@phdthesis{Riechert,
  author    = {Riechert, Christin},
  title     = {Hydratation und Eigenschaften von Gips-Zement-Puzzolan-Bindemitteln mit alumosilikatischen Puzzolanen},
  isbn      = {978-3-00-073003-0},
  doi       = {10.25643/bauhaus-universitaet.4707},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:wim2-20220825-47076},
  school      = {Bauhaus-Universit{\"a}t Weimar},
  pages     = {148},
  abstract  = {Reine Calciumsulfatbindemittel weisen eine hohe L{\"o}slichkeit auf. Feuchteinwirkung f{\"u}hrt zudem zu starken Festigkeitsverlusten. Aus diesem Grund werden diese Bindemittel ausschließlich f{\"u}r Baustoffe und -produkte im Innenbereich ohne permanenten Feuchtebeanspruchung eingesetzt. Eine M{\"o}glichkeit, die Feuchtebest{\"a}ndigkeit zu erh{\"o}hen, ist die Beimischung puzzolanischer und zement{\"a}rer Komponenten. Diese Mischsysteme werden Gips-Zement-Puzzolan-Bindemittel (kurz: GZPB) genannt. Mischungen aus Calciumsulfaten und Portlandzementen allein sind aufgrund der treibenden Ettringitbildung nicht raumbest{\"a}ndig. Durch die Zugabe von puzzolanischen Stoffen k{\"o}nnen aber Bedingungen im hydratisierenden System geschaffen werden, welche eine rissfreie Erh{\"a}rtung erm{\"o}glichen. Hierf{\"u}r ist eine exakte Rezeptierung der GZPB notwendig, um die GZPB-typischen, ettringitbedingten Dehnungen zeitlich zu begrenzen. Insbesondere bei alumosilikatischen Puzzolanen treten w{\"a}hrend der Hydratation gegen{\"u}ber rein silikatischen Puzzolanen deutlich h{\"o}here Expansionen auf, wodurch die Gefahr einer potenziellen Rissbildung steigt. F{\"u}r die Erstellung geeigneter GZPB-Zusammensetzungen bedarf es daher einer Methodik, um raumbest{\"a}ndig erh{\"a}rtende Systeme sicher von destruktiven Mischungen unterscheiden zu k{\"o}nnen. Sowohl f{\"u}r die Rezeptierung als auch f{\"u}r die Anwendung der GZPB existieren in Deutschland keinerlei Normen. Dar{\"u}ber hinaus sind die Hydratationsvorg{\"a}nge sowie die entstehenden Produkte nicht konsistent beschrieben. Auch auf die Besonderheiten der GZPB mit alumosilikatischen Puzzolanen wird in der Literatur nur unzureichend eingegangen. Ziel war es daher, ein grundlegendes Verst{\"a}ndnis der Hydratation sowie eine sichere Methodik zur Rezeptierung raumbest{\"a}ndig und rissfrei erh{\"a}rtender GZPB, insbesondere in Hinblick auf die Verwendung alumosilikatischer Puzzolane, zu erarbeiten. Dar{\"u}ber hinaus sollte systematisch der Einfluss der Einzelkomponenten auf Hydratation und Eigenschaften dieser Bindemittelsysteme untersucht werden. Dies soll erm{\"o}glichen, die GZPB f{\"u}r ein breites Anwendungsspektrum als Bindemittel zu etablieren, und somit vorteilhafte Eigenschaften der Calciumsulfate (geringe Schwindneigung, geringe CO2-Emission etc.) mit der Leistungs-f{\"a}higkeit von Zementen (Wasserbest{\"a}ndigkeit, Festigkeit, Dauerhaftigkeit etc.) zu verbinden. Als Ausgangsstoffe der Untersuchungen zu den GZPB wurden Stuckgips und Alpha-Halbhydrat als Calciumsulfatbindemittel in unterschiedlichen Anteilen im GZPB verwendet. Die Puzzolan-Zement-Verh{\"a}ltnisse wurden ebenfalls variiert. Als Puzzolan kam f{\"u}r den Großteil der Untersuchungen ein alumosilikatisches Metakaolin zum Einsatz. Als kalkspendende Komponente diente ein reiner Portlandzement. Das Untersuchungsprogramm gliederte sich in 4 Teile. Zuerst wurde anhand von CaO- und pH-Wert-Messungen in Suspensionen