects of salt frost scaling was shown. The cryogenic suction theory is based on the eutectic behavior of salt solutions, which consist of two phases - water ice and liquid brine - between the freezing point and the eutectic temperature. The liquid brine acts as an additional moisture reservoir, which facilitates the growth of ice lenses in the surface layer of the concrete. The experiments in this thesis confirmed, that the ice formation in hardened cement paste increases due to the suction of brine at sub-zero temperatures. The extent of additional ice formation was influenced mainly by the porosity and by the chloride binding capacity of the hardened cement paste. Consequently, the cryogenic suction theory plausibly describes the actual generation of scaling, but it has to be expanded by some crucial aspects to represent the salt frost scaling attack completely. The most important aspect is the intensive saturation process, which is ascribed to the so-called micro ice lens pump. Therefore a combined damage theory was proposed, which considers multiple saturation processes. Important aspects of this combined theory were confirmed experimentally. As a result, the combined damage theory constitutes a good basis to understand the salt frost scaling attack on concrete on a fundamental level. Furthermore, a new approach was identified, to account for the reduced salt frost scaling resistance of concretes with reduced clinker content.},
  subject      = {Beton},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Mueller,
  author    = {M{\"u}ller, Matthias},
  title     = {Frost-Tausalz-Angriff auf Beton - Neue Erkenntnisse zum Schadensmechanismus},
  doi       = {10.25643/bauhaus-universitaet.4502},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:wim2-20210922-45025},
  school      = {Bauhaus-Universit{\"a}t Weimar},
  pages     = {226},
  abstract  = {F{\"u}r die Verminderung der betonspezifischen CO2-Emissionen wird ein verst{\"a}rkter Einsatz klinkerreduzierter Zemente bzw. Betone angestrebt. Die Reduzierung des Klinkergehaltes darf jedoch nicht zu einer lebensdauerrelevanten Beeintr{\"a}chtigung der Betondauerhaftigkeit f{\"u}hren. In diesem Zusammenhang stellt der Frost-Tausalz-Widerstand eine kritische Gr{\"o}ße dar, da er bei h{\"o}heren Klinkersubstitutionsraten h{\"a}ufig negativ beeinflusst wird. Erschwerend kommt hinzu, dass f{\"u}r klinkerreduzierte Betone nur ein unzureichender Erfahrungsschatz vorliegt. Ein hoher Frost-Tausalz-Widerstand kann daher nicht ausschließlich anhand deskriptiver Vorgaben gew{\"a}hrleistet werden. Demgem{\"a}ß sollte perspektivisch auch f{\"u}r frost-tausalzbeanspruchte Bauteile eine performancebasierte Lebensdauerbetrachtung erfolgen. Eine unverzichtbare Grundlage f{\"u}r das Erreichen dieser Ziele ist ein Verst{\"a}ndnis f{\"u}r die Schadensvorg{\"a}nge beim Frost-Tausalz-Angriff. Der Forschungsstand ist jedoch gepr{\"a}gt von widerspr{\"u}chlichen Schadenstheorien. Somit wurde als Zielstellung f{\"u}r diese Arbeit abgeleitet, die existierenden Schadenstheorien unter Ber{\"u}cksichtigung des aktuellen Wissensstandes zu bewerten und mit eigenen Untersuchungen zu pr{\"u}fen und einzuordnen. Die Sichtung des Forschungsstandes zeigte, dass nur zwei Theorien das Potential haben, den Frost-Tausalz-Angriff umfassend abzubilden - die Glue Spall Theorie und die Cryogenic Suction Theorie. Die Glue Spall Theorie f{\"u}hrt die Entstehung von Abwitterungen auf die mechanische Sch{\"a}digung der Betonoberfl{\"a}che durch eine anhaftende Eisschicht zur{\"u}ck. Dabei sollen nur bei moderaten Tausalzkonzentrationen in der einwirkenden L{\"o}sung kritische Spannungszust{\"a}nde in der Eisschicht auftreten, die eine Sch{\"a}digung der Betonoberfl{\"a}che hervorrufen k{\"o}nnen. In dieser Arbeit konnte jedoch nachgewiesen werden, dass starke Abwitterungen auch bei Tausalz¬konzentrationen auftreten, bei denen eine mechanische Sch{\"a}digung des Betons durch das Eis auszuschließen ist. Damit wurde die fehlende Eignung der Glue Spall Theorie