@phdthesis{Peters,
  author    = {Peters, Simone},
  title     = {The Influence of Power Ultrasound on Setting and Strength Development of Cement Suspensions},
  isbn      = {ISBN 978-3-00-055602-9},
  doi       = {10.25643/bauhaus-universitaet.2744},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:wim2-20170210-27446},
  school      = {Bauhaus-Universit{\"a}t Weimar},
  pages     = {146},
  abstract  = {Ein aktuelles Thema in der Forschung der Betonindustrie ist die gezielte Steuerung des Erstarrens und der Entwicklung der (Fr{\"u}h)Festigkeit von Betonen und M{\"o}rteln. Aus {\"o}konomischer Sicht sind außerdem die Reduktion der CO2-Emission und die Schonung von Ressourcen und Energie wichtige Forschungsschwerpunkte. Eine M{\"o}glichkeit zum Erreichen dieser Ziele ist es, die Reaktivit{\"a}t/Hydratation der silikatischen Klinkerphasen gezielt anzuregen. Neben den bereits bekannten M{\"o}glichkeiten der Hydratationsbeschleunigung (u.a. W{\"a}rmebehandlung, Zugabe von Salzen) bietet die Anwendung von Power-Ultraschall (PUS) eine weitere Alternative zur Beschleunigung der Zementhydratation. Da bis zum jetzigen Zeitpunkt noch keine Erfahrungen zum Einsatz von PUS in der Zementchemie vorliegen, sollen mit der vorliegenden Arbeit grundlegende Kenntnisse zum Einfluss von PUS auf das Fließ- und Erstarrungsverhalten von Zementsuspensionen erarbeitet werden. Dazu wurde die Arbeit in f{\"u}nf Hauptuntersuchungsabschnitte aufgeteilt. Im ersten Teil wurden optimale PUS-Parameter wie Amplitude und Energieeintrag ermittelt, die eine effiziente Beschleunigung der Portlandzement(CEM I)hydratation bei kurzen Beschallzeiten und begrenzter Zementleimtemperaturerh{\"o}hung erlauben. Mit Hilfe unabh{\"a}ngiger Untersuchungsmethoden (Bestimmung des Erstarrungsbeginns, der Festigkeitsentwicklung, zerst{\"o}rungsfreier Ultraschallpr{\"u}fung, isothermer W{\"a}rmeflusskalorimetrie, hochaufl{\"o}sender Rasterelektronmikroskopie (REM) wurde die Wirkung von PUS auf den Hydratationsverlauf von CEM I-Suspensionen charakterisiert. Die Ergebnisse zeigen, dass die Behandlung von CEM I-Suspensionen mit PUS grunds{\"a}tzlich ein beschleunigtes Erstarren und eine beschleunigte (Fr{\"u}h)Festigkeitsentwicklung hervorruft. Anhand von REM-Untersuchungen konnte eindeutig nachgewiesen werden, dass die Beschleunigung der CEM I-Hydratation mit einer beschleunigten Hydratation der Hauptklinkerphase Alit korreliert. Auf Grundlage dieser Erkenntnisse wurden die Ursachen der Aktivierung der Alithydratation untersucht. Dazu wurden Untersuchungen an Einzelsystemen des CEM I (silikatische Klinkerphase) durchgef{\"u}hrt. Es ist bekannt, das die Hydratation der Hauptklinkerphase Alit (in der reinen Form Tricalciumsilikat 3CaO*SiO2; C3S) durch L{\"o}sungs-/F{\"a}llungsreaktionen (Bildung von Calcium-Silikat-Hydrat Phasen, C-S-H Phasen) bestimmt wird. Mit Hilfe von Untersuchungen zur Aufl{\"o}sung (C3S) und Kristallbildung (C-S-H Phasen) in L{\"o}sungen und Suspensionen (Aufzeichnung der elektrischen Leitf{\"a}higkeit sowie Bestimmung der Ionenkonzentrationen der w{\"a}ssrigen Phase, REM-Charakterisierung der Pr{\"a}zipitate) wurde die Beeinflussung dieser durch eine PUS-Behandlung charakterisiert. Die Ergebnisse zeigen, dass in partikelfreien L{\"o}sungen (prim{\"a}re Keimbildung) eine PUS-Behandlung keinen Einfluss auf die Kinetik der Kristallisation von C-S-H Phasen hervorruft. Das heißt, auch die durch PUS eingetragene Energie reicht offensichtlich nicht aus, um in Abwesenheit von Oberfl{\"a}chen die C-S-H Phasen Bildung zu beschleunigen. Das weist darauf hin, dass die Bildung von C-S-H Phasen nicht durch eine Beschleunigung von Ionen in der L{\"o}sung (erh{\"o}hte Diffusion durch Anwendung von PUS) hervorgerufen wird. Eine Beschleunigung des Kristallisationsprozesses (Keimbildung und Wachstum von C-S-H Phasen) durch PUS wird nur in Anwesenheit von Partikeln in der L{\"o}sung (Suspension) erzielt. Das belegen Ergebnisse, bei denen die Bildung erster C-S-H Phasen bei geringer {\"U}bers{\"a}ttigung (heterogene Keimbildung, in Anwesenheit von Oberfl{\"a}chen) erfolgt. Unter diesen Bedingungen konnte gezeigt werden, dass PUS innerhalb der ersten 30 Minuten der Hydratation eine erh{\"o}hte F{\"a}llung von ersten C-S-H Phasen bewirkt. Diese fungieren dann vermutlich w{\"a}hrend der Haupthydratation als Keim bzw. geeignete Oberfl{\"a}che zum beschleunigten Aufwachsen von weiteren C-S-H Phasen. Weiterhin ist vorstellbar, dass (in Analogie zu anderen Bereichen der Sonochemie) PUS durch Kavitation Schockwellen hervorruft, welche Partikel und w{\"a}ssriges Medium beschleunigen und damit erh{\"o}hte Partikelbewegungen und -kollisionen induziert. Dies wiederum bewirkt, dass die anf{\"a}nglich auf der C3S-Oberfl{\"a}che gebildeten C-S-H Phasen teilweise wieder entfernt werden. Damit ist das Inl{\"o}sunggehen von Ca- und Si-Ionen aus dem C3S weiterhin m{\"o}glich. Um den genauen Mechanismus weiter zu charakterisieren sollten mit geeigneten Methoden weitere Untersuchungen durchgef{\"u}hrt werden. Im zweiten Teil der Arbeit wurde der Einfluss von PUS auf das Fließverhalten von CEM I-Suspensionen untersucht. Aus der Anwendung von PUS in anderen technischen Bereichen sind unter anderem Effekte wie das Entl{\"u}ften, das Homogenisieren und das Dispergieren von Suspensionen und Emulsionen mittels PUS bekannt. Mit Hilfe der Bestimmung des Luftporengehaltes, Sedimentationsversuchen und cryo-SEM Untersuchungen wurde der Einfluss von PUS auf CEM I-Suspensionen charakterisiert. Die Ergebnisse belegen, dass durch PUS eine verbesserte Homogenit{\"a}t und Dispergierung der CEM I-Suspension erzielt wird. Damit wird f{\"u}r CEM I-Suspensionen unterschiedlichster w/z-Werte eine verbesserte Fließf{\"a}higkeit festgestellt. Ergebnisse der Bestimmung von Ausbreitmaßen und Trichterauslaufzeiten zeigen, dass PUS einen direkten Einfluss vor allem auf die Viskosit{\"a}t der CEM I-Suspensionen besitzt. Werden Fließmitteln (FM) der CEM I-Suspension zugegeben, wird nicht in jedem Fall eine verbesserte Fließf{\"a}higkeit festgestellt. Hier scheint unter bestimmten Voraussetzungen (w/z-Wert, FM-Gehalt, PUS) die Reaktion zwischen Aluminat- und Sulfatphase des Klinkers gest{\"o}rt. Zur eindeutigen Kl{\"a}rung dieses Sachverhaltes bedarf es jedoch weiterer quantitativer Untersuchungen zum Reaktionsumsatz. Im dritten Teil der Arbeit wurden die am CEM I gewonnenen Erkenntnisse zum Einfluss von PUS auf die Hydratation an Portland-H{\"u}ttensand(H{\"U}S)-Zement-Systemen verifiziert. Daf{\"u}r wurden auch in diesem Teil der Arbeit zun{\"a}chst die optimalen PUS-Parameter festgelegt und der Einfluss auf das Erstarrung- und Erh{\"a}rtungsverhalten dokumentiert. Untersuchungsmethoden sind unter anderem die Bestimmung des Erstarrungsbeginns und der (Fr{\"u}h)Festigkeitsentwicklung, Temperaturaufzeichnungen und isothermale W{\"a}rmeflusskalorimetrie sowie REM. Die Ergebnisse zeigen, dass auch die Reaktion von H{\"U}S-Zementen durch PUS beschleunigt wird. Weiterf{\"u}hrende Untersuchungen belegen, dass die erzielte Beschleunigung vorwiegend auf der Beschleunigung der Alitkomponente des CEM I beruht. Im Fokus der Teile vier und f{\"u}nf dieser Arbeit stand die Anwendbarkeit der PUS-Technik