sowie dem L{\"a}ngen{\"a}nderungsverhalten von Bindemittelleimen verschiedener Zusammensetzungen eine Vorauswahl geeigneter GZPB-Rezepturen ermittelt. Danach erfolgten, ebenfalls an Bindemittelleimen, Untersuchungen zu den Eigenschaften der als geeignet eingesch{\"a}tzten GZPB-Mischungen. Hierzu z{\"a}hlten Langzeitbetrachtungen zur rissfreien Erh{\"a}rtung bei unterschiedlichen Umgebungsbedingungen sowie die Festigkeitsentwicklung im trockenen und feuchten Zustand. Im n{\"a}chsten Schritt wurde anhand zweier exemplarischer GZPB-Zusammensetzungen (mit silikatischen und alumosilikatischen Puzzolan) die prinzipiell m{\"o}gliche Phasenzusammensetzung unter Variation des Puzzolan-Zement-Verh{\"a}ltnisses (P/Z-Verh{\"a}ltnis) und des Calciumsulfatanteils im thermodynamischen Gleichgewichtszustand berechnet. Hier wurde im Besonderen auf Unterschiede der silikatischen und alumosilikatischen Puzzolane eingegangen. Im letzten Teil der Untersuchungen wurden die Hydratationskinetik der GZPB sowie die Gef{\"u}geentwicklung n{\"a}her betrachtet. Hierf{\"u}r wurden die Porenl{\"o}sungen chemisch analysiert und S{\"a}ttigungsindizes berechnet, sowie elektronenmikropische, porosimetrische und r{\"o}ntgenografische Untersuchungen durchgef{\"u}hrt. Abschließend wurden die Ergebnisse gesamtheitlich interpretiert, da die Ergebnisse der einzelnen Untersuchungsprogramme miteinander in Wechselwirkung stehen. Als haupts{\"a}chliche Hydratationsprodukte wurden Calciumsulfat-Dihydrat, Ettringit und C-(A)-S-H-Phasen ermittelt, deren Anteile im GZPB neben dem Calciumsulfatanteil und dem Puzzolan-Zement-Verh{\"a}ltnis auch deutlich vom Wasserangebot und der Gef{\"u}geentwicklung abh{\"a}ngen. Bei Verwendung von alumosilikatischen Puzzolans kommt es wahrscheinlich zur teilweisen Substitution des Siliciums durch Aluminium in den C-S-H-Phasen. Dies erscheint aufgrund des Nachweises der f{\"u}r diese Phasen typischen, folienartigen Morphologie wahrscheinlich. Portlandit wurde in raumbest{\"a}ndigen GZPB-Systemen nur zu sehr fr{\"u}hen Zeitpunkten in geringen Mengen gefunden. In den Untersuchungen konnte ein Teil der in der Literatur beschriebenen, prinzipiellen Hydratationsabl{\"a}ufe best{\"a}tigt werden. Bei Verwendung von Halbhydrat als Calciumsulfatkomponente entsteht zuerst Dihydrat und bildet die Prim{\"a}rstruktur der GZPB. In dieses existierende Grundgef{\"u}ge kristallisieren dann das Ettringit und die C-(A)-S-H-Phasen. In den GZPB sorgen entgegen der Beschreibungen in der Literatur nicht ausschließlich die C-(A)-S-H-Phasen zur Verbesserung der Feuchtebest{\"a}ndigkeit und der Erh{\"o}hung des Festigkeitsniveaus, sondern auch das Ettringit. Beide Phasen {\"u}berwachsen im zeitlichen Verlauf der Hydratation die Dihydratkristalle in der Matrix und h{\"u}llen diese - je nach Calciumsulfatanteil im GZPB - teilweise oder vollst{\"a}ndig ein. Diese Umh{\"u}llung sowie die starke Gef{\"u}geverdichtung durch die C-(A)-S-H-Phasen und das Ettringit bedingen, dass ein l{\"o}sender Angriff durch Wasser erschwert oder gar verhindert wird. Gleichzeitig wird die Gleitf{\"a}higkeit an den Kontaktstellen der Dihydratkristalle verringert. Eine rissfreie und raumbest{\"a}ndige Erh{\"a}rtung ist f{\"u}r die gefahrlose Anwendung eines GZPB-Systems essentiell. Hierf{\"u}r ist die Kinetik der Ettringitbildung von elementarer Bedeutung. Die gebildete Ettringitmenge spielt nur eine