Untersuchung des Fließverhaltens von Frischbeton mit Hilfe fortschrittlicher rheologischer Charakterisierung

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Hans-Joachim Schmid
• Fachliche Zuordnung: Baustoffwissenschaften, Bauchemie, Bauphysik
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 403524381

Das Ziel des beantragten Projektes ist die deutliche Verbesserung des grundlegenden Verständnisses für das Fließverhalten von Frischbeton. Um dies zu erreichen, sollen rheologische Messungen an realen Betonsuspensionen mit Grobkorn bis in den Zentimeterbereich ermöglicht werden. Bis heute sind grundlegende rheologische Messungen lediglich für Zementleime und mit Einschränkungen für Mörtel möglich. Für Betone sind jedoch nur ‚relative’ Messverfahren verfügbar, welche ausschließlich vergleichende Messungen erlauben. Im Gegensatz hierzu zielt dieses Projekt auf ‚absolute’ rheologische Messungen zur Bestimmung von übertragbaren rheologischen Eigenschaften von Beton ab. Diese sollen direkt in Fließsimulationen für beliebige Geometrien eingesetzt werden können.Zu diesem Zweck wird zunächst ein geeignetes Koaxial-Rheometer entwickelt und gebaut. In diesem soll zusätzlich ein Ultraschall-Image-Velocimetry- (UIV) System zur on-line-Bestimmung von Geschwindigkeits- und Konzentrationsprofilen integriert werden. Diese Kombination erlaubt die Bestimmung von unverfälschten rheologischen Kenngrößen und Fließkurven, die unabhängig vom verwendeten Messsystem sind. Die Gültigkeit der Messungen kann mittels der UIV-Messungen direkt überprüft werden. Da Wandgleiten ein grundlegendes Problem beim Fließen von Beton darstellt, sollen mittels 3D-Druck hergestellte Wandgeometrien getestet und angepasst werden, um Wandgleiten weitestgehend zu verhindern. Dabei ist zu erwarten, dass unterschiedliche Betone auch verschiedene Wandgeometrien erfordern.Vergleichende rheologische Messungen für Zementleim, Mörtel und Beton sollen gezielt den Einfluss der grobkörnigeren Bestandteile von Beton auf dessen rheologische Eigenschaften untersuchen. Neben einem vertieften Verständnis des Zustandekommens des Fließverhaltens von Beton allgemein, sind diese Untersuchungen für das bessere Verständnis von derzeit in Simulationen auftretenden Problemen von Bedeutung, da diese häufig nur auf den rheologischen Eigenschaften von Zementleim basieren.Weiterhin soll das Rheometer benutzt werden, um verschiedene Modellsimulationen von anderen Mitgliedern im SPP zu validieren. Da das Rheometer die rheologische Charakterisierung aller drei Phasen – Zementleim, Mörtel, Beton – sowie die Bestimmung von Strömungs- und Konzentrationsprofilen mittels UIV erlaubt, können sehr detaillierte Vergleiche mit den Simulationen vorgenommen werden. Dies ermöglicht eine Überprüfung der getroffenen Annahmen sowie die Kalibrierung von Modellparametern.Schließlich werden vergleichende Messungen mit klassischen (‚relativen’) Beton-Viskometern einschließlich UIV-Messungen durchgeführt, um ein vertieftes Verständnis für die dort stattfindenden Vorgänge zu erlangen. Die Kombination von rheologischen Kenndaten, welche mit dem neuen Rheometer gewonnen werden, und einer modellbasierten Versuchsauswertung der Viskosimetermessungen sollen ein besseres Verständnis und eine weitergehende Auswertung dieser Daten ermöglichen.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 2005: Opus Fluidum Futurum - Rheologie reaktiver, multiskaliger, mehrphasiger Baustoffsysteme
• Großgeräte: Ultrasonic Image Velocimetry System