unter praktischen Bedingungen. Zum einen wurde die Anwendbarkeit von PUS in fertig gemischten M{\"o}rteln beurteilt. Anhand des Vergleichs wichtiger Frisch- und Festm{\"o}rteleigenschaften unterschiedlich hergestellter M{\"o}rtel (beschallt im Anschluss an konventionelle Mischtechnik, beschallt im Anschluss an Suspensionsmischtechnik mit anschließender Zumischung der Gesteinsk{\"o}rnung und nicht beschallt) wird gezeigt, dass im Fall von M{\"o}rteln mit hohem Leimanteil eine durch PUS induzierte beschleunigte Festigkeitsentwicklung auch mit herk{\"o}mmlichen Mischabl{\"a}ufen (ohne aufwendige Umstellung des Mischprozesses) m{\"o}glich ist. Abschließend wird untersucht, ob der Herstellungsprozess von Wandbauteilen im Fertigteilwerk durch den Einsatz von PUS optimiert werden kann und ob eine Einbindung der PUS-Technik in den Fertigungsprozess ohne gr{\"o}ßeren Aufwand m{\"o}glich ist. Dazu wurden in einem ersten Schritt die Frisch- und Festbetoneigenschaften eines aktuell angewendeten selbstverdichtenden Betons im Labormaßstab (M{\"o}rtel) in Abh{\"a}ngigkeit einer PUS-Behandlung dokumentiert und mit der seiner unbeschallten Referenz verglichen. Aufgrund der durch PUS verursachten verbesserten Fließ- und Festigkeitseigenschaften kann die beschallte M{\"o}rtelrezeptur hinsichtlich Fließmittelgehalt und Dauer der W{\"a}rmebehandlung optimiert werden. Somit werden ca. 30 \% der Fließmittelzugabe und 40 \% der Dauer der W{\"a}rmebehandlung eigespart. Eine Einbindung der PUS-Technik in das betrachtete Fertigteilwerk ist nach {\"U}berpr{\"u}fung der konstruktiven Gegebenheiten der Fertigungsstrukturen ohne gr{\"o}ßeren Aufwand m{\"o}glich.},
  subject      = {Cement},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Schoeler,
  author    = {Sch{\"o}ler, Axel},
  title     = {Hydration of multi-component cements containing clinker, slag, type-V fly ash and limestone},
  doi       = {10.25643/bauhaus-universitaet.2622},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:wim2-20160705-26221},
  school      = {Bauhaus-Universit{\"a}t Weimar},
  pages     = {189},
  abstract  = {Problemstellung und Zielsetzung 1. Die Herstellung von Portlandzementklinker tr{\"a}gt zu etwa 5 bis 8 \% zur j{\"a}hrlichen Emissionsmenge an menschlich generiertem CO2 bei. Dies ist begr{\"u}ndet in der Verwendung von fossilen Brennstoffen (ca. 40 \% des gesamten CO2) und in der Ents{\"a}uerung des stark kalksteinhaltigen Rohmehls (ca. 60 \% des gesamten CO2). 2. Verschiedene Strategien zur Verringerung des Ausstoßes an CO2 werden angewandt. Dies sind insbesondere die Optimierung der Prozessf{\"u}hrung bei der Klinkerherstellung, die Verwendung alternativer Brennstoffe und die teilweise Substitution des Klinkeranteils in Zementen mit mehreren Hauptbestandteilen durch Zementersatzstoffe, sogenannte SCM (supplementary cementitious materials), wobei H{\"u}ttensand, Flugasche und Kalksteinmehl die meist verwendeten Materialien darstellen. 3. Durch die Reduktion des Klinkeranteils k{\"o}nnen quatern{\"a}re Systeme nicht nur einen Beitrag zur Reduzierung von CO2-Emissionen leisten. Ebenfalls ist es mit derartigen Systemen m{\"o}glich H{\"u}ttensande und Flugaschen m{\"o}glichst {\"o}konomisch einzusetzen und gegebenenfalls auf Engp{\"a}sse bei deren Verf{\"u}gbarkeit zu reagieren. 4. H{\"u}ttensande und Flugaschen zeigen {\"A}hnlichkeiten in ihrer prinzipiellen chemischen Zusammensetzung, so dass {\"a}hnliche Hydratphasen w{\"a}hrend ihrer Reaktion in Anwesenheit von Portlandzement gebildet werden k{\"o}nnen. Im Vergleich zu tern{\"a}ren Systemen, die neben Kalkstein auch H{\"u}ttensand oder Flugasche enthalten, kann bei quatern{\"a}ren Zementen, die neben Kalkstein sowohl H{\"u}ttensand als auch Flugasche enthalten, eine {\"a}hnliche Phasenentwicklung und damit auch {\"a}hnliche Festigkeitsentwicklung erwartet werden. 5. Die Verwendung von SCM als Zementersatzstoff ist durch die im Vergleich zu Portlandzement deutlich langsamere Reaktion und die dadurch bedingte ebenfalls langsamere Festigkeitsentwicklung begrenzt. Dies betrifft insbesondere die Entwicklung innerhalb der ersten 28 Tage. Dementsprechend ist es unerl{\"a}sslich die Reaktivit{\"a}t von SCM wie H{\"u}ttensanden und Flugaschen eingehend zu untersuchen um die Reaktionsf{\"a}higkeit- und Geschwindigkeit und somit die Festigkeitsentwicklung zu steigern. 6. Die fr{\"u}he Reaktion der Hauptklinkerphasen ist weitgehend untersucht und beschrieben, wobei entsprechende Studien meist hochverd{\"u}nnte Modellsysteme betrachten. Jedoch gibt es kaum Hinweise inwiefern diese Erkenntnisse auf konzentrierte Systeme bei realistischen Wasser-Feststoff Verh{\"a}ltnissen {\"u}bertragen werden k{\"o}nnen. Entsprechende Untersuchungen sind n{\"o}tig um die Wechselwirkungen von Portlandzement und SCM in der Fr{\"u}hphase der Reaktion zu beschreiben. Stand der Wissenschaft 7. In verd{\"u}nnten Systemen f{\"u}hrt steigender Ca-Gehalt zu einer niedrigeren Aufl{\"o}sungsrate von C3S und C2S. 8. Bestimmende Faktoren der Aufl{\"o}sung von C3S sind sowohl die Unters{\"a}ttigung bez{\"u}glich C3S als auch die {\"U}bers{\"a}ttigung in Bezug auf C-S-H. 9. Erh{\"o}hte Al-Konzentrationen f{\"u}hren zur Verz{\"o}gerung der Hydratation von C3S. Dies kann begr{\"u}ndet sein durch die Einbindung von Al in C-S-H und eine dadurch bedingte deutlich langsamere Wachstumsrate von C-(A)-S-H. Ebenfalls scheint ein verz{\"o}gernder Effekt von Al auf die Aufl{\"o}sung von C3S m{\"o}glich. 10. Die Oberfl{\"a}che von Kalkstein bietet besonders gute Bedingungen f{\"u}r die Keimbildung von C-S-H, so dass im Vergleich zu anderen SCM in Anwesenheit von Kalkstein deutlich mehr C-S-H Keime gebildet werden. 11. Die Reaktivit{\"a}t von H{\"u}ttensand und Flugasche wird einerseits durch die Korngr{\"o}sse, andererseits jedoch auch durch die intrinsische Reaktivit{\"a}t des amorphen Anteils selbst bestimmt. 12. In amorphen (Calcium)Aluminosilikaten f{\"u}hrt ein steigender Gehalt an Netzwerkmodifizierern, wie z.B. CaO, zu einem st{\"a}rker depolymerisierten Glasnetzwerk und damit zu steigender Reaktivit{\"a}t. Die Wirkung von amphoteren Oxiden (Al2O3, Fe2O3) die sowohl als Netzwerkmodifizierer als auch als Netzwerkbildner auftreten k{\"o}nnen ist nicht vollst{\"a}ndig gekl{\"a}rt. 13. CO2 haltige Monophasen besitzen im Vergleich zu Monosulfoaluminat eine h{\"o}here thermodynamische Stabilit{\"a}t, wodurch Ettringit stabilisiert wird. Durch das hohe spezifische Volumen von Ettringit wird ein Maximum an Raumausf{\"u}llung, dadurch eine geringere Porosit{\"a}t und in Folge ein Maximum an Festigkeit erreicht. 