untergeordnete Rolle. Selbst ausgepr{\"a}gte, ettringitbedingte Dehnungen und hohe sich bildende Mengen f{\"u}hren zu fr{\"u}hen Zeitpunkten, wenn die Dihydratkristalle noch leicht gegeneinander verschiebbar sind, zu keinen Sch{\"a}den. Bleibt die {\"U}bers{\"a}ttigung bez{\"u}glich Ettringit und somit auch der Kristallisationsdruck allerdings {\"u}ber einen langen Zeitraum hoch, gen{\"u}gen bereits geringe Ettringitmengen, um das sich stetig verfestigende Gef{\"u}ge stark zu sch{\"a}digen. Die f{\"u}r die raumbest{\"a}ndige Erh{\"a}rtung der GZPB notwendige, schnelle Abnahme der Ettringit{\"u}bers{\"a}ttigung wird haupts{\"a}chlich durch die Reaktivit{\"a}t des Puzzolans beeinflusst. Die puzzolanische Reaktion f{\"u}hrt zur Bindung des aus dem Zement stammenden Calciumhydroxid durch die Bildung von C-(A)-S-H-Phasen und Ettringit. Hierdurch sinkt die Calcium- und Hydroxidionenkonzentration in der Porenl{\"o}sung im Verlauf der Hydratation, wodurch auch die {\"U}bers{\"a}ttigung bez{\"u}glich Ettringit abnimmt. Je h{\"o}her die Reaktivit{\"a}t des Puzzolans ist, desto schneller sinkt der S{\"a}ttigungsindex des Ettringits und somit auch der Kristallisationsdruck. Nach Unterschreiten eines noch n{\"a}her zu kl{\"a}rendem Grenzwert der {\"U}bers{\"a}ttigung stagnieren die Dehnungen. Das Ettringit kristallisiert bzw. w{\"a}chst nun bevorzugt in den Poren ohne eine weitere, {\"a}ußere Volumenzunahme zu verursachen. Um eine schadensfreie Erh{\"a}rtung des GZPB zu gew{\"a}hrleisten, muss gerade in der fr{\"u}hen Phase der Hydratation ein ausreichendes Wasserangebot gew{\"a}hrleistet werden, so dass die Ettringitbildung m{\"o}glichst vollst{\"a}ndig ablaufen kann. Andernfalls kann es bei einer Wiederbefeuchtung zur Reaktivierung der Ettringitbildung kommen, was im eingebauten Zustand Sch{\"a}den verursachen kann. Die Gew{\"a}hrleistung eines ausreichenden Wasserangebots ist im GZPB-System nicht unproblematisch. In Abh{\"a}ngigkeit der GZPB-Zusammensetzung k{\"o}nnen sich große Ettringitmengen bilden, die einen sehr hohen Wasserbedarf aufweisen. Deshalb kann es, je nach verwendeten Wasser-Bindemittel-Wert, im Bindemittelleim zu einem Wassermangel kommen, welcher die weitere Hydratation verlangsamt bzw. komplett verhindert. Zudem k{\"o}nnen GZPB-Systeme teils sehr dichte Gef{\"u}ge ausbilden, wodurch der Wassertransport zum Reaktionsort des Ettringits zus{\"a}tzlich behindert wird. Die Konzeption raumbest{\"a}ndiger GZPB-Systeme muss anhand mehrerer aufeinander aufbauender Untersuchungen erfolgen. Zur Vorauswahl geeigneter Puzzolan-Zementverh{\"a}ltnisse eignen sich die Messungen der CaO-Konzentration und des pH-Wertes in Suspensionen. Als alleinige Beurteilungsgrundlage reicht dies allerdings nicht aus. Zus{\"a}tzlich muss das L{\"a}ngen{\"a}nderungs-verhalten beurteilt werden. Raumbest{\"a}ndige Mischungen mit alumosilikatischen Puzzolanen zeigen zu fr{\"u}hen Zeitpunkten starke Dehnungen, welche dann abrupt stagnieren. Stetige - auch geringe - Dehnungen weisen auf eine destruktive Zusammensetzung hin. Mit diesem mehrstufigen Vorgehen k{\"o}nnen raumbest{\"a}ndige, stabile GZPB-Systeme konzipiert werden, so dass die Zielstellung der Arbeit erreicht wurde und ein sicherer praktischer Einsatz dieser Bindemittelart gew{\"a}hrleistet werden kann.  },
  subject      = {Gips},
  language  = {de}
}
@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}
}