aufgezeigt. Die Cryogenic Suction Theorie fußt auf den eutektischen Eigenschaften von Tausalz-l{\"o}sungen, die im gefrorenen Zustand immer als Mischung auf festem Wassereis und fl{\"u}ssiger, hochkonzentrierter Salzl{\"o}sung bestehen, solange ihre Eutektikumstemperatur nicht unter¬schritten wird. Die fl{\"u}ssige Phase im salzhaltigen Eis stellt f{\"u}r gefrorenen Beton ein bisher nicht ber{\"u}cksichtigtes Fl{\"u}ssigkeitsreservoir dar, welches trotz der hohen Salzkonzentration die Eisbildung in der Betonrandzone verst{\"a}rken und so die Entstehung von Abwitterungen verursachen soll. In dieser Arbeit wurde best{\"a}tigt, dass die Eisbildung im Zementstein beim Gefrieren in hochkonzentrierter Tausalzl{\"o}sung tats{\"a}chlich verst{\"a}rkt wird. Das Ausmaß der zus{\"a}tzlichen Eisbildung wurde dabei auch von der F{\"a}higkeit des Zementsteins zur Bindung von Chloridionen aus der Tausalzl{\"o}sung beeinflusst. Zusammenfassend wurde festgestellt, dass die Cryogenic Suction Theorie eine gute Beschreibung des Frost-Tausalz-Angriffes darstellt, aber um weitere Aspekte erg{\"a}nzt werden muss. Die Ber{\"u}cksichtigung der intensiven S{\"a}ttigung von Beton durch den Prozess der Mikroeislinsenpumpe stellt hier die wichtigste Erweiterung dar. Basierend auf dieser {\"U}berlegung wurde eine kombinierte Schadenstheorie aufgestellt. Wichtige Annahmen dieser Theorie konnten experimentell best{\"a}tigt werden. Im Ergebnis wurde so die Grundlage f{\"u}r ein tiefergehendes Verst{\"a}ndnis des Frost-Tausalz-Angriffes geschaffen. Zudem wurde ein neuer Ansatz identifiziert, um die (potentielle) Verringerung des Frost-Tausalz-Widerstandes klinkerreduzierter Betone zu erkl{\"a}ren.},
  subject      = {Beton},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Reformat,
  author    = {Reformat, Martin},
  title     = {Zementmahlung - Untersuchungen zum Zusammenhang von Mahlaggregat und Materialeigenschaften},
  isbn      = {978-3-00-067121-0},
  doi       = {10.25643/bauhaus-universitaet.4279},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:wim2-20201102-42794},
  school      = {Bauhaus-Universit{\"a}t Weimar},
  pages     = {224},
  abstract  = {Die Mahlung als Zerkleinerungsprozess stellt seit den Anf{\"a}ngen der Menschheit eine der wichtigsten Verarbeitungsformen von Materialien aller Art dar - von der Getreidemahlung, {\"u}ber das Aufschließen von Heilkr{\"a}utern in M{\"o}rsern bis hin zur Herstellung von Tonern f{\"u}r Drucker und Kopierer. Besonders die Zementmahlung ist in modernen Gesellschaften sowohl ein wirtschaftlicher als auch ein {\"o}kologischer Faktor. Mehr als zwei Drittel der elektrischen Energie der Zementproduktion werden f{\"u}r Rohmehl- und Klinker- bzw. Kompositmaterialmahlung verbraucht. Dies ist nur ein Grund, warum der Mahlprozess zunehmend in den Fokus vieler Forschungs- und Entwicklungsvorhaben r{\"u}ckt. Die Komplexit{\"a}t der Zementmahlung steigt im zunehmenden Maße an. Die simple „Mahlung auf Zementfeinheit" ist seit langem obsolet. Zemente werden maßgeschneidert, mit verschiedensten Kombinationsprodukten, getrennt oder gemeinsam, in unterschiedlichen Mahlaggregaten oder mit ganz neuen Ans{\"a}tzen gefertigt. Dar{\"u}ber hinaus gewinnt auch der Sektor des Baustoffrecyclings, mit allen damit verbundenen Herausforderungen, immer mehr an Bedeutung. Bei der Fragestellung, wie der Mahlprozess einerseits leistungsf{\"a}hige Produkte erzeugen kann und andererseits die zunehmenden Anforderungen an Nachhaltigkeit erf{\"u}llt, steht das Mahlaggregat im Mittelpunkt der Betrachtungen. Dementsprechend gliedert sich, neben einer eingehenden Literaturrecherche zum Wissensstand, die vorliegende Arbeit in zwei {\"u}bergeordnete Teile: Im ersten Teil werden Untersuchungen an konventionellen Mahlaggregaten mit in der Zementindustrie verwendeten Kernprodukten wie Portlandzementklinker, Kalkstein, Flugasche und H{\"u}ttensand angestellt. Um eine m{\"o}glichst effektive Mahlung von Zement und Kompositmaterialien zu gew{\"a}hrleisten, ist es wichtig, die Auswirkung