14. Kalkstein reagiert nur in geringem Ausmaß entsprechend dem zur Reaktion vorhandenen Al2O3, wobei sich zun{\"a}chst Hemicarboaluminat, sp{\"a}ter Monocarboaluminat bildet. Dabei wird Al2O3 nicht nur durch den Portlandzement selbst, sondern auch durch die Aufl{\"o}sung von SCM, insbesondere von Flugasche, zur Verf{\"u}gung gestellt. Methodik 15. Der Einfluss von SCM auf die fr{\"u}he Hydratation von Portlandzement in bin{\"a}ren (d.h. H{\"u}ttensand oder Flugasche oder Quarz) und tern{\"a}ren (d.h. Flugasche und Kalkstein) Systemen wurde mittels isothermer Kalorimetrie und Porenl{\"o}sungsanalysen untersucht. {\"U}ber die chemische Zusammensetzung der Porenl{\"o}sung ermittelte S{\"a}ttigungsindices und L{\"o}slichkeitsprodukte wurden in Bezug zur W{\"a}rmeentwicklung gesetzt. Basierend auf den ermittelten Daten wurde evaluiert, inwiefern Mechanismen die die Hydratation von reinen Klinkerphasen in verd{\"u}nnten Systemen bestimmen ebenfalls in Zementpasten unter realistischen Bedingungen maßgebend sind. 16. Der Einfluss der chemischen Zusammensetzung auf die Reaktivit{\"a}t von Gl{\"a}sern bei hohem pH (>13) wurde mittels Ionenchromatographie in hoch verd{\"u}nnten Systemen untersucht. Puzzolanit{\"a}tstests wurden an vereinfachten Modellsystemen sowie an Portlandzement-Glass-Systemen durchgef{\"u}hrt. Das Reaktionsverhalten der Gl{\"a}ser wurde {\"u}ber isotherme Kalorimetrie und thermogravimetrische Experimente untersucht. {\"U}ber Massenbilanzkalkulationen kann der Gehalt an gebundenem Wasser in Funktion der Menge an reagiertem Glas berechnet werden. Ein Abgleich mit gebundenem Wasser bestimmt {\"u}ber thermogravimetrische Untersuchungen erlaubt es, den Reaktionsgrad der Gl{\"a}ser abzusch{\"a}tzen. Zus{\"a}tzliche Experimente mittels selektiver L{\"o}sung wurden zu Vergleichszwecken durchgef{\"u}hrt. 17. Die Reaktionskinetik von quatern{\"a}ren Pasten die sowohl Kalksteinmehl als auch H{\"u}ttensand und Flugasche enthalten wurden bis zum Alter von 28 Tagen mittels isothermer Kalorimetrie und Experimenten zum chemischen Schwinden untersucht. Erg{\"a}nzend wurden Festigkeitspr{\"u}fungen an M{\"o}rtelprismen durchgef{\"u}hrt. 18. Quatern{\"a}re Pasten wurden ebenfalls hinsichtlich der gebildeten Hydratphasen bis zu einem Alter von 182 Tagen untersucht. Hierzu wurden basierend auf thermodynamischen Modellierungen volumetrische Berechnungen zum gesamten Phasenvolumen als Funktion des Kalkstein- und des Flugaschen- bzw. H{\"u}ttensandgehalts durchgef{\"u}hrt. Erg{\"a}nzt durch thermogravimetrische Ermittlung des Gehalts an gebundenem Wasser und Portlandit, sowie mittels qualitativen r{\"o}ntgendiffraktometrischen Untersuchungen wurden die Ergebnisse der thermodynamischen Berechnungen mit der Festigkeitsentwicklung von M{\"o}rtelprismen abgeglichen. 19. Porenl{\"o}sungen von quatern{\"a}ren Systemen wurden bis zu einem Alter von 728 Tagen mittels Ionenchromatographie und pH-Bestimmung analysiert. {\"U}ber die ermittelten Konzentrationen wurden S{\"a}ttigungsindices f{\"u}r relevante Phasen ermittelt. Im Hinblick auf den Einfluss des H{\"u}ttensandes wurden Porenl{\"o}sungen f{\"u}r ausgew{\"a}hlte Systeme bei verschiedenen H{\"u}ttensandgehalten (20 und 30 M.\%) bei 91 Tagen, sowie f{\"u}r die gesamten Matrix bis zu 91 Tagen, auf verschiedene Schwefelspecies untersucht. Im Wesentlichen erzielte Ergebnisse 20. Untersuchungen zur fr{\"u}hen Reaktionskinetik von bin{\"a}ren Systemen zeigten einen st{\"a}rkeren W{\"a}rmefluss in Anwesenheit von SCM, bedingt durch erh{\"o}hte f{\"u}r die Keimbildung zur Verf{\"u}gung stehende Oberfl{\"a}che sowie eine geringere ({\"U}ber)S{\"a}ttigung bez{\"u}glich C-S-H. Erh{\"o}hte Ca-Konzentrationen f{\"u}hrten nicht zu langsamerer Aufl{\"o}sung von C3S, wie dies f{\"u}r reine Phasen bei hoher Verd{\"u}nnung beobachtet wurde. Im Gegensatz zu Untersuchungen in Reinstsystemen f{\"u}hrten h{\"o}here Ca-Konzentrationen nicht zu geringeren Reaktionsraten von C3S. Die schnellste Reaktion wurde bei Anwesenheit von Kalkstein, d.h. den h{\"o}chsten Ca-Konzentrationen, beobachtet. Die grunds{\"a}tzliche Reaktionscharakteristik zeigt einen inversen Bezug zur Unters{\"a}ttigung bez{\"u}glich C3S, wobei h{\"o}here Unters{\"a}ttigung zu schnellerer Reaktion f{\"u}hrt. Wie ebenfalls in Reinstsystemen bei hoher Verd{\"u}nnung beobachtet, f{\"u}hrt die Anwesenheit von Aluminium zur Verz{\"o}gerung der Reaktion. H{\"o}here SO42--Konzentrationen wurden in Anwesenheit von Flugasche beobachtet was die Ettringitausf{\"a}llung verhinderte und zu h{\"o}heren Al-Konzentrationen f{\"u}hrt. Dieser Mechanismus f{\"u}hrt zu h{\"o}heren Al-Konzentrationen in Gegenwart von Quarz, H{\"u}ttensand und Kalkstein im Gegensatz zu Anwesenheit von Flugasche. 21. Die fr{\"u}he Hydratation von quatern{\"a}ren Systemen wird in Anwesenheit von Kalkstein deutlich beschleunigt, w{\"a}hrend Flugasche zu einer Verz{\"o}gerung f{\"u}hrt. Im Gegensatz zu einem Referenzsystem mit inertem Quarz konnte mittels isothermer Kalorimetrie und chemischem Schwinden eine Reaktionsbeschleunigung in Anwesenheit von H{\"u}ttensand nachgewiesen werden. Weitere Zugaben an Flugasche, Kalkstein oder Mischungen von beiden f{\"u}hrten zu einer weiteren Beschleunigung, wobei die Unterschiede zwischen diesen Materialien zu gering sind um eine klare Unterscheidung zu erm{\"o}glichen. 22. Bei allen zur Glasaufl{\"o}sung- bzw. Reaktivit{\"a}t durchgef{\"u}hrten Experimenten zeigten sich identische Trends, d.h. steigende Reaktivit{\"a}t und Aufl{\"o}sungsgeschwindigkeit mit steigendem Anteil an Netzwerkmodifizierern innerhalb der Glasstruktur. Die Ergebnisse weisen darauf hin, dass Al2O3 in s{\"a}mtlichen betrachteten Glaszusammensetzungen vorwiegend als Netzwerkmodifizierer vorliegt. Die thermogravimetrische Bestimmung von gebundenem Wasser bei den Modellsystemen und den glashaltigen Zementen kann {\"u}ber Massenbilanzberechnungen als Funktion des Anteils an reagiertem Glas zur Absch{\"a}tzung des Glasreaktionsgrades verwendet werden. 23. Zu fr{\"u}hen Zeiten von bis zu 7 Tagen hat der Anteil an H{\"u}ttensand, Flugasche oder Kalkstein keinen wesentlichen Einfluss auf die Festigkeitsentwicklung. Zu sp{\"a}teren Zeiten wurde {\"u}ber thermodynamische Berechnungen ein Reaktionsgrad des enthaltenen CaCO3 (Calcit) von 2 bis 5 M.\% ermittelt. Dies f{\"u}hrt zur Bildung von Hemicarboaluminat und Monocarboaluminat wodurch Ettringit indirekt stabilisiert wird. In Folge ergibt sich ein h{\"o}heres absolutes Volumen der gebildeten Hydratphasen und damit h{\"o}here Festigkeiten wie Festigkeitsuntersuchungen an M{\"o}rtelprismen zeigen. Dabei h{\"a}ngt der Reaktionsgrad des CaCO3 vom verf{\"u}gbaren Al2O3 ab, welches neben dem Portlandzement selbst auch durch die Reaktion von H{\"u}ttensand, im Besonderen aber durch die Aufl{\"o}sung der Flugasche zur Verf{\"u}gung steht. 24. Allgemein hat die Anwesenheit von H{\"u}ttensand und Flugasche in Gegenwart von Kalkstein wenig Einfluss auf die gebildeten Hydratphasen. Die sukzessive Substitution von H{\"u}ttensand durch Flugasche f{\"u}hrt zu einer geringen Abnahme von Portlandit und C-S-H und beg{\"u}nstigt die Bildung von mehr Monocarboaluminat und Hemicarboaluminat. Portlandit reagiert puzzolanisch mit der Flugasche wobei sich C-S-H bildet. Dennoch f{\"u}hrt die geringe Reaktivit{\"a}t der Flugasche zu geringerem Gehalt an C-S-H was wiederrum sinkendes gesamtes Hydratphasenvolumen und damit niedrigere Festigkeitswerte generiert. Allerdings ist der Einfluss gering und alle untersuchten Systeme erreichen die Festigkeitsklasse 42.5 N entsprechend EN 196-1. 25. Analog zur Hydratphasenbildung zeigten Untersuchungen der Porenl{\"o}sungschemie von quatern{\"a}ren Systemen durchweg {\"a}hnliche Ergebnisse. Entsprechend dem Gehalt an Flugasche sind die st{\"a}rksten Variationen in den Al-Konzentrationen zu verzeichnen, welche mit steigendem Gehalt an Flugasche und mit fortschreitender Hydratation ansteigen. Weiterhin ist zu sp{\"a}teren Zeiten Portlandit bei hohen Gehalten an Flugasche zusehends unters{\"a}ttigt, w{\"a}hrend die Unters{\"a}ttigung bez{\"u}glich Str{\"a}tlingit abnimmt, was auf die Aufl{\"o}sung von Portlandit hinweist. 26. Der absolute Gehalt an SO3 in der Porenl{\"o}sung wird dominiert von Sulfat (SO42-), w{\"a}hrend die Konzentrationen von Sulfit (SO32-) und Thiosulfat (S2O32-) sehr niedrig waren. Nach 2 Tagen lagen ca. 90 \% des gesamten Schwefels in Form von SO42- vor. Nach 91 Tagen waren dies ca. 36 \% w{\"a}hrend ca. 28 \% als S2O32- vorlagen. Bei h{\"o}heren Gehalten an H{\"u}ttensand sind dabei nach 7 Tagen h{\"o}here Konzentrationen an SO32- und S2O32- feststellbar.},
