Forschungsprojekt SPP2005

Forschungsprojekt SPP 2005

Projektbezeichnung Formfüllungsvermögen von Frischbetonen – ein zeit- und hydratationsabhängiger Ansatz
Akronym SPP 2005
Koordinator TU Darmstadt • Institut für Werkstoffe im Bauwesen
Projektpartner
  • TU Darmstadt, Institut für Werkstoffe im Bauwesen
  • Technische Universität München
Laufzeit seit 2017
Fördergeber Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)
Projektinhalt Ziel des Projektes ist es, das Formfüllungsvermögen zementgebundener Systeme zu analysieren und anschließend auf der Basis rheologischer Modellansätze numerisch zu simulieren. Dabei sollen die zeit- und scherratenabhängigen hydratationsbedingten Änderungen der rheologischen Eigenschaften (Thixotropie) berücksichtigt werden. Die rheologischen Kennwerte werden dabei auf die auf die physikalischen Eigenschaften der verwendeten Ausgangsstoffe sowie deren Mischungszusammensetzung zurückgeführt.Ausgehend von einer, mit dem SPP-Zentralprojekt abgestimmten Referenzmischung sollen die Fließgrenze, Viskosität und Thixotropie zementgebundener Systeme gezielt variiert werden. Dabei ist beabsichtigt, durch eine geeignete Einstellung der stofflichen Zusammensetzung der Mischungen stets nur eine Kenngröße zu ändern, während die beiden anderen annähernd konstant belassen werden. Dies ermöglicht es, die materialbasierten Einflüsse auf die jeweils untersuchte rheologischen Kenngröße direkt zu quantifizieren und anschließend in ein rheologisches Modell zu implementieren.Um das Model für das Formfüllungsvermögen zu verifizieren, sollen mit den Mörteln und Betonen neben den rheologischen Untersuchungen zeitgleich auch Experimente zum Formfüllungsvermögen in Kastenförmigen und L-förmigen Modellschalungen durchgeführt werden.Die erarbeiteten materialbasierten und zeit- sowie schergeschwindigkeitsabhängigen rheologischen Modelle werden in die CFD-Simulation implementiert. Diese wird von der kontinuumsbasierten Ebene auf eine Ebene mit Berücksichtigung materialspezifischer Kennwerte transferiert. Anschließend wird ein Aging shell particle interaction model (Mikro-DEM) entwickelt, welches die während der dormanten Phase der Zementhydratation auftretenden Prozesse auf Mikroebene simuliert. Im nächsten Schritt werden diese Prozesse mit dem experimentell bestimmten, zeitlich veränderlichen rheologischen Verhalten der zementgebundenen Systeme, insbesondere dem thixotropen Strukturaufbau in Beziehung gebracht. Die Ergebnisse werden anschließend ebenfalls als Input für die Meso- und Hochskalierte-CFD-Modellierung genutzt. Der in die CFD-Modellierung implementierte thixotrope Strukturaufbau kann so auf die Prozesse und Wechselwirkungen auf Partikelebene bezogen werden. Einflüsse auf das Formfüllungsvermögen, die aus der Mischungszusammensetzung, charakteristischen Materialeigenschaften bzw. aus den hydratationsbedingten Prozessen auf Partikelebene resultieren, können so auch bei der CFD-Modellierung berücksichtigt werden. Die Möglichkeit der direkten, materialbasierten Beeinflussung des Formfüllungsvermögens soll abschließend durch die Herstellung eines Demonstrators nachgewiesen werden. Dabei ist vorgesehen, durch eine gezielte Wahl der Mischungszusammensetzung einen Beton zu erstellen, der die Anforderungen an eine optimale Formfüllung erfüllt. Das Formfüllungsvermögen soll dabei anhand der kombinierten Mikro-DEM und der hochskalierten CFD-Modellierung vorausgesagt werden.
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