Molekulare Mechanismen der mechanischen und chemischen Korrosion auf zementgebundenen Werkstoffen

• Antragsteller: Dr. Peter Thissen
• Fachliche Zuordnung: Baustoffwissenschaften, Bauchemie, Bauphysik
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 387815746

• Erstellungsjahr: 2022

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Ziel war es, den Einfluss der Dehnung auf die Oberflächenchemie von silizium- und mineralbasierten Materialeien auf atomarer Ebene zu untersuchen. Hierzu haben wir zwei mechanische Geräte entwickelt, die mit Infrarotspektroskopie und einem Kontaktwinkelanalysesystem kombiniert werden können, um eine Erklärung im atomaren Maßstab zu liefern. Die Dichtefunktionaltheorie (DFT) wird hinzugezogen, um die experimentellen Ergebnisse zu unterstützen und ein tieferes Verständnis des Materialverhaltens unter Belastung zu ermöglichen. Zuerst wird der Einfluss der Spannung auf die Oberflächenreaktivität und die Oberflächenchemie von Silizium mit endständigem Wasserstoff (H-Si(111)) untersucht. Dehnungseffekte auf die Mikrostruktur von H-Si(111) werden mit Hilfe von IR-Spektren aufgedeckt, die nach der Anwendung von Dehnungen bei verschiedenen Werten (0.006-1.0 / Prozent) aufgenommen wurden. Diese Daten sollen zur Konstruktion eines korrekten Modells für unsere DFT-Berechnungen dienen. Anschließend wird die Oberflächenreaktivität von ungespanntem und gespanntem H-Si(111) gegenüber Wasser bei verschiedenen Reaktionszeiten untersucht. Die Oberflächenreaktivität von Materialproben gegenüber Wasser wird unter Verwendung der Si-H Bandenintensität als Sonde kontrolliert. Die Oberflächenchemie von gespanntem H-Si(111) während der Reaktion mit Wasser wird mit Hilfe von IR-Spektren und DFT-Rechnungen aufgeklärt. Für die Zukunft ist unsere Forschung von dem Wunsch inspiriert, den Energiedissipationmechanismus in zementbasierten Materialien zu erkennen, die aktuell eine der am häufigsten verwendeten Verbindungen im Bauwesen sind. Hierzu wurden eine Reihe von Polyurethan-Triple-Shape-Polymeren synthetisiert und der Zementmatrix wurden polymerbeschichtete SiO2-Partikel zugesetzt. Der Beitrag einer jeden Komponente (Polymer, SiO2-Partikel und Zementmatrix) zur Energiedissipation und Rissausbreitung in belasteten modifizierten Zementproben wurde mit In-situ-IR-Spektroskopie bestimmt.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• Dehydration and dehydroxylation of C-S-H phases synthesized on silicon wafers. Applied Surface Science, Volume 433, 1 March 2018, Pages 589-595
  Nicolas Giraudo, Samuel Bergdolt, Fabrice Laye, Peter Krolla, Joerg Lahann, Peter Thissen
  
• Hydration of Concrete: The First Steps. Chem. Eur. J. 2018, 24,8603 –8608
  Peter Thissen, Carsten Natzeck, Nicolas Giraudo, Peter Weidler and Christof Wöll
  
• Hydrophobic Properties of Calcium-Silicate Hydrates Doped with Rare-Earth Elements. ACS Sustainable Chemistry & Engineering 2018 6 (11), 14669-14678
  Katja Burek, Felix Krause, Matthias Schwotzer, Alexei Nefedov, Julia Süssmuth, Toni Haubitz, Michael U. Kumke, and Peter Thissen
  
• Passivation of Hydrated Cement. ACS Sustainable Chemistry & Engineering 2018 6 (1), 727-737
  Nicolas Giraudo, Jonas Wohlgemuth, Samuel Bergdolt, Marita Heinle, and Peter Thissen
  
• Chemical Properties of Metal-Silicates Rendered by Metal Exchange Reaction. ACS Sustainable Chemistry & Engineering 2019 7 (9), 8449-8457
  Roberto C. Longo, Franz Königer, Alexei Nefedov, and Peter Thissen
  
• Correlation between Composition and Mechanical Properties of Calcium Silicate Hydrates Identified by Infrared Spectroscopy and Density Functional Theory. The Journal of Physical Chemistry C 2019 123 (17), 10868-10873
  Mohammadreza Izadifar, Franz Königer, Andreas Gerdes, Christof Wöll, and Peter Thissen
  
• Formation and Stability of Nontoxic Perovskite Precursor. Langmuir 2019 35 (49), 16217-16225
  Tahereh Mohammadi Hafshejani, Siegfried Hohmann, Alexei Nefedov, Matthias Schwotzer, Gerald Brenner-Weiss, Mohammadreza Izadifar, and Peter Thissen
  
• Exchange Reactions at Mineral Interfaces. Langmuir 2020 36 (35), 10293-10306
  Peter Thissen
  
• Effect of polymer-coated silica particles in a Portland cement matrix via in-situ infrared spectroscopy. Journal of Composite Materials. 2021;55(4):475-488
  Tahereh Mohammadi Hafshejani, Chao Feng, Jonas Wohlgemuth, Felix Krause, Andreas Bogner, Frank Dehn, Peter Thissen
  
• Synthesis of Silicates for High-Performance Oxide Semiconductors: Electronic Structure Analysis. ACS Applied Electronic Materials 2021 3 (1), 299-308
  Roberto C. Longo, Nils Schewe, Peter G. Weidler, Stefan Heissler, and Peter Thissen