  subject      = {Hydrauliche Bindemittel},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Link,
  author    = {Link, Tim},
  title     = {Entwicklung und Untersuchung von alternativen Dicalciumsilicat-Bindern auf der Basis von alpha-C2SH},
  doi       = {10.25643/bauhaus-universitaet.3722},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:wim2-20180205-37228},
  school      = {Bauhaus-Universit{\"a}t Weimar},
  pages     = {292},
  abstract  = {Um den Klimawandel zu begrenzen, m{\"u}ssen die CO2-Emissionen drastisch gesenkt werden [100]. Bis 2050 soll bei der Herstellung von Zement eine Einsparung um 51-60 \% auf 0,425-0,350 tCO2/tZement erfolgen [7]. Um dieses Ziel zu erreichen, sind alternative Bindemittelkonzepte notwendig [70]. Diese Arbeit widmet sich alternativen, hochreaktiven Dicalciumsilicat-Bindemitteln, die durch die thermische Aktivierung von α-Dicalcium-Silicat-Hydrat (α-C2SH) erzeugt werden. Das α-C2SH ist eine kristalline C S H-Phase, die im hydrothermalen Prozess, beispielsweise aus Branntkalk und Quarz, herstellbar ist. Die thermische Aktivierung kann bei sehr niedrigen Temperaturen erfolgen (>420 °C) und f{\"u}hrt zu einem Multiphasen-C2S-Binder. Als besonders reaktive Bestandteile k{\"o}nnen x-C2S und r{\"o}ntgenamorphe Anteile enthalten sein. Weiterhin k{\"o}nnen β C2S, γ C2S und Dellait (Ca6(SiO4)(Si2O7)(OH)2) entstehen. Im Rahmen der Arbeit wird zun{\"a}chst der Stand des Wissens zur Polymorphie und Hydratation von C2S zusammengefasst. Es werden bekannte C2S-basierte Bindemittelkonzepte vorgestellt und bewertet. Die Herstellung von C2S-Bindern wird experimentell im Labormaßstab untersucht. Dabei kommen unterschiedliche Autoklaven und ein Muffelofen zum Einsatz. Die Herstellungsparameter werden hinsichtlich Phasenbestand und Reaktivit{\"a}t optimiert. Die Bindemittel werden durch quantitative R{\"o}ntgen-Phasenanalyse (QXRD), Rasterelektronenmikroskopie (REM), N2-Adsorption (BET-Methode), Heliumpycnometer, Thermoanalyse (TGA/DSC) und 29Si-MAS- sowie 29Si-1H-CP/MAS-NMR-Spektroskopie charakterisiert. Das Hydratationsverhalten der Bindemittel wird vorrangig mithilfe von W{\"a}rmeflusskalorimetrie untersucht. Weiterhin werden in situ und ex situ XRD-, TGA/DSC- und REM-Untersuchungen durchgef{\"u}hrt. Anhand von zwei Bindemitteln wird die F{\"a}higkeit zur Erzielung hoher Festigkeiten demonstriert. Abschließend erfolgt eine Absch{\"a}tzung zu Energiebedarf und CO2-Emissionen f{\"u}r die Herstellung der untersuchten C2S-Binder. Die Ergebnisse zeigen, dass f{\"u}r eine hohe Reaktivit{\"a}t der Binder eine niedrige Brenntemperatur und ein geringer Wasserdampfpartialdruck w{\"a}hrend der thermischen Aktivierung entscheidend sind. Weiterhin muss das hydrothermal hergestellte α-C2SH eine m{\"o}glichst hohe spezifische Oberfl{\"a}che aufweisen. Diese Parameter beeinflussen den Phasenbestand und die phasenspezifische Reaktivit{\"a}t. Brenntemperaturen von ca. 420-500 °C f{\"u}hren zu hochreaktiven Bindern, die im Rahmen dieser Arbeit als Niedertemperatur-C2S-Binder bezeichnet werden. Temperaturen von ca. 600-800 °C f{\"u}hren zu Bindern mit geringerer Reaktivit{\"a}t, die im Rahmen dieser Arbeit als Hochtemperatur-C2S bezeichnet werden. H{\"o}here Brenntemperaturen (1000 °C) f{\"u}hren zu Bindemitteln, die innerhalb der ersten drei Tage keine hydraulische Aktivit{\"a}t zeigen. Die untersuchten Bindemittel k{\"o}nnen sehr hohe Reaktionsgeschwindigkeiten erreichen. Die W{\"a}rmeflusskalorimetrie deutet bei einigen Bindemitteln einen nahezu vollst{\"a}ndigen Umsatz innerhalb von drei Tagen an. Durch XRD wurde f{\"u}r einen Binder der vollst{\"a}ndige Verbrauch von x-C2S innerhalb von drei Tagen nachgewiesen. F{\"u}r einen mittels in-situ-XRD und W{\"a}rmeflusskalorimetrie untersuchten Binder wurde gezeigt, dass die Phasen vorrangig in der Reihenfolge r{\"o}ntgenamorph > x-C2S > β-C2S > γ-C2S hydratisieren. Hydratationsprodukte sind nadelige C S H-Phasen und Portlandit. Die Herstellung durch thermische Aktivierung von α-C2SH f{\"u}hrt zu tafeligen Bindemittelpartikeln, die teilweise Zwickelr{\"a}ume und Poren zwischen den einzelnen Partikeln einschließen. Um eine verarbeitbare Bindemittelpaste zu erzeugen, sind daher sehr hohe Wasser/Bindemittel-Werte (z. B. 1,4) erforderlich. Der Wasseranspruch kann durch Mahlung etwa auf das Niveau von Zement gesenkt werden. Die Druckfestigkeitsentwicklung wurde an zwei Niedertemperatur-C2S-Kompositbindern mit 40 \% Kalksteinmehl bzw. 40 \% H{\"u}ttensand untersucht. Aufgrund von theoretischen Betrachtungen zur Porosit{\"a}t in Abh{\"a}ngigkeit des w/b-Wertes wurde dieser auf 0,3 festgelegt. Durch Zugabe von PCE-Fließmittel wurde ein verarbeitbarer M{\"o}rtel erhalten. Die Festigkeitsentwicklung ist sehr schnell. Der Kalksteinmehl-Binder erreichte nach zwei Tagen 46 N/mm². Bis Tag 28 trat keine weitere Festigkeitssteigerung ein. Der H{\"u}ttensand-Binder erreichte nach zwei Tagen 62 N/mm². Durch die H{\"u}ttensandreaktion stieg die Festigkeit bis auf 85 N/mm² nach 28 Tagen an. F{\"u}r den Herstellungsprozess von Niedertemperatur-C2S-Binder wurden Energieverbr{\"a}uche und CO2-Emissionen abgesch{\"a}tzt. Es deutet sich an, dass, bezogen auf die Bindemittelmenge, keine wesentlichen Einsparungen im Vergleich zur Portlandzementherstellung m{\"o}glich sind. F{\"u}r die tats{\"a}chlichen Emissionen muss jedoch zus{\"a}tzlich die Leistungsf{\"a}higkeit der Bindemittel ber{\"u}cksichtigt werden. Die Leistungsf{\"a}higkeit kann als erforderliche Bindemittelmenge betrachtet werden, die je m³ Beton eingesetzt werden muss, um bestimmte Festigkeits-, Dauerhaftigkeits- und Verarbeitungseigenschaften zu erreichen. Aus verschiedenen Ver{\"o}ffentlichungen [94, 201, 206] wurde die These abgeleitet, dass die Leistungsf{\"a}higkeit eines Bindemittels maßgeblich von der C-S-H-Menge bestimmt wird, die w{\"a}hrend der Hydratation gebildet wird. Daher wird f{\"u}r NT-C2S-Binder eine außergew{\"o}hnlich hohe Leistungsf{\"a}higkeit erwartet. Auf Basis der Leistungsf{\"a}higkeitsthese verringern sich die abgesch{\"a}tzten CO2-Emissionen von NT-C2S-Bindern, sodass gegen{\"u}ber Portlandzement ein m{\"o}gliches Einsparpotenzial von 42 \% ermittelt wurde.},
  subject      = {Belit},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Voland,
  author    = {Voland, Katja},
  title     = {Einfluss der Porosit{\"a}t von Beton auf den Ablauf einer sch{\"a}digenden Alkali-Kiesels{\"a}ure-Reaktion},
