Beeinflussung des Mikro- und Nanogefüges von Ultra-Hochfestem Beton durch kombinierten Einsatz kohlenstoffbasierter Nanoröhren und pyrogener Kieselsäure
Final Report Abstract
Im Rahmen des Teilprojekts „Beeinflussung des Mikro- und Nanogefüges von UHPC durch kombinierten Einsatz kohlenstoffbasierter Nanoröhren und pyrogener Kieselsäure“ konnte durch die Einbindung von oxidierten Carbon Nanotubes (CNTs) in ein druckverdichtetes UHPC-Bindemittelsystem ein deutlicher Performancegewinn erzielt werden. So konnte die Biegezugfestigkeit um bis zu 30 % gesteigert werden. Mittels Nanoindentierung konnte eine Verschiebung der mikromechanischen Eigenschaften der C-S-H Phasen in Richtung eines höheren E-Moduls durch die eingesetzten CNTs und pyrogener Kieselsäure nachgewiesen werden. Mittels simultaner Thermoanalyse konnte eine Beeinflussung der Zersetzungstemperatur des bei der Hydratation gebildeten Portlandits anhand von Mörtelproben nachgewiesen werden. Die gemessene Absenkung der Zersetzungstemperatur des Portlandits gegenüber der Referenz deutet auf eine Beeinflussung der Portlanditkristallisation durch die CNTs und somit auf eine mögliche Keimwirkung von CNTs hin. Im Verlauf des Projekts gelang der Nachweis, dass eine Integration von CNTs in ein UHPC-Bindemittelsystem möglich ist und hierbei ein deutlicher Performancegewinn erzielt werden kann. Darüber hinaus konnten Anforderungen an CNTs und Bindemittelsysteme formuliert werden, welche beim Einsatz von CNTs in einem UHPC-Bindemittel beachtet werden müssen. Im Projektverlauf konnten Hinweise auf eine Keimbildung durch CNTs anhand der Beeinflussung der Zersetzungstemperatur des bei der Hydratation gebildeten Portlandits gefunden werden. In weiterführenden Projekten sollte diese Keimbildung an weiteren Hydratationsprodukten wie C-S-H Phasen oder Ettringit und der Einfluss auf deren Morphologie und Zusammensetzung untersucht werden. Insbesondere zur Untersuchung des Einflusses der CNTs auf die C-S-H Phasen besteht weiterer Forschungsbedarf. Das Ziel der Untersuchung sollte die Beeinflussung der Phasenbildung im Mikro- und Nanobereich durch den gezielten Einsatz oberflächenmodifizierter CNTs sein. Des Weiteren besteht Forschungsbedarf bei der Faserwirkung durch CNTs zur Verbesserung der Duktilität. Die momentan kommerziell erhältlichen CNTs können nur in speziell angepassten Bindemittelsystemen positive Effekte auf die mechanischen Kennwerte hervorrufen. Eine positive Beeinflussung des Bruchverhaltens durch alleinigen Einsatz der CNTs scheint nur dann möglich, wenn es gelingt, längere CNTs in die Bindemittel einzubringen. Hierfür sollte der Einsatz von längeren CNTs untersucht werden, welche jedoch im bewilligten Projektzeitraum nicht zur Verfügung standen. Bei einer kraftschlüssigen Einbindung der CNTs in die Bindemittelmatrix wäre der industrielle Einsatz von CNTs in Ultrahochleistungs-Bindemittelsystemen sehr vielversprechend. Daher wird seitens der Universität Siegen bereits im Rahmen eines BMBF-Projekts innerhalb der Inno.CNT die industrielle Anwendung von CNTs in zementären Bindemittelsystemen untersucht.
Publications
- Einfluss kohlenstoffbasierter Nanoröhren auf die C3S Hydratation. In: Stark, J. (Ed.): 16. Internationale Baustofftagung -Tagungsbericht. ibausil. Bauhaus Universität Weimar, September 20-23, 2006. 2 Bände, pp. 1-0477 - 1-00481, F.-A. Finger Institut für Baustoffkunde, Weimar, 2006
Kowald, T.; Trettin, R.
- Improvement of Modern Building Materials by Carbon Nanotubes. In: Taketo, U.; Sugano, S. (Ed.): Proc. of the 8th International Symposium on the Utilization of High- Strength and High-Performance Concrete. Toshi Center Hotel, Tokyo, Japan, Oktober 27-29, 2008, pp. 206–211, Japan Concrete Institute, Tokyo, 2008, paper S2-3-3
Kowald, Torsten; Trettin, Reinhard
