@article{PatzeltErfurtLudwig,
  author    = {Patzelt, Max and Erfurt, Doreen and Ludwig, Horst-Michael},
  title     = {Quantification of cracks in concrete thin sections considering current methods of image analysis},
  series = {Journal of Microscopy},
  volume    = {2022},
  journal   = {Journal of Microscopy},
  number    = {Volume 286, Issue 2},
  doi       = {10.1111/jmi.13091},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:wim2-20220811-46754},
  pages     = {154 -- 159},
  abstract  = {Image analysis is used in this work to quantify cracks in concrete thin sections via modern image processing. Thin sections were impregnated with a yellow epoxy resin, to increase the contrast between voids and other phases of the concrete. By the means of different steps of pre-processing, machine learning and python scripts, cracks can be quantified in an area of up to 40 cm2. As a result, the crack area, lengths and widths were estimated automatically within a single workflow. Crack patterns caused by freeze-thaw damages were investigated. To compare the inner degradation of the investigated thin sections, the crack density was used. Cracks in the thin sections were measured manually in two different ways for validation of the automatic determined results. On the one hand, the presented work shows that the width of cracks can be determined pixelwise, thus providing the plot of a width distribution. On the other hand, the automatically measured crack length differs in comparison to the manually measured ones.},
  subject      = {Beton},
  language  = {en}
}
@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{Tatarin,
  author    = {Tatarin, Ren{\´e}},
  title     = {Charakterisieren struktureller Ver{\"a}nderungen in zementgebundenen Baustoffen durch akustische zerst{\"o}rungsfreie Pr{\"u}fverfahren},
  publisher = {Cuvillier Verlag},
  address   = {G{\"o}ttingen},
  isbn      = {978-3-7369-7575-0},
  doi       = {10.25643/bauhaus-universitaet.4592},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:wim2-20220215-45920},
  school      = {Bauhaus-Universit{\"a}t Weimar},
  pages     = {293},
  abstract  = {Im Rahmen dieser Arbeit wird das Charakterisieren struktureller Ver{\"a}nderungen zementgebundener Baustoffe durch zwei auf dem Ultraschall-Transmissionsverfahren beruhenden Methoden der zerst{\"o}rungsfreien Pr{\"u}fung (ZfP) mit mechanischen Wellen vorgenommen. Zur kontinuierlichen Charakterisierung der Erstarrung und Erh{\"a}rtung frischer zementgebundener Systeme wird ein auf Ultraschallsensoren f{\"u}r Longitudinal- und Scherwellen basierendes Messsystem in Kombination mit zugeh{\"o}rigen Verfahrensweisen zur Datenauswertung konzipiert, charakterisiert und angewandt. Gegen{\"u}ber der bislang {\"u}blichen alleinigen Bewertung der Verfestigung anhand indirekter Ultraschallparameter wie Ausbreitungsgeschwindigkeit, Signalenergie oder Frequenzgehalt der Longitudinalwelle l{\"a}sst sich damit eine direkte, sensible Erfassung der sich w{\"a}hrend der Strukturbildung entwickelnden dynamischen elastischen Eigenschaften auf der Basis prim{\"a}rer physikalischer Werkstoffparameter erreichen. Insbesondere Scherwellen und der dynamische Schubmodul sind geeignet, den graduellen {\"U}bergang zum Festk{\"o}rper mit {\"U}berschreiten der Perkolationsschwelle sensibel und unabh{\"a}ngig vom Luftgehalt zu erfassen. Die zeitliche Entwicklung der dynamischen elastischen Eigenschaften, die Strukturbildungsraten sowie die daraus extrahierten diskreten Ergebnisparameter erm{\"o}glichen eine vergleichende quantitative Charakterisierung der Strukturbildung zementgebundener Baustoffe aus mechanischer Sicht. Dabei lassen sich typische, oft unvermeidbare Unterschiede in der Zusammensetzung der Versuchsmischungen ber{\"u}cksichtigen. Der Einsatz laserbasierter Methoden zur Anregung und Erfassung von mechanischen Wellen und deren Kombination zu Laser-Ultraschall zielt darauf ab, die mit der Anwendung des konventionellen Ultraschall-Transmissionsverfahrens verbundenen Nachteile zu eliminieren. Diese resultieren aus der Sensorgeometrie, der mechanischen Ankopplung und bei einer Vielzahl von Oberfl{\"a}chenpunkten