  doi       = {10.25643/bauhaus-universitaet.2559},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:wim2-20160418-25598},
  school      = {Bauhaus-Universit{\"a}t Weimar},
  pages     = {383},
  abstract  = {Der Dissertation liegt die Frage zugrunde, welchen Einfluss die Porosit{\"a}t von Beton auf den Ablauf einer sch{\"a}digenden AKR hat. Insbesondere soll gekl{\"a}rt werden, ob der Einsatz von Gleitschalungsfertigern - anstelle von klassischen schienengef{\"u}hrten Betondeckenfertigern - und die damit verbundene verringerte Porosit{\"a}t der Betone den Ablauf einer sch{\"a}digenden AKR beg{\"u}nstigt. Eine verringerte Porosit{\"a}t f{\"u}hrt zu einer reduzierten Duktilit{\"a}t des Betons, so dass infolge AKR entstehende Zugspannungen schlechter abgebaut werden k{\"o}nnen. Weiterhin steht ein geringerer Expansionsraum f{\"u}r das entstehende AKR-Gel zur Verf{\"u}gung. Diese Faktoren k{\"o}nnen den Ablauf einer AKR beg{\"u}nstigen. Allerdings k{\"o}nnen extern anstehende Alkalien schlechter in den Beton mit einer verringerten Porosit{\"a}t eindringen. Ferner wird die Diffusion der Alkalien zu den potenziell reaktiven Gesteinsk{\"o}rnungen verlangsamt. Zur Beantwortung der aufgeworfenen Frage wird unter Einsatz einer neuartigen Pr{\"u}fmethodologie und bei variierender Porosit{\"a}t untersucht, welche Sch{\"a}digungsparameter maßgebend f{\"u}r den Ablauf und die Intensit{\"a}t einer sch{\"a}digenden AKR sind. Die ber{\"u}cksichtigten Sch{\"a}digungsparameter sind die mechanischen Eigenschaften des Betons, der zur Verf{\"u}gung stehende Expansionsraum und die im Beton ablaufenden Transportvorg{\"a}nge. Um den Einfluss der jeweiligen Sch{\"a}digungsparameter spezifizieren zu k{\"o}nnen, gehen die Pr{\"u}fungen einerseits von einem hohen internen und andererseits von einem hohen externen AKR-Sch{\"a}digungspotenzial aus. In beiden F{\"a}llen erfolgen die Untersuchungen an langsam reagierenden alkaliempfindlichen Gesteinsk{\"o}rnungen. Die unterschiedlichen Porosit{\"a}ten ergeben sich haupts{\"a}chlich durch Variation des w/z-Wertes. Bei dem hohen internen AKR-Sch{\"a}digungspotenzial stehen die mechanischen Eigenschaften und der Expansionsraum im Vordergrund; außerdem ist der Einfluss der Zugabe eines LP-Bildners zu analysieren. Um ein hohes internes AKR-Sch{\"a}digungspotenzial zu erreichen, kommt bei der Herstellung der Betonprobek{\"o}rper ein Zement mit einem hohen Alkaligehalt zum Einsatz. Die Betonprobek{\"o}rper werden der 40 °C-Nebelkammerlagerung und dem 60 °C-Betonversuch {\"u}ber Wasser unterzogen. Dabei findet eine neue Pr{\"u}fmethodologie Anwendung, die der kontinuierlichen Messung der Dehnung und der ablaufenden Erh{\"a}rtungs- und Rissbildungsprozesse dient. Diese Pr{\"u}fmethodologie umfasst die Messung der Ultraschallgeschwindigkeit, die Schallemissionsanalyse und die µ-3D-Computertomografie. Hingegen richtet sich der Fokus bei dem hohen externen AKR-Sch{\"a}digungspotenzial auf die Transportvorg{\"a}nge. Zur Provokation eines hohen externen AKR-Sch{\"a}digungspotenzials werden die Probek{\"o}rper der FIB-Klimawechsellagerung ausgesetzt.},
  subject      = {Alkali-Kiesels{\"a}ure-Reaktion},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Giebson,
  author    = {Giebson, Colin},
  title     = {Die Alkali-Kiesels{\"a}ure-Reaktion in Beton f{\"u}r Fahrbahndecken und Flugbetriebsfl{\"a}chen unter Einwirkung alkalihaltiger Enteisungsmittel},
  isbn      = {978-3-00-044366-4 (Druckversion)},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:wim2-20131217-20916},
  school      = {Bauhaus-Universit{\"a}t Weimar},
  pages     = {208},
  abstract  = {Das Hauptziel der Arbeit war es zu kl{\"a}ren, ob alkalihaltige Enteisungsmittel eine Alkali-Kiesels{\"a}ure-Reaktion (AKR) ausl{\"o}sen und/oder beschleunigen k{\"o}nnen und was die dabei ggf. zugrunde liegenden Mechanismen sind. Die Untersuchungen dazu ergaben, dass die auf Verkehrsfl{\"a}chen eingesetzten alkalihaltigen Enteisungsmittel auf Basis von Natriumchlorid (Fahrbahndecken) bzw. auf Basis der Alkaliacetate und -formiate (Flugbetriebsfl{\"a}chen) den Ablauf einer AKR in Betonen mit alkalireaktiven Gesteinsk{\"o}rnungen ausl{\"o}sen und mitunter stark beschleunigen k{\"o}nnen. Dabei nimmt die AKR-f{\"o}rdernde Wirkung der Enteisungsmittel in der Reihenfolge Natriumchlorid - Alkaliacetate - Alkaliformiate erheblich zu. Es zeigte sich, dass im Fall der Alkaliacetate und -formiate nicht allein die Zufuhr von Alkalien von Bedeutung ist, sondern dass es außerdem zu einer Freisetzung von OH-Ionen aus dem Portlandit und folglich zu einem Anstieg des pH-Wertes in der Porenl{\"o}sung kommt. Dadurch wird der Angriff auf alkalireaktives SiO2 in Gesteinsk{\"o}rnungen verst{\"a}rkt und der Ablauf einer AKR beschleunigt. Unter {\"a}ußerer NaCl-Zufuhr kommt es hingegen nicht zu einem Anstieg des pH-Wertes, was der Grund f{\"u}r die weniger stark AKR-f{\"o}rdernde Wirkung von NaCl ist. Von Bedeutung sind hier die zugef{\"u}hrten Na-Ionen und offenbar ein sich andeutender, direkter Einfluss von NaCl auf das SiO2-L{\"o}severhalten. Sind pH-Wert und Na-Konzentration in der Porenl{\"o}sung ausreichend hoch, wird sich thermodynamisch bedingt AKR-Gel bilden. Die Bildung von FRIEDEL'schem Salz ist dabei nur eine Begleiterscheinung, aber keine Voraussetzung f{\"u}r den Ablauf einer AKR unter {\"a}ußerer NaCl-Zufuhr. Es zeigte sich weiter, dass sich mit der FIB-Klimawechsellagerung als Performance-Pr{\"u}fung das AKR-Sch{\"a}digungspotential von Betonen f{\"u}r Fahrbahndecken und Flugbetriebsfl{\"a}chen zuverl{\"a}ssig beurteilen l{\"a}sst. Die Vorteile der FIB-Klimawechsellagerung liegen in der Pr{\"u}fung kompletter, projektspezifischer Betonzusammensetzungen unter Beachtung aller praxisrelevanten klimatischen Einwirkungen und vor allem in der Ber{\"u}cksichtigung einer {\"a}ußeren Alkalizufuhr. Innerhalb von 36 Wochen kann das AKR-Sch{\"a}digungspotential einer Betonzusammensetzung f{\"u}r eine Nutzungsdauer von 20-30 Jahren in der Praxis sicher beurteilt werden.},
  subject      = {Beton},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Mansfeld2008,
  author    = {Mansfeld, Thomas},
  title     = {Das Quellverhalten von Alkalisilikatgelen unter Beachtung ihrer Zusammensetzung},
  doi       = {10.25643/bauhaus-universitaet.1375},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:wim2-20090106-14572},
  school      = {Bauhaus-Universit{\"a}t Weimar},
  year      = {2008},
