Unsere Schwerpunkte liegen auf Detailuntersuchungen zur Hydratationskinetik und der Entwicklung von Bindemitteln mit geringen CO2-Emissionen.
Durch die Untersuchungen zur Kinetik sollen die grundlegenden Mechanismen verstanden werden und darauf aufbauend auch eine gezielte Steuerung der Hydratationskinetik ermöglichen. Dies basiert auf den folgenden Schritten:
- Thermodynamische Berechnungen
- Nachweis von metastabilen Zwischenprodukten
- Untersuchung von Porenlösung, Oberflächen und Umsatzgraden während der Hydratation zur Identifikation des geschwindigkeitsbestimmenden Schrittes
- Simulationsrechnungen zur Kinetik
Mit Hilfe dieser Schritte kann die Hydratationskinetik von Alit (C3S) verstanden und zur Entwicklung von Beschleunigungsmechanismen verwendet werden, welche auch auf das Zementsystem übertragen werden können. Weiterhin kann die Interaktion des Zementes mit organischen Materialen wie z. B. Fließmitteln beschrieben werden.
Ein Verständnis der Hydratationskinetik ist erforderlich, um die Reaktion von Alit in Portlandzementen und Kompositzementen steuern zu können. Weiterhin können die Ergebnisse auf Bindemittel mit geringen CO2-Emissionen übertragen werden. Dabei werden folgende Materialien untersucht:
- Calcinierte Tone und Hüttensand als Hauptkomponenten in Kompositzementen
- Untersuchung von Kompositzementen auf Basis von Klinker, Kalksteinmehl, Hüttensand und Steinkohlenflugasche
- Rice Husk Ash as a Supplementary Cementitious Material in UHPC
- Hochreaktive Belitbinder
- Alternative Bindemittel auf der Basis von MgO
Ebenso werden physikalische Formen zur Hydratationsbeschleunigung entwickelt wie die Verwendung von Power-Ultraschall.
Für die Untersuchungen verwenden wir eine Vielzahl von analytischen Methoden:
- Bestimmung der Porenlösungszusammensetzung während der Hydratation mittels ICP-OES und anderen Methoden zur Berechnung von Übersättigungen
- Bestimmung des Umsatzgrades mittels Röntgenbeugung und NMR (XRD-Labor, NMR-Labor)
- Kalorimetrie, Thermoanalyse, Festigkeitsuntersuchungen, Ultraschalllaufzeit, XRF, BET zur Analyse von Zementen und Hydratationsprodukten
Neben diesen häufig verwendeten Methoden verwenden wir für spezielle Fragestellungen auch andere, hochspezialisierte Analyseverfahren in Kooperation mit anderen Forschungseinrichtungen:
- Photoelektronenspektroskopie zur Analyse von Oberflächen (ISC Würzburg)
- Atomsondentomographie mit einer Auflösung im Nanometerbereich (Northwestern University Evanston, USA)
- Nanotomographie mit einer Auflösung von 50 nm (Synchrotron, Ptychographie am ESRF in Grenoble, Frankreich)
- Analytische Ultrazentrifuge zum Nachweis von Nanopartikeln (Uni Konstanz)
- Einfluss von PCE-Fließmitteln auf die Keimbildung und das Kornwachstum von Reaktionsprodukten der Zementhydratation sowie die Interkalation von Polymeren in C-S-H Phasen
- Calcinierte Tone als Hauptbestandteil im Zement
- Bindemittel auf der Basis von C-S-H Phasen
- Grundlagenuntersuchungen zur Reaktivität von Hüttensand
- Entwicklung spezifischer Mahlhilfen für die Zementindustrie
Kontakt:
PD Dr. Frank Bellmann
Bauhaus-Universität Weimar - F. A. Finger Institut für Baustoffkunde
Coudraystraße 11 A, R 204
99423 Weimar
Tel: +49 (0) 3643 58 4724
E-mail: frank.bellmann[at]uni-weimar.de