aus einem hohen pr{\"u}ftechnischen Aufwand. Die laserbasierte, interferometrische Erfassung mechanischer Wellen ist gegen{\"u}ber Ultraschallsensoren rauschbehaftet und vergleichsweise unsensibel. Als wesentliche Voraussetzung der scannenden Anwendung von Laser-Ultraschall auf zementgebundene Baustoffe erfolgen systematische experimentelle Untersuchungen zur laserinduzierten ablativen Anregung. Diese sollen zum Verst{\"a}ndnis des Anregungsmechanismus unmittelbar auf den Oberfl{\"a}chen von zementgebundenen Baustoffen, Gesteinsk{\"o}rnungen und metallischen Werkstoffen beitragen, relevante Einflussfaktoren aus den charakteristischen Materialeigenschaften identifizieren, geeignete Prozessparameter gewinnen und die Verfahrensgrenzen aufzeigen. Unter Einsatz von Longitudinalwellen erfolgt die Anwendung von Laser-Ultraschall zur zeit- und ortsaufgel{\"o}sten Charakterisierung der Strukturbildung und Homogenit{\"a}t frischer sowie erh{\"a}rteter Proben zementgebundener Baustoffe. W{\"a}hrend der Strukturbildung wird erstmals eine simultane ber{\"u}hrungslose Erfassung von Longitudinal- und Scherwellen vorgenommen. Unter Anwendung von tomographischen Methoden (2D-Laufzeit¬tomo¬graphie) werden {\"u}berlagerungsfreie Informationen zur r{\"a}umlichen Verteilung struktureller Gef{\"u}gever{\"a}nderungen anhand der longitudinalen Ausbreitungsgeschwindigkeit bzw. des relativen dynamischen Elastizit{\"a}tsmoduls innerhalb von virtuellen Schnittebenen gesch{\"a}digter Probek{\"o}rper gewonnen. Als beton-sch{\"a}digende Mechanismen werden exemplarisch der kombinierte Frost-Tausalz-Angriff sowie die Alkali-Kiesels{\"a}ure-Reaktion (AKR) herangezogen. Die im Rahmen dieser Arbeit entwickelten Verfahren der zerst{\"o}rungsfreien Pr{\"u}fung bieten erweiterte M{\"o}glichkeiten zur Charakterisierung zementgebundener Baustoffe und deren strukturellen Ver{\"a}nderungen und lassen sich zielgerichtet in der Werkstoffentwicklung, bei der Qualit{\"a}tssicherung sowie zur Analyse von Schadensprozessen und -ursachen einsetzen.},
  subject      = {Beton},
  language  = {de}
}
@article{MuellerLudwigTangeHasholt,
  author    = {M{\"u}ller, Matthias and Ludwig, Horst-Michael and Tange Hasholt, Marianne},
  title     = {Salt frost attack on concrete: the combined effect of cryogenic suction and chloride binding on ice formation},
  series = {Materials and Structures},
  volume    = {2021},
  journal   = {Materials and Structures},
  number    = {issue 54, article 189},
  doi       = {10.1617/s11527-021-01779-7},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:wim2-20211207-45392},
  pages     = {1 -- 16},
  abstract  = {Scaling of concrete due to salt frost attack is an important durability issue in moderate and cold climates. The actual damage mechanism is still not completely understood. Two recent damage theories—the glue spall theory and the cryogenic suction theory—offer plausible, but conflicting explanations for the salt frost scaling mechanism. The present study deals with the cryogenic suction theory, which assumes that freezing concrete can take up unfrozen brine from a partly frozen deicing solution during salt frost attack. According to the model hypothesis, the resulting saturation of the concrete surface layer intensifies the ice formation in this layer and causes salt frost scaling. In this study an experimental technique was developed that makes it possible to quantify to which extent brine uptake can increase ice formation in hardened cement paste (used as a model material for concrete). The experiments were carried out with low temperature differential scanning calorimetry, where specimens were subjected to freeze-thaw cycles while being in contact with NaCl brine. Results showed that the ice content in the specimens increased with subsequent freeze-thaw cycles due to the brine uptake at temperatures below 0 °C. The ability of the hardened cement paste to bind chlorides from the absorbed brine at the same time affected the freezing/melting behavior of the pore solution and the magnitude of the ice content.},
  subject      = {Beton},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Truemer,