  abstract  = {Im Rahmen dieser Arbeit wurden {\"u}ber verschiedene Herstellungsverfahren 48 Gelproben erzeugt und auf ihr Quellverhalten untersucht. Dabei wurde eine Wiederholbarkeit der Messungen mit anderen Bearbeitern {\"u}berpr{\"u}ft und nachgewiesen. Es zeigt sich in den Quellversuchen, dass hohe Alkaligehalte in den Gelproben bei einer niedrigen L{\"o}slichkeit (durch geringe Mengen Calcium in der Probe hervorgerufen) hohe Quelldr{\"u}cke erzeugen. Ein Einfluss des Natrium-Kalium-Verh{\"a}ltnisses (Alkaliverh{\"a}ltnis) auf das Quellverhalten der Gelproben ist nicht zu erkennen. Der Einfluss des Calciums im Gel zeichnet sich deutlich ab, ohne Calcium bauen die Proben keine Quelldr{\"u}cke auf, bei zu hohen Calciumgehalten entstehen nicht quellf{\"a}hige Alkali-Calcium-Silikat-Hydrate. Ein quellf{\"a}higer Bereich kann von ca. 5 \% bis zu ca. 30 \% Calciumanteil im Gel angegeben werden. Neben dem Einfluss des Calciumgehaltes auf das Quellverhalten der Gele ist auch ein Einfluss des Alkali-Silika-Verh{\"a}ltnisses in den Proben nachweisbar. Wird dieses Verh{\"a}ltnis in den Proben stark Richtung Kiesels{\"a}ure verschoben, d. h. niedrige Alkalianteile im Gel, kommt es zu keinen Quellerscheinungen. Somit kann die Wirkung von AKR-vermeidenden Zus{\"a}tzen (FA, Silika usw.) mit diesen Messungen best{\"a}tigt werden. Es kann gezeigt werden, dass die ermittelten Quelldr{\"u}cke eines Alkalikiesel-Gels ein Gesteinskorn oder/und die umgebende Matrix zerst{\"o}ren k{\"o}nnen. Aus diesen oben genannten Erkenntnissen wird ein Bereich einer quellf{\"a}higen Zusammensetzung eines Gels in einem Dreistoffdiagramm angegeben und es k{\"o}nnen folgende Schlussfolgerungen gezogen werden: •Ein Quelldruck kann in einem AK-Gel nur bei einer bestimmten Menge an eingebautem Calcium aufgebaut werden. •Diese Quelldr{\"u}cke k{\"o}nnen deutlich Werte {\"u}ber 10 N/mm² erreichen. •Die im Beton verwendeten Gesteinsk{\"o}rnungen und auch die sie umschließende M{\"o}rtelmatrix k{\"o}nnen mit Quelldr{\"u}cken in den hier bestimmten Gr{\"o}ßenordnungen zerst{\"o}rt werden. •Die bekannten Modelle zur Alkali-Kiesels{\"a}ure-Reaktion m{\"u}ssen um den Einbau des Calciums in ein entstandenes AK-Gel erweitert werden.},
  subject      = {Alkalil{\"o}sliche Kiesels{\"a}ure},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Eberhardt2010,
  author    = {Eberhardt, Arnd Bernd},
  title     = {On the mechanisms of shrinkage reducing admixtures in self con-solidating mortars and concretes},
  isbn      = {978-3-8440-0027-6},
  doi       = {10.25643/bauhaus-universitaet.1454},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:wim2-20110620-15491},
  school      = {Bauhaus-Universit{\"a}t Weimar},
  year      = {2010},
  abstract  = {'Zur Wirkungsweise schwindreduzierender Zusatzmittel in selbstverdichtenden M{\"o}rteln und Betonen' Problemstellung und Zielsetzung 1. Der Einsatz selbstverdichtender M{\"o}rtel und Betone im Bauwesen erbringt klare Vorteile. Dies sind im Wesentlichen eine erh{\"o}hte Betonierleistung, verbesserte Betonierqualit{\"a}t f{\"u}r bewehrten Beton im Allgemeinen und f{\"u}r filigrane, eng bewehrte Bauteile im Besonderen. Die mit den traditionellen Methoden des Betonbaus verbundenen L{\"a}rmemissionen werden erheblich reduziert. Der Wegfall der f{\"u}r herk{\"o}mmlichen Beton notwendigen Verdichtungsarbeit reduziert den manuellen Aufwand und die damit verbundenen Gesundheitsrisiken. Das im selbstverdichtenden Beton ben{\"o}tigte hohe Bindemittelleimvolumen ist der Betondauerhaftigkeit abtr{\"a}glich. Es bewirkt, dass selbstverdichtende Betone ein erh{\"o}htes Schwindmaß sowie eine h{\"o}here Rissneigung aufweisen. Ersteres kann f{\"u}r Betonbauteile zu erheblichen Verformungen oder Zwangsspannungen f{\"u}hren, w{\"a}hrend Letzteres die Dauerhaftigkeit des Baustoffes Beton aufgrund einer Beg{\"u}nstigung rissinduzierter Sch{\"a}digungsmechanismen stark beeintr{\"a}chtigt. 2. Herk{\"o}mmliche Methoden zur Schwindreduktion und Rissvermeidung verfolgen haupts{\"a}chlich das Ziel, die im Beton einzusetzenden Bindemittelmengen zu reduzieren. F{\"u}r selbstverdichtende Betone ist dieses Konzept nur sehr begrenzt anwendbar, da die Selbstverdichtung dieser Betone relativ hohe Bindemittelleimvolumen erfordert. Eine M{\"o}glichkeit das Ausmaß des Schwindens und damit die Rissanf{\"a}lligkeit selbstverdichtender Betone zu senken, besteht in der Anwendung schwindreduzierender Betonzusatzmittel. Eingef{\"u}hrt in den achtziger Jahren des 20ten Jahrhunderts in Japan, erweisen sich diese Zusatzmittel als effiziente Methode zur Verbesserung der Qualit{\"a}t bindemittelreicher Hochleistungsbetone im Allgemeinen und selbstverdichtender Betone im Besonderen. 3. W{\"a}hrend die Wirksamkeit schwindreduzierender Betonzusatzmittel in zahlreichen anwendungsorientierten Studien nachgewiesen werden konnte, ist das Wirkprinzip nur unzureichend erforscht. Eines der Hauptziele dieser Arbeit ist deshalb die gr{\"u}ndliche Erforschung des Wirkmechanismus schwindreduzierender Betonzusatzmittel. 4. Weiterhin besteht Unklarheit, wie diese Zus{\"a}tze in den Chemismus der Zementhydratation eingreifen und ob dies der allgemeinen Dauerhaftigkeit des Baustoffes Beton abtr{\"a}glich ist. Ein wichtiges Ziel dieser Arbeit ist deshalb die gr{\"u}ndliche Erforschung der Zementhydratation in Gegenwart einer repr{\"a}sentativen Auswahl verschiedener Typen schwindreduzierender Betonzusatzmittel. 5. Die Nachhaltigkeit der Anwendung schwindreduzierender Zusatzmittel ist bedeutend f{\"u}r die Betondauerhaftigkeit. Ob schwindreduzierende Zusatzmittel auslaugbar sind und ob eine Auslaugung die Schwindreduktion langfristig beeintr{\"a}chtigt, sind weitere Fragen, denen im Rahmen dieser Arbeit nachgegangen wird. Stand der Wissenschaft 6. Schwinden und Quellen von zement{\"a}ren Baustoffen wird im Allgemeinen mittels makroskopisch-thermodynamischer Ans{\"a}tze beschrieben. Der stark vereinfachte Ansatz kapillaren Unterdrucks bzw. hydrostatischen Drucks als treibende Kraft f{\"u}r hygrische Verformungen wird weitgehend abgelehnt. Vielmehr wird im Bereich moderater Luftfeuchten der Spaltdruck und im Bereich niedriger Luftfeuchten die Oberfl{\"a}chenenergie zur Beschreibung der hygrischen Volumenstabilit{\"a}t herangezogen. 7. Schwindreduzierende Betonzusatzmittel bestehen {\"u}berwiegend aus synergistischen Abmischungen nicht-ionischer Tenside mit Glykolen. Die amphiphilen Eigenschaften der nicht-ionischen Tenside f{\"u}hren zu einer Senkung der Oberfl{\"a}chenspannung des Zementporenwassers. In Abh{\"a}ngigkeit ihrer Konzentration in w{\"a}ssrigen Elektrolyten bilden nicht-ionische Tenside Mizellen und/oder Fl{\"u}ssigkristalle. Beobachtet wurden Mischungsl{\"u}cken und Aussalzungen dieser organischen, oberfl{\"a}chenaktiven Substanzen. Durch die Zugabe von Glykolen wird die Mischbarkeit nicht-ionischer Tenside mit w{\"a}ssrigen Elektrolyten stark erh{\"o}ht und f{\"u}hrt zu einer Absenkung der Bildung von Fl{\"u}ssigkristallen und organischen Aussalzungen sowie zu einer verminderten Adsorption des Tensides an Feststoffoberfl{\"a}chen. Der ausschließlich in der Patentliteratur erw{\"a}hnte Synergieeffekt bei der Abmischung nicht-ionischer Tenside mit Glykolen zu Schwindreduzierern bezieht sich auf eine erh{\"o}hte Schwindreduktionskapazit{\"a}t des Zusatzmittels und beruht auf der Abmilderung aller Effekte, die zu einer Abscheidung des Tensides aus der w{\"a}ssrigen L{\"o}sung f{\"u}hren. 8. Eine Implementierung der spezifischen chemisch-physikalischen Eigenschaften schwind-reduzierender Zusatzmittel in bestehende Modelle zur Beschreibung des Trocknungsschwindens ist der Fachliteratur nicht zu entnehmen. Mit Ausnahme des Kapillardruckmodells zur Vorhersage des Trocknungsschwindens lassen sich Charakteristika schwindreduzierender Betonzusatzmittel, im Speziellen ihrer Oberfl{\"a}chenaktivit{\"a}t, nicht bzw. nur unzureichend in bestehende Modelle zum Trocknungsschwinden implementieren. Methodik 9. Die Oberfl{\"a}chenaktivit{\"a}t einer repr{\"a}sentativen Auswahl an Schwindreduzierern wurde in makroskopischen Versuchen an synthetischen als auch an extrahierten Zementporenw{\"a}ssern quantifiziert. Dies umfasste auch die Quantifizierung von Mischungsl{\"u}cken und organischen Aussalzungen. 