Schergeschwindigkeitsabhängiges rheologisches Verhalten ökologisch optimierter Zemente, die calcinierte Tone als Klinkerersatz enthalten

• Antragsteller: Professor Dr. Johann Plank
• Fachliche Zuordnung: Baustoffwissenschaften, Bauchemie, Bauphysik
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 451444206

Der beträchtliche CO2-Fußabdruck von Zement kann durch Klinkerersatz mit puzzolanischen Stoffen erheblich gesenkt werden. Calcinierte Tone gelten als die vielversprechendsten Klinkerersatzstoffe, sie können jedoch je nach Zusammensetzung des Tongemisches sehr unterschiedliche Effekte im Zement ergeben. In dieser Studie werden deshalb vier reine calcinierte Tone (Metakaolin, Metamontmorillonit, Metaillit und Metamuskovit) selbst hergestellt, charakterisiert und ihr Einfluss auf die Rheologie reiner Tonsuspensionen bzw. im Gemisch mit Portlandzement (OPC-CC 70:30) untersucht. Des Weiteren wird der vom Zentralprojekt bereitgestellte Zement mit calciniertem Ton als Vergleichssubstanz bei allen Untersuchungen mitgetestet. Mit Hilfe eines Couette-Rotationsviskosimeters wird insbesondere die schergeschwindigkeitsabhängige Viskosität bestimmt und die zugehörigen rheologischen Kenngrößen wie plastische und scheinbare Viskosität, Fließgrenze, Gelstärken usw. ermittelt und daraus z. B. scherverdünnendes oder scherverdickendes Verhalten abgeleitet. Zudem sollen die rheologischen Kurven anhand der Parameter gängiger Modelle wie z. B. Power law, Bingham, Herschel-Bulkley etc. zugeordnet werden. Daneben ist geplant, die Suspensionen unter Zusatz von vier verschiedenen selbst synthetisierten und charakterisierten Dispergiermitteln (2 Polycarboxylate, 1 Polyphosphat-Carboxylat und ein Polykondensat) zu untersuchen und den Einfluss der Fließmittel zu studieren, um das Verhalten dieser Zemente in praktischen Anwendungen beim Anmischen, Transportieren, Pumpen, 3D Druck usw. zu definieren. Des Weiteren wird in Kooperation mit TU Braunschweig (Prof. Lowke) zeitaufgelöst und schergeschwindigkeitsabhängig der Prozess der Partikeldisagglomeration unserer Kompositzemente sowie des klinkerarmen Zements bereitgestellt vom SPP bei Fließmittelzugabe mit Hilfe einer FBRMMesssonde untersucht. Zur mechanistischen Aufklärung soll der Aufbau der elektrochemischen Doppelschicht der reinen Tone in der Zementporenlösung mittels Zetapotential-Messung ermittelt und anhand von Adsorptionsmessungen herausgefunden werden, ob die anionischen Fließmittel bevorzugt die Oberflächen von Zement oder den calcinierten Tonen besetzen. Die Studie soll ein Verständnis des schergeschwindigkeitsabhängigen rheologischen Verhaltens reiner calcinierter Tone im Zement auf Nano und Mikroebene schaffen als Grundlage für künftige Studien auf makroskopischer Ebene (Beton). Zudem sollen durch Kenntnis des Verhaltens reiner calcinierter Tone die Eigenschaften von Tongemischen besser eingeordnet werden können.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 2005: Opus Fluidum Futurum - Rheologie reaktiver, multiskaliger, mehrphasiger Baustoffsysteme
• Internationaler Bezug: China, Irak
• Kooperationspartner: Professor Eethar Thanon Dawood; Professor Dr. Tongbo Sui
• Mitverantwortlich: Professor Dr.-Ing. Dirk Lowke