Abgeschlossene Forschungsarbeiten von GWS-Stipendiaten
Herstellung dauerhafter zementgebundener Oberflächen im Trinkwasserbereich (Dr.-Ing. P. Boos, Dissertation)
Zementgebundene Baustoffe sind für den Trinkwasserbereich hervorragend geeignet. Die Hauptanwendungsgebiete sind:
- die Auskleidung von Druckrohren aus Gussstahl und Stahl mit Zementmörtel
- Spannbetondruckrohre für Trinkwasserfernleitungen
- die Herstellung von Trinkwasserbehältern aus Beton
- die Instandsetzung von Betonoberflächen von Trinkwasserbehältern mit Zementmörtel nach jahrzehntelanger Nutzung
Thermodynamisch ist Zementstein in Kontakt mit (Trink)wasser nicht stabil; d.h. dass während der Nutzung geringe Zementsteinmengen hydrolysierbar sind. Im Rahmen des Stipendiums wurde die Abhängigkeiten des Hydrolysewiderstandes von Mörtel und Beton erforscht. Abschließend wurden der Deutschen Vereinigung des Gas- und Wasserfachs (DVGW) auf der Grundlage der Forschungsergebnisse spezielle Anforderungen an Zementmörtel unterbreitet, die in das DVGW-Arbeitsblatt W 300 eingearbeitet wurden.
Herstellung und Steuerung der Verarbeitbarkeitseigenschaften selbstverdichtender Betone (Dr.-Ing. St. Kordts, Dissertation)
Selbstverdichtende Betone bieten eine hohes Innovationspotential für die Betonbauweise. Die Herstellung und Verarbeitung ist jedoch zum Teil problematisch, da die Rezeptur aufwendig entwickelt werden muss und der Beton sensibel auf Veränderungen sowohl in der Zusammensetzung als auch der Umgebungsbedingungen reagiert. Im Rahmen der vorliegenden Dissertation wurden die grundlegenden Einflussgrößen auf die Herstellung und Steuerung der Verarbeitbarkeitseigenschaften selbstverdichtender Betone untersucht. Die wesentlichen Parameter wurden in einem modifizierten Mischungsentwurf zusammengefasst. Das herausgearbeitete Konzept zur Beurteilung der Frischbetoneigenschaften selbstverdichtender Betone hat als „Fensterlösung“ Eingang in die DAfStb-Richtlinie Selbstverdichtender Beton gefunden.
Werden alkaliempfindliche Gesteinskörnungen im Beton eingesetzt, müssen unter gewissen Voraussetzungen, wie z. B. hoher Feuchtigkeit oder einer Alkalizufuhr von außen, Zemente mit niedrigem wirksamen Alkaligehalt (NA-Zemente) verwendet werden. In Deutschland sind NA-Zemente in der DIN 1164-2000 genormt und werden anhand ihres Gesamtalkaligehalts eingestuft. Für die Auslösung einer schädigenden Alkali-Kieselsäure-Reaktion ist jedoch nicht der Gesamtalkaligehalt eines Zements, sondern nur der in der Porenlösung des daraus hergestellten Zementsteins entscheidend. Die grundlegenden Mechanismen, die zu einer Freisetzung von Alkalien aus den Zementbestandteilen bzw. zu einer Bindung von Alkalien in den Reaktionsprodukten führen, sind jedoch noch nicht vollständig geklärt. Die Entwicklung neuer Zemente mit NA-Eigenschaften erfordert eine sehr viel genauere Kenntnis der Zusammenhänge, durch die der Alkalihaushalt im Zementstein beeinflusst wird. In dieser Arbeit werden Ergebnisse vorgestellt, die den Einfluss von Hüttensand, Steinkohlenflugasche und Silicastaub auf die Alkalität der Porenlösung beschreiben. Darüber hinaus wird analysiert, welche Reaktionsmechanismen und –produkte die Alkalibindung im Zementstein beeinflussen. Es konnte gezeigt werden, dass in erster Linie die Beschaffenheit der CSH-Phasen für die Alkalibindung verantwortlich ist. Bei Einsatz alumosilicatischer Puzzolane ist ferner eine Bindung von Alkalien in zeolithischen Phasen möglich. |
Wirkungsweise von Bypass-Stäuben als Zementkomponente auf die Festigkeits- und Phasenentwicklung bei der Zementhydratation (Fr. Dipl.-Geol. V. Tigges, Diplomarbeit)
Im Prozess der Zementherstellung wird im Elektrofilter einer Bypass-Anlage (Teilgasabzug) sog. Bypass-Staub abgeschieden, der möglichst als Zementbestandteil verwertet werden soll. Hierbei dürfen die Eigenschaften des Zements nicht negativ verändert werden. In der Diplomarbeit wurden deshalb die Auswirkungen verschiedener Bypass-Stäube auf das Festigkeits- und Verarbeitungsverhalten untersucht. Es ergab sich, dass das Verarbeitungsverhalten nicht wesentlich beeinflusst wird. Die Festigkeitsentwicklung von Zementen lässt sich jedoch durch Bypass-Stäube beeinflussen. In Hochofenzementen wirkt sich eine Bypass-Staub-Zugabe positiver aus als in Portlandzementen. Allerdings ist die mögliche Zugabemenge der Bypass-Stäube zu Zementen aufgrund ihrer Chlorid- und Alkaligehalte begrenzt.