10. Ein in dieser Arbeit entwickelter theoretischer Ansatz zur Auswertung herk{\"o}mmlicher Messungen der Oberfl{\"a}chenspannung erlaubt eine Absch{\"a}tzung der Oberfl{\"a}chenspannung der Porenl{\"o}sung im trocknenden, zement{\"a}ren Porensystem. 11. Der Einfluss schwindreduzierender Zusatzmittel auf den Hydratationsmechanismus, d.h. Hydratphasenbestand und Hydratationskinetik, wurde mittels Thermogravimetrie, R{\"o}ntgenphasenanalyse bzw. isothermer W{\"a}rmeleitungskalorimetrie erfasst. Zus{\"a}tzlich wurde Elektronenmikroskopie zur Beschreibung der Mikrostrukturen und energiedispersive R{\"o}ntgenspektroskopie zur qualitativen Bestimmung von niedrig konzentrierten Hydratphasen eingesetzt. Die Ver{\"a}nderungen der Komposition des Zementporenwassers in Gegenwart schwindreduzierender Zusatzmittel wurden analysiert. Die spezifische Adsorption schwindreduzierender Zusatzmittel an Zementhydraten wurde an hydratisierendem Zement als auch an synthetischen Hydratphasen untersucht. 12. Der Mechanismus der Auslaugung schwindreduzierender Zusatzmittel wurde in Standtests untersucht, w{\"a}hrend praxisnahe Konditionen mittels zyklischer Auslaugung und Trocknung in Langzeittests simuliert wurden. 13. Die Beschreibung der hygrischen Eigenschaften von Zementstein und M{\"o}rteln erfolgte anhand von Schwind- und Desorptionsisothermen. Basierend auf thermodynamischen Ans{\"a}tzen wurden unter Verwendung dieser Schwind- und Desorptionsisothermen Energiebilanzen erstellt, die eine Unterscheidung zwischen Verformungsenergie und Energie zur Erzeugung von Oberfl{\"a}che im Trocknungsprozess zement{\"a}rer Baustoffe zulassen und somit eine Abgrenzung der Einflussnahme von Schwindreduzierern auf diese spezifische Energieverteilung erm{\"o}glichen. Im Wesentlichen erzielte Ergebnisse 14. Schwindreduzierende Betonzusatzmittel nehmen aufgrund ihrer amphiphilen Eigenschaften Einfluss auf den Hydratationsmechanismus von Portlandzementen. In Gegenwart dieser Zusatzmittel ist die L{\"o}slichkeit f{\"u}r anorganische Salze verringert. Die Konzentration von Calcium-, Kalium- und Sulfationen sinkt mit zunehmender Konzentration des Zusatzmittels. W{\"a}hrend der Induktionsperiode der Portlandzementhydratation f{\"u}hrt dies zur tempor{\"a}ren Ausf{\"a}llung von Calcium-Kalium-Sulfathydrat. Eine Ver{\"a}nderung des Hydratphasenbestandes in Gegenwart von schwindreduzierenden Zusatzmitteln kann nicht signifikant unterschieden werden. Somit sind nachteilige Auswirkungen auf die Dauerhaftigkeit derartig modifizierter Betone aufgrund eines ver{\"a}nderten Hydratphasenbestandes nicht zu erwarten. 15. Die stark verz{\"o}gernde Wirkung von Schwindreduzierern in Kombination mit polycarboxylat-basierten Fließmitteln beruht nicht auf der Adsorption des Schwindreduzierers am hydratisierenden Klinker. Vielmehr kann davon ausgegangen werden, dass die verminderte L{\"o}slichkeit f{\"u}r Salze in der Porenl{\"o}sung den Reaktionsumsatz absenkt und/oder eine spezifische Adsorption des nicht-ionischen Tensides an Portlanditkeimen deren Wachstum hemmt und damit die Aufl{\"o}sung von silikatischen Klinkerphasen. 16. Schwindreduzierende Zusatzmittel weisen eine spezifische Adsorption an Portlandit auf, einem Nebenprodukt der Hydratationsreaktionen eines Hauptbestandteils von Portlandzement. Ein verst{\"a}rktes Kristallwachstum von Portlandit in lateraler Dimension f{\"u}hrt zu einer Zunahme der spezifischen Oberfl{\"a}che des hydratisierten Zementsteines. F{\"u}r nass nachbehandelte Zementsteine bedeutet dies eine Zunahme der Gelporosit{\"a}t auf Kosten der Kapillarporosit{\"a}t. Eine Einflussnahme auf die Gesamtporosit{\"a}t l{\"a}sst sich nicht feststellen. 17. Die Zunahme der spezifischen Oberfl{\"a}che von Zementstein in Gegenwart von Schwindreduzierern bewirkt eine verst{\"a}rkte physikalische Adsorption von Zementporenwasser am Feststoff. F{\"u}r Betone mit niedrigem w/z-Wert oder unzureichender Nachbehandlung kann dieser Prozess zu einer Reduktion des f{\"u}r die Hydratation verf{\"u}gbaren Wassers f{\"u}hren und in einem vermindertem Hydratationsgrad resultieren. Dies k{\"o}nnte eine Ursache f{\"u}r die in der Literatur beschriebenen Einbußen bez{\"u}glich mechanischer Eigenschaften beim Einsatz von Schwindreduzieren sein. 18. Schwindreduzierer sind im hohen Maße auslaugbar. Jedoch zeigen zyklische Langzeittests, dass ein signifikanter Austrag des Zusatzmittels in vorwiegend trockener Exposition nicht zu erwarten ist. Die Nachhaltigkeit des Einsatzes dieser Zusatzmittel ist gegeben, wenn die Anwendung im Beton das Ziel der Reduktion des Trocknungsschwindens verfolgt. 19. Die schwindreduzierende Wirkung der nicht-ionischen Tenside beruht vorwiegend auf der Reduktion der Oberfl{\"a}chenspannung der Grenzfl{\"a}che „fl{\"u}ssig/gasf{\"o}rmig" des trocknenden Zementsteines. Inwieweit diese Oberfl{\"a}chenspannung durch das nicht-ionischeTensid herabgesetzt wird, ist von der Gesamtkonzentration im Allgemeinen und im Speziellen von der Konzentration des Tensides in der Oberfl{\"a}che abh{\"a}ngig. Da im Zuge des Trocknens diese Grenzfl{\"a}che w{\"a}chst, kann bei gegebener Gesamtkonzentration des Zusatzmittels im Beton dessen Konzentration in der Grenzfl{\"a}che sinken, woraufhin die Oberfl{\"a}chenspannung ansteigt und die Schwindreduktion sinkt. 20. Im Ergebnis dieser Arbeit ist es m{\"o}glich, die Entwicklung sowohl der Oberfl{\"a}che als auch ihrer Oberfl{\"a}chenspannung im Trocknungsprozess zu quantifizieren und diese Ergebnisse in einen einfachen konzeptionellen, thermodynamischen Ansatz zur Minimierung der freien Energie des trocknenden, zement{\"a}ren Porensystems zu {\"u}berf{\"u}hren. Die Verwendung dieses konzeptionellen Ansatzes erlaubt es, den Wirkmechanismus schwindreduzierender Betonzusatzmittel zu beschreiben.},
  subject      = {Schwinden},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Nowak,
  author    = {Nowak, Saskia},
  title     = {Alterung von Calciumsulfatphasen : Physiko-chemisch bedingte Feuchteaufnahmen und Einfluss auf die Reaktivit{\"a}t},
  isbn      = {978-3-00-041328-5},
  doi       = {10.25643/bauhaus-universitaet.1873},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:wim2-20130320-18731},
  school      = {Bauhaus-Universit{\"a}t Weimar},
  pages     = {155},