von M{\"u}hlenparametern zu kennen. Hierf{\"u}r wurde eine umfangreiche Versuchsmatrix aufgestellt und abgearbeitet. Das Spektrum der Analysemethoden war ebenfalls umfangreich und wurde sowohl auf die gemahlenen Materialien als auch auf die daraus hergestellten Zemente und Betone angewendet. Es konnte gezeigt werden, dass vor allem die Unterscheidung zwischen Mahlk{\"o}rperm{\"u}hlen und mahlk{\"o}rperlosen M{\"u}hlen entscheidenden Einfluss auf die Granulometrie und somit auch auf die Zementperformance hat. Besonders stark wurden die Verarbeitungseigenschaften, insbesondere der Wasseranspruch und damit auch das Porengef{\"u}ge und schließlich Druckfestigkeiten sowie Dauerhaftigkeitseigenschaften der aus diesen Zementen hergestellten Betone, beeinflusst. Bei Untersuchungen zur gemeinsamen Mahlung von Kalkstein und Klinker f{\"u}hrten ung{\"u}nstige Anreicherungseffekte des gut mahlbaren Kalksteins sowie tonigen Nebenbestandteilen zu einer schlechteren Performance in allen Zementpr{\"u}fungen. Der zweite Teil widmet sich der Hochenergiemahlung. Die dahinterstehende Technik wird seit Jahrzehnten in anderen Wirtschaftsbranchen, wie der Pharmazie, Biologie oder auch Lebensmittelindustrie angewendet und ist seit einiger Zeit auch in der Zementforschung anzutreffen. Beispielhaft seien hier die Planeten- und R{\"u}hrwerkskugelm{\"u}hle als Vertreter genannt. Neben grundlegenden Untersuchungen an Zementklinker und konventionellen Kompositmaterialien wie H{\"u}ttensand und Kalkstein wurde auch die Haupt-Zementklinkerphase Alit untersucht. Die Hochenergiemahlung von konventionellen Kompositmaterialien generierte zus{\"a}tzliche Reaktivit{\"a}t bei gleicher Granulometrie gegen{\"u}ber der herk{\"o}mmlichen Mahlung. Dies wurde vor allem bei per se reaktivem Zementklinker als auch bei latent-hydraulischem H{\"u}ttensand beobachtet. Gemahlene Flugaschen konnten nur im geringen Maße weiter aktiviert werden. Der generelle Einfluss von Oberfl{\"a}chenvergr{\"o}ßerung, Strukturdefekten und Relaxationseffekten eines Mahlproduktes wurden eingehend untersucht und gewichtet. Die Ergebnisse bei der Hochenergiemahlung von Alit zeigten, dass die durch Mahlung eingebrachten Strukturdefekte eine Erh{\"o}hung der Reaktivit{\"a}t zur Folge haben. Hierbei konnte festgestellt werden, das maßgeblich Oberfl{\"a}chendefekte, strukturelle (Volumen-)defekte und als Konterpart Selbstheilungseffekte die reaktivit{\"a}tsbestimmenden Faktoren sind. Weiterhin wurden Versuche zur Mahlung von Altbetonbrechsand durchgef{\"u}hrt. Im Speziellen wurde untersucht, inwieweit eine R{\"u}ckf{\"u}hrung von Altbetonbrechsand, als unverwertbarer Teil des Betonbruchs, in Form eines Zement-Kompositmaterials in den Baustoffkreislauf m{\"o}glich ist. Die hierf{\"u}r verwendete Mahltechnik umfasst sowohl konventionelle M{\"u}hlen als auch Hochenergiem{\"u}hlen. Es wurden Kompositzemente mit variiertem Recyclingmaterialanteil hergestellt und auf grundlegende Eigenschaften untersucht. Zur Bewertung der Produktqualit{\"a}t wurde der sogenannte „Aktivierungskoeffizient" eingef{\"u}hrt. Es stellte sich heraus, dass die R{\"u}ckf{\"u}hrung von Altbetonbrechsand als potentielles Kompositmaterial wesentlich vom Anteil des Zementsteins abh{\"a}ngt. So konnte beispielsweise reiner Zementstein als aufgemahlenes Kompositmaterial eine bessere Performance gegen{\"u}ber dem mit Gesteinsk{\"o}rnung beaufschlagtem Altbetonbrechsand ausweisen. Bezogen auf die gemessenen Hydratationsw{\"a}rmen und Druckfestigkeiten nahm der Aktivierungskoeffzient mit fallendem Abstraktionsgrad ab. Ebenfalls sank der Aktivierungskoeffizient mit steigendem Substitutionsgrad. Als Vergleich wurden dieselben Materialien in konventionellen M{\"u}hlen aufbereitet. Die hier erzielten Ergebnisse k{\"o}nnen teilweise der Hochenergiemahlung als gleichwertig beurteilt werden. Folglich ist bei der Aktivierung von Recyclingmaterialien weniger die Mahltechnik als der Anteil an aktivierbarem Zementstein ausschlaggebend.},
  subject      = {Zement},
  language  = {de}
}