Einfluss der Kornform von Feinststoffen auf die Packungsdichte und das rheologische Verhalten von UHPC
Final Report Abstract
Mit den dargestellten Untersuchungen zur Ermittlung der Kornform der Feinstoffe am Kornformanalysator und den Berechnungsalgorithmen zur Bestimmung der Oberfläche und Packungsdichte der Feinstoffe konnte ein sehr guter Zusammenhang zur Viskosität von Feinstoffleimen ausgearbeitet werden. Dadurch wird es möglich sein, die genannten Feinstoff-Parameter in einer Datenbank oder Expertensystem einzuarbeiten und damit die UHPC-Mischungsberechnung für den Festbeton und die Frischbetoneigenschaften zu beschleunigen. Jedoch stellte sich heraus, dass vor allem bei sehr feinen Partikeln die interpartikulären Kräfte mit zu berücksichtigen sind. Kenngrößen für die granulometrischen Eigenschaften der Feinstoffe waren die Korngrößenverteilung und die Kornform. Die Kornform wurde mit einem optischen Analysator gemessen, bei dem bis zu 300.000 Partikel in einem Messdurchgang erfasst wurden. So war eine hinreichend genaue statistische Aussage zu der für eine spezielle Körnung charakteristischen Kornform möglich. Orientierend wurde zusätzlich die Oberflächentextur im Nano- und Mikromaßstab mit einem Rasterkraftmikroskop gemessen. Aus den rheologischen Werten der Feinstoffleime wurde anschließend mit Hilfe von zwei eigens entwickelten Algorithmen die Packungsdichte und die sog. viskositätsrelevante Oberfläche der Ausgangsstoffe berechnet. Letztere ist die Summe der Oberflächen, die tatsächlich einen signifikanten Einfluss auf die Viskosität haben. Weiterhin wurde aus dieser Oberfläche und der Packungsdichte die Wasserfilmdicke auf und zwischen den Partikeln für bestimmte Wassergehalte errechnet und wiederum mit der Viskosität korreliert. In beiden Fällen ergaben sich signifikante Abhängigkeiten. Es war allerdings kein Zusammenhang zwischen den in der Zementtechnologie etablierten spez. Oberflächen nach Blaine oder BET und der Viskosität festzustellen. Ein enger Zusammenhang wurde zwischen dem Verteilungsparameter d10 und der Fließgrenze an Feinstoffleimen festgestellt. Vor allem der Anteil an Feinstpartikeln ist demnach für die hohe Fließgrenze verantwortlich. Mit den in dieser Arbeit experimentell und theoretisch entwickelten Algorithmen ist es möglich, weit zutreffender als bisher die Fließgrenze und die Viskosität eines Feinstoff-Leims vorherzusagen, wenn die Kornzusammensetzung und die Kornform der Partikel bekannt sind. Somit bieten sich zukünftige Möglichkeiten, den Einfluss von Feinstoffen auf die Verarbeitbarkeit von Leimen, Mörteln und Betonen rechnerisch zu bestimmen und dadurch den bisher nötigen hohen experimentellen Untersuchungsaufwand für die Stoffoptimierung deutlich zu verringern.