  abstract  = {Die Arbeit zeigt die wesentlichen Gr{\"u}nde auf, warum betahalbhydratreiche Niederbranntgipsbinder (industriell als Stuckgips bezeichnet) oft sehr unterschiedliche Eigenschaften aufweisen. Der Anteil an Halbhydrat, welches aus dem stark hygroskopischen Anhydrit III (A III) durch die Reaktion mit Luftfeuchtigkeit entsteht, stellt einen erheblichen, bislang vollkommen unbeachteten Einfluss dar. Dieses Halbhydrat aus A III zeigt andere Oberfl{\"a}cheneigenschaften und ein Reaktionsverhalten, das von frisch gebranntem Betahalbhydrat abweicht. Es zeigt sich, wie weitreichend der Einfluss physiko-chemischer Oberfl{\"a}chenprozesse wie Adsorption und Kondensation ist. Hierdurch wird nicht nur die Oberfl{\"a}chenenergie der Partikel abgebaut, sondern auch eine Verminderung der Hydratationsw{\"a}rme verursacht. Somit wirken sich physikalische Vorg{\"a}nge thermodynamisch aus. Einwirkende und resultierende Parameter einer Alterung wirken wie folgt {\"a}ußerst komplex zusammen: Die dominierenden Bindemitteleigenschaften Abbindeverhalten und Wasseranspruch ver{\"a}ndern sich durch eine Alterung sowohl aufgrund der Phasenumwandlungen als auch infolge der Ver{\"a}nderungen der Kristallite. Ebenso einflussreich ist die Ver{\"a}nderung der Oberfl{\"a}chencharakteristik. Die Auswirkung der Alterung auf die Reaktivit{\"a}t geht deutlich {\"u}ber den Abbau von Anhydrit III, die Dezimierung von abbindef{\"a}higem Material und die beschleunigende Wirkung von Alterungsdihydrat hinaus. Das Wachstum der Kristallite von Halbhydrat und die Verringerung der inneren Energie sowie die energetisch g{\"u}nstige spontane Beladung der Kristallgitterkan{\"a}le kleinster Anhydrit III-Kristallite mit dampff{\"o}rmigem Wasser m{\"u}ssen als maßgebliche Ursachen f{\"u}r die Abnahme der Reaktivit{\"a}t infolge der Alterung herausgestellt werden. Die Abnahme der spezifischen Oberfl{\"a}che und der Oberfl{\"a}chenenergie wirken sich außerdem auf den L{\"o}sungs- und den Hydratationsprozess aus. Der auf der Oberfl{\"a}che von Anhydrit III kristallisierte Anhydrit II wirkt sich auch nach der Umwandlung von A III in Halbhydrat l{\"o}sungshemmend aus. Infolge der alterungsbedingten Dihydratbildung, die bei anhaltender Feuchteeinwirkung einsetzt, wird diese Wirkung aufgehoben bzw. vermindert. Obgleich Dihydrat f{\"u}r seinen Beschleunigungseffekt bekannt ist, entfaltet Alterungsdihydrat infolge seiner besonderen Ausbildung innerhalb der wenige Molek{\"u}llagen umfassenden Kondenswasserschicht nur eine geringe keimbildende Wirkung. Eine wesentliche Erkenntnis betrifft den Bindungscharakter des {\"U}berst{\"o}chiometrischen Wassers. Diesbez{\"u}glich ist eine rein physikalische Bindung nachweisbar. Das in der Arbeit als st{\"a}rker adsorptiv gebunden bezeichnete Wasser kommt neben der Freien Feuchte ausschließlich bei Anwesenheit von Halbhydrat vor. Dieser Zusammenhang wird erstmalig hergestellt und mit Hilfe der kristallchemisch bedingten h{\"o}heren Oberfl{\"a}chenenergie von Halbhydrat erkl{\"a}rt.},
  subject      = {Alterung},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Schaeffel2009,
  author    = {Sch{\"a}ffel, Patrick},
  title     = {Zum Einfluss schwindreduzierender Zusatzmittel und Wirkstoffe auf das autogene Schwinden und weitere Eigenschaften von Zementstein},
  doi       = {10.25643/bauhaus-universitaet.1404},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:wim2-20091007-14885},
  school      = {Bauhaus-Universit{\"a}t Weimar},
  year      = {2009},
  abstract  = {Seit Anfang der 80er Jahre stehen Zusatzmittel (engl. Shrinkage Reducing Admixture - SRA) der bauchemischen Industrie zur Verf{\"u}gung, die das Schwinden von Zementstein und Beton reduzieren k{\"o}nnen. In der vorliegenden Arbeit wurden die Wirkungsmechanismen schwindreduzierender Zusatzmittel (SRA) und darin enthaltener Wirkstoffe in Zementstein systematisch untersucht. Es hat sich gezeigt, dass das autogene Schwinden von Zementstein wurde durch handels{\"u}bliche Schwindreduzierer und darin enthaltene Wirkstoffe im Alter von einem halben Jahr um bis zu 77 \% reduziert. Durch Schwindreduzierer wurden in Bezug auf die jeweiligen Referenzproben ohne SRA die Anteile an Gelporen im Zementstein erh{\"o}ht und die Anteile an Kapillarporen verringert. Gleichzeitig stellte sich in den Zementsteinen mit Schwindreduzierer bzw. den darin enthaltenen Wirkstoffen bei konservierender Lagerung eine h{\"o}here innere Ausgleichsfeuchte ein als in den jeweiligen Referenzproben ohne SRA. Die bisherige Annahme, die Abminderung des Schwindens durch SRA sei nur auf die Reduzierung der Oberfl{\"a}chenspannung der Porenl{\"o}sung zur{\"u}ckzuf{\"u}hren, ist nur bedingt zutreffend. W{\"a}hrend der Hydratation des Zements wird Wasser verbraucht und in Hydratphasen eingebaut. Hierbei reichern sich die SRA-Molek{\"u}le in der Porenl{\"o}sung des Zementsteins an und verst{\"a}rken die Spaltdruckwirkung der Porenl{\"o}sung zwischen den Gelpartikeln. Dadurch wird das autogene Schwinden des Zementsteins vermindert.},
  subject      = {Schwinden},
  language  = {de}
}
@phdthesis{PhungThi,
  author    = {Phung Thi, Thu Ha},
  title     = {Metakaolin as an Additive in Composite Cement},
  publisher = {F. A. Finger-Institut f{\"u}r Baustoffkunde},
  address   = {Weimar},
  isbn      = {978-3-00-042655-1},
  doi       = {10.25643/bauhaus-universitaet.1976},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:wim2-20130705-19764},
  school      = {Bauhaus-Universit{\"a}t Weimar},
  pages     = {119},
  abstract  = {Metakaolin made from kaolin is used around the world but rarely in Vietnam where abundant deposits of kaolin is found. The first studies of producing metakaolin were conducted with high quality Vietnamese kaolins. The results showed the potential to produce metakaolin, and its effect has on strength development of mortars and concretes. However, utilisation of a low quality kaolin for producing Vietnamese metakaolin has not been studied so far. The objectives of this study were to produce a good quality metakaolin made from low quality Vietnamese kaolin and to facilitate the utilisation of Vietnamese metakaolin in composite cements. In order to reach such goals, the optimal thermal conversion of Vietnamese kaolin into metakaolin was carried out by many investigations, and as such the optimal conversion is found using the analysis results of DSC/TGA, XRD and CSI. During the calcination in a range of 500 - 800 oC lasting for 1 - 5 hours, the characterisation of calcinated kaolin was also monitored for mass loss, BET surface, PSD, density as well as the presence of the residual water. It is found to have a well correlation between residual water and BET surface. The pozzolanic activity of metakaolin was tested by various methods regarding to the saturated lime method, mCh and TGA-CaO method. The results of the study showed which method is the most suitable one to characterise the real activity of metakaolin and can reach the greatest agreement with concrete performance. Furthermore, the pozzolanic activity results tested using methods were also analysed and compared to each other with respect to the BET surface. The properties of Vietnam metakaolin was established using investigations on water demand, setting time, spread-flowability, and strength. It is concluded that depending on the intended use of composite cement and weather conditions of cure, each Vietnamese metakaolin can be used appropriately to produce (1) a composite cement with a low water demand (2) a high strength of composite cement (3) a composite cement that aims to reduce CO2 emissions and to improve economics of cement products (4) a high performance mortar. The durability of metakaolin mortar was tested to find the needed metakaolin content against ASR, sulfat and sulfuric acid attacks successfully.},
  subject      = {metakaolin},
  language  = {en}
}