SPP 2005:  Opus Fluidum Futurum - Rheologie reaktiver, multiskaliger, mehrphasiger Baustoffsysteme

Die Verarbeitung mineralischer Baustoffe ist der technologische Kern bei der Herstellung und Instandhaltung von Bauwerken. Jedoch fehlen bisher die wissenschaftlichen Grundlagen für die Beherrschung der Rheologie-basierten Prozesse. Dies bedingt Bauschäden und eine geringe Effizienz der Bauvorgänge, aber vor allem stellt es ein zentrales Hemmnis bei der Entwicklung neuer Bautechnologien dar, wie bspw. des 3D-Druckens mit Beton. Die Hauptursache für das Fehlen der rheologischen Grundlagen ist die Komplexität der Baustoffsysteme. Die ausgesprochen hohe chemische Reaktivität mineralischer Bindemittel führt zu einer starken zeitlichen Veränderung der Partikelmorphologie, zur Auflösung größerer und Bildung neuer, nanoskaliger Partikel und zur drastischen Änderung der Trägerflüssigkeit. Weiterhin sind Baustoffsuspensionen immer komplexe Mehrphasen, die neben Wasser und verschiedensten mineralischen Partikeln einschließlich granularen Ausgangsstoffen bis zu mehreren Zentimetern Größe (Multiskaligkeit) auch organische Additive und Luftporen enthalten. Die Verarbeitung von Baustoffen ist schließlich durch eine enorm große Bandbreite von Verformungsraten geprägt, was wiederum extrem hohe Anforderungen an die Charakterisierung- und Simulationsmethoden stellt. Das Ziel des SPP 2005 ist es, die wissenschaftlichen Grundlagen für eine Rheologie-basierte Gestaltung von Bauprozessen sowie für die Entwicklung neuer, nachhaltiger Baustoffe und bahnbrechender Verarbeitungstechnologien zu schaffen.

DFG-Verfahren Schwerpunktprogramme

Internationaler Bezug China, Irak, Luxemburg

• Analyse von zeitvarianten nano- und mikroskopischen Mechanismen zur Modellierung der meso- und makroskopischen Entmischungsstabilität von Betonen unter Rütteleinwirkung (Antragstellerin Bigall, Nadja-Carola )
• Charakterisierung der rheologischen Eigenschaften von Suspension, Mörteln und Beton unter Einfluss der Hydratation, Temperatur, Druck und Vibration (Antragsteller Garrecht, Harald )
• Direkte Numerische Simulationen dynamischer Aggregatbewegungen in Frischbeton basierend auf mehrskaligen Smoothed Particle Hydrodynamics Methoden (Antragsteller Steeb, Holger )
• Einflüsse von Stahl- und Polymerfasern auf das rheologische Verhalten und die Verarbeitungsparameter von zementbasierten Materialien im Kontext der additiven Fertigung – printFRC (Antragsteller Mechtcherine, Viktor )
• Fließverhalten von Beton in offenen Gerinnen bei Vorhandensein von Hindernissen und Mechanismen der Fließblockade (OCF-Blockage) (Antragsteller Haist, Michael )
• Formfüllungsvermögen von Frischbetonen - ein zeit- und hydratationsabhängiger Ansatz (Antragsteller Gehlen, Christoph ;  Koenders, Ph.D., Eduardus )
• Interne Dynamik in Modelbetonen: 3D Partikeltrajektorien, Fluss- und Konzentrationsprofile (Antragsteller Auernhammer, Günter K. )
• Koordinationsfonds (Antragsteller Mechtcherine, Viktor )
• Maßgeschneiderte Fließgrenze für den 3D-Druck mit klinkerarmen Zementen - Low-Clinker-Cement-3D-Druck (LCC3D) (Antragsteller Neubauer, Jürgen ;  Stephan, Dietmar )
• Mischungsstabilität von Beton unter Rütteleinwirkung - Analyse des nano- und mikroskopischen Strukturaufbau- und Strukturabbauverhaltens zementhaltiger Suspensionen (Antragsteller Lohaus, Ludger )
• Multiphasenströmung granularer Suspensionen während des Pumpens durch komplexe Rohrgeometrien - FLOWcomplex (Antragsteller Mechtcherine, Viktor ;  Schwarze, Rüdiger )
• Partikelmigration in zementbasierten Materialien bei hohen Scherraten (Antragsteller Mechtcherine, Viktor )
• Rheologie von klinkerarmen Betonen mit maßgeschneiderten Fließmittelpolymeren - Steuerung und Modellierung der Viskosität und des thixotropen Strukturaufbaus (Antragsteller Jansen, Daniel ;  Lowke, Dirk )
• Schergeschwindigkeitsabhängiges rheologisches Verhalten ökologisch optimierter Zemente, die calcinierte Tone als Klinkerersatz enthalten (Antragsteller Plank, Johann )
• Simulationsgestützte Modellierung der zeit- und scherratenabhängigen dispersen und rheologischen Eigenschaften von Zementsuspensionen (Antragsteller Budelmann, Harald ;  Krauss, Hans-Werner ;  Kwade, Arno ;  Schilde, Carsten )
• Skalenübergreifender Komponentenansatz zur Vorhersage der rheologischen Eigenschaften von Zementleim auf Basis mineralischer und partikelbasierter Heterogenität (Antragsteller Haist, Michael ;  Ludwig, Horst-Michael ;  Schäfer, Ph.D., Thorsten )
• Skalenübergreifender Komponentenansatz zur Vorhersage der rheologischen Eigenschaften von Zementleim unter Berücksichtigung von Zementersatzstoffen und ihr Einfluss auf Thixotropie und Entlüftungsverhalten von Beton (Antragsteller Haist, Michael ;  Ludwig, Horst-Michael ;  Schäfer, Ph.D., Thorsten )
• Struktur-Eigenschafts-Korrelation von Frischbeton mit variablem Fließmittel analysiert durch neuartige Kombination von Rheologie und verschiedenen spektroskopischen Methoden (Antragsteller Wilhelm, Manfred )
• Untersuchung des Fließverhaltens von Frischbeton mit Hilfe fortschrittlicher rheologischer Charakterisierung (Antragsteller Schmid, Hans-Joachim )
• Untersuchungen zum rheologischen Verhalten wasserarmer Betone bei Zusatz von Fließmitteln und Co-Dispergiermitteln und der zugrundeliegende Dispergiermechanismus (Antragsteller Plank, Johann )
• "Viskoelastizitätsbedingte Verformbarkeit und Strukturaufbau von Frischbeton" Auswirkungen der Chemie der Trägerflüssigkeit auf Teilchenwechselwirkungen (Antragsteller Kränkel, Thomas ;  Schmidt, Wolfram ;  Ukrainczyk, Ph.D., Neven )
• Von Mikro zu Makro - grundlegende Betonmodellierung unter Berücksichtigung lokaler Scherraten- und Mikrostrukturinhomogenitäten aufgrund des Verarbeitungsprozesses unter Verwendung eines skalenübergreifenden Ansatzes (Antragstellerinnen / Antragsteller Mai, Inka ;  Schilde, Carsten )
• Überlagerung von Partikelwechselwirkungen und Hydratationseffekten auf die Rheologie von zementären Systemen in Gegenwart unterschiedlicher Ionen in der wässrigen Phase (Antragstellerinnen / Antragsteller von Klitzing, Regine ;  Schmidt, Wolfram ;  Stephan, Dietmar )

Sprecher Professor Dr.-Ing. Viktor Mechtcherine