  author    = {Tr{\"u}mer, Andr{\´e}},
  title     = {Calcinierte Tone als Puzzolane der Zukunft - Von den Rohstoffen bis zur Wirkung im Beton},
  isbn      = {978-3-00-065011-6},
  doi       = {10.25643/bauhaus-universitaet.4096},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:wim2-20200214-40968},
  school      = {Bauhaus-Universit{\"a}t Weimar},
  pages     = {222},
  abstract  = {Vor dem Hintergrund einer stetig wachsenden Nachfrage an Beton wie auch ambitionierter Reduktionsziele beim in der Zementproduktion anfallenden CO2 gelten calcinierte Tone als derzeit aussichtsreichste technische Neuerung im Bereich nachhaltiger Bindemittelkonzepte. Unter Ausnutzung ihrer Puzzolanit{\"a}t soll ein erheblicher Teil der Klinkerkomponente im Zement ersetzt werden, wobei der zu ihrer Aktivierung notwendige Energiebedarf vergleichsweise niedrig ist. Wesentliche Vorteile der Tone sind ihre weltweit nahezu unbegrenzte Verf{\"u}gbarkeit sowie der {\"a}ußerst geringe rohstoffbedingte CO2-Ausstoß w{\"a}hrend der Calcinierung. Schwierigkeiten auf dem Weg der Umsetzung bestehen allerdings in der Vielseitigkeit des Systems, welches durch eine hohe Variet{\"a}t der Rohtone und des daraus folgenden thermischen Verhaltens gekennzeichnet ist. Entsprechend schwierig ist die {\"U}bertragbarkeit von Erfahrungen mit bereits etablierten calcinierten Tonen wie dem Metakaolin, der sich durch hohe Reinheit, einen aufwendigen Aufbereitungsprozess und eine entsprechend hohe Reaktivit{\"a}t auszeichnet. Ziel der Arbeit ist es daher, den bereits erlangten Kenntnisstand auf andere, wirtschaftlich relevante Tone zu erweitern und deren Eignung f{\"u}r die Anwendung im Beton herauszuarbeiten. In einem mehrstufigen Arbeitsprogramm wurde untersucht, inwieweit großtechnisch nutzbare Tone aktivierbar sind und welche Eigenschaften sich daraus f{\"u}r Zement und Beton ergeben. Die dabei festgestellte Reihenfolge Kaolinit > Montmorillonit > Illit beschreibt sowohl die Reaktivit{\"a}t der Brennprodukte als auch umgekehrt die H{\"o}he der optimalen Calciniertemperatur. Auch wandelt sich der Charakter der entstandenen Metaphasen in dieser Abfolge von r{\"o}ntgenamorph und hochreaktiv zu glasig und reaktionstr{\"a}ge. Trotz dieser Einordnung konnte selbst mit dem Illit eine mit Steinkohlenflugasche vergleichbare Puzzolanit{\"a}t festgestellt werden. Dies best{\"a}tigte sich anschließend in Parameterversuchen, bei denen die Einfl{\"u}sse von Rohstoffqualit{\"a}t, Calcinierung, Aufbereitung und Zement hinsichtlich der Reaktivit{\"a}tsausbeute bewertet wurden. Die Bandbreite der erzielbaren Qualit{\"a}ten ist dabei immens und gipfelt nicht zuletzt in stark unterschiedlichen Wirkungen auf die Festbetoneigenschaften. Hier machte sich vor allem die f{\"u}r Puzzolane typische Porenverfeinerung bemerkbar, sodass viele von Transportvorg{\"a}ngen abh{\"a}ngige Schadmechanismen unterdr{\"u}ckt wurden. Andere Schadex-positionen wie der Frostangriff ließen sich durch Zusatzmaßnahmen wie dem Eintrag von Luftporen beherrschen. Zu bem{\"a}ngeln sind vor allem die schlechte Verarbeitbarkeit kaolinitischer Metatone wie auch die f{\"u}r Puzzolane stark ausgepr{\"a}gte Carbonatisierungsneigung. Wesentliches Ergebnis der Arbeit ist, dass auch Tone, die bisher als geringwertig bez{\"u}glich des Aktivierungspotentials galten, nutzbare puzzolanische Eigenschaften entwickeln k{\"o}nnen. So kann selbst ein stark verunreinigter Illit-Ton die Qualit{\"a}t von Flugasche erreichen. Mit stei-gendem Tonmineralgehalt sowie bei Pr{\"a}sens thermisch instabilerer Tonminerale wie Mont-morillonit und Kaolinit erweitert sich das Spektrum nutzbarer Puzzolanit{\"a}ten bis hin zur hochreaktiven Metakaolin-Qualit{\"a}t. Damit lassen sich gute bis sehr gute Betoneigenschaften erzielen, sodass die Leistungsf{\"a}higkeit etablierter Kompositmaterialien erreicht wird. Somit sind die Voraussetzungen f{\"u}r eine umfangreiche Nutzung der erheblichen Tonmengen im Zement und Beton gegeben. Entsprechend k{\"o}nnen Tone einen effektiven Beitrag zu einer gesteigerten Nachhaltigkeit in der Baustoffproduktion weltweit leisten.},
  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}
}