Einfluss von Power-Ultraschall auf das Fließ- und Erstarrungsverhalten von Zementsuspensionen

• Applicant: Professor Dr.-Ing. Horst-Michael Ludwig
• Subject Area: Construction Material Sciences, Chemistry, Building Physics
• Term: from 2009 to 2015
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 138321053

Power-Ultraschall wird u. a. industriell angewandt, um Kristallisationsprozesse zu beeinflussen und oder Partikel bzw. Partikelagglomerate zu zerkleinern. Vorangegangene Arbeiten haben gezeigt, dass die Kristallisation von beispielsweise Natriumsulfat oder Kalziumkarbonat durch die Einwirkung von Power-Ultraschall beschleunigt werden kann (Verminderung der Induktionsperiode). Weiterhin wird beschrieben, dass der Habitus der Kristalle durch Power-Ultraschall verändert wird.Eigene Vorarbeiten haben gezeigt, dass Power-Ultraschall das Erstarren von Zementsuspensionen beschleunigt und auch deren Fließfähigkeit erhöht. Vorraussetzung für eine effektive Einwirkung des Power-Ultraschall ist es, dass die Suspensionen relativ flüssig sind (vergleichbar mit SCC). Außerdem wurde festgestellt, dass der Zementleim während der Beschallung durch Rühren in Bewegung gehalten werden sollte.Ziel des beantragten Forschungsprojektes ist es einerseits an praxisrelevanten Zementsuspensionen (mit Fließmittelzugabe, Hüttensandanteil) zu überprüfen, wie durch Power-Ultraschall eine optimale Abbindebeschleunigung erzielt werden kann. Das bedeutet es soll zunächst empirisch ermittelt werden, welcher Zeitpunkt bzw. welche Schallleistung gewählt werden müssen. Andererseits soll die Ursache der Reaktionsbeschleunigung durch Power-Ultraschall in der Zementsuspension untersucht werden. Dazu sind auch Beschallungsversuche an C3S-Suspensionen geplant. Diese Kenntnisse ermöglichen es zu evaluieren, ob Power-Ultraschall auch für andere Zementarten (z.B. hüttensandhaltige) ein geeignetes Mittel zur Beschleunigung des Erstarrens ist. Weitere Versuche zum Einfluss von Power-Ultraschall auf das Erstarren und die Fließfähigkeit Hüttensand (HÜS) –haltiger Zementleime sind im dritten Teil des Projektes geplant.Innerhalb des beantragten Forschungsprojekts sollen durch Kombination von ultrahochauflösender Rasterelektronenmikroskopie (Nova NanoSEM 230, FEI) mit cryo-Präparation (Hochdruckgefrieranlage und cryo-Transfereinheit), viskometrischen Untersuchungen (Viskomat NT mit Korbzelle), quantitativer Röntgenphasenanalyse (QXRD, Rietveld), Thermoanalyse (DSC/TG) sowie zerstörungsfreier Ultraschallprüfung (kontinuierliches Ultraschall-Transmissionsverfahren) die Veränderungen des Hydratationsgrades, der Struktur bzw. des Fließ- und Festigkeitsverhaltens von Zementsuspensionen in Abhängigkeit von der Einwirkung von Power-Ultraschall bestimmt werden. Weiterhin soll das Auflösungsverhalten der reinen Klinkerphase C3S sowie die Fällung von C-S-H Phasen in Abhängigkeit vom Einwirken des Power-Ultraschalls untersucht werden. Begleitend werden genormte Prüfverfahren zur Bestimmung des Luftporengehaltes von Zementsuspensionen sowie Druckfestigkeitsbestimmung an Mörtelprismen angewandt.

• DFG Programme: Research Grants