Kein Folientitel

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Oszillationsmessungen zur Beobachtung des
Zementleimgefüges beim Erstarren
Dr. O. Blask Sika Addiment GmbH, Leimen
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Einleitung
Rheologische Messungen Oszillation oder Rotation
Mikroskopische Beobachtung ESEM, REM
Scherung
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Theoretischer Hintergrund
Oszillation (1)

• Im Oszillationsversuch wird nur leicht am Gefüge
  gewackelt, statt es durch Scherung zu
  zerstören.
• Dies ermöglicht eine fast zerstörungsfreie
  Messung der Strukturstärke, selbst in frischen
  Zementpasten.
• Dies gilt nur bei genügend kleinen Amplituden!

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Theoretischer Hintergrund
Oszillation (2)

• Durch die teilweise elastischen Eigenschaften der
  Zementpasten entsteht eine Zeitdifferenz zwischen
  Schubspannung und Deformation.
• Aus der Zeitdifferenz läßt sich das Verhältnis
  Elastizität/Viskosität berechnen.

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Theoretischer Hintergrund
Rheologische Größen
Speichermodul
Verlustmodul
Verlustfaktor
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Theoretischer Hintergrund
Viskoelastisches Verhalten
viskose Flüssigkeit (nach Newton)
elastischer Festkörper (nach Hooke)
viskoelastische Flüssigkeit (nach Maxwell)
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Experimentelles
Verwendetes Gerät und Messgeometrie

• Rotationsrheometer Typ UDS 200
  Hersteller Paar Physica Bauart luftgelagertDr
  ehmoment 0,5 µNm - 150 mNmDrehmoment-auflösung
  0,01 µNmWinkel-auflösung lt 1 µrad
• Messgeometriekoaxiale Zylindergeometrie nach DIN
  53019Meßsystem Z3-DINMeßspalt 1 mm

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Experimentelles
Verwendete Messprofile

• Bestimmung des viskoelastischen
  BereichsFrequenz 0,5 Hz (konstant)Deformations
  -amplitude 0,001 - 0,1 (Rampe
  log)Messpunkt-dauer 30s
• MessprofilFrequenz 0,5 Hz (konstant)Deformatio
  ns-amplitude 0,01 (konstant)Messpunkt-dauer
  30s

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Experimentelles
Zusammenhang zwischen Speichermodul und
Deformation
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Ergebnisse
Hydratation einer frischen Zementpaste (w/z 0,40)
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Ergebnisse
Strukturaufbau in einer frischen Zementpaste (w/z
0,40)
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Ergebnisse
Hydratation mit/ohne Polymer
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Ergebnisse
Kryo-REM Aufnahmen nach 20 min Hydratation
verflüssigte Zementpaste, w/z 0,40
reine Zementpaste, w/z 0,40
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Ergebnisse
Kryo-REM Aufnahmen nach 20 min Hydratation
Detail der reinen Zementpaste
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Anwendungsbeispiel
Einstellen einer selbstverlaufenden Spachtelmasse
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Zusammenfassung
Zusammenfassung

• Zementpasten bilden bereits in den ersten Minuten
  der Hydratation eine teilweise elastische
  Mikrostruktur
• Die Oszillationsmessung erlauben die
  Unterscheidung zwischen den viskosen und
  elastischen Anteilen der Viskosität
• Die Oszillationsmessungen zeigen, dass der
  Erstarrungs-beginn mit einem Übergang von
  viksosem zu elastischen Verhalten verbunden ist
• Die Kryo-SEM Aufnahmen zeigen die geringere
  Stärke der Mikrostruktur in verflüssigten
  Zementpasten

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Literatur
Literatur

• L. Struble, M. Schultz, Use of oszillatory shear
  to study flow behavior of fresh cement paste,
  Cement and concrete research, 23, 1993, 273-282.
• P. F. G. Banfill, Simultaneous rheological and
  kinetic measurements on cement pastes, Cement and
  concrete research, 21, 1991, 1148-1154.
• A. Sassen, C. Marken, Oscillation rheometer
  measurements on oilfield cement slurries, Cement
  and concrete research, 21, 1991, 109-119.
• O. Blask, Zur Rheologie von polymermodifizierten
  Bindemittelleimen und Mörtelsystemen, Diss.,
  2002, Universität-GH Siegen.
• O. Blask, D. Knöfel, J. Pakusch, M. Sandor,
  Connection between rheological and
  micrustructural changes during hydration of
  cement pastes, ICMA, 2001, Albuquerque, New
  Mexico.
• Die im Vortrag dargestellten Ergebnisse sind
  Teil der Dissertation des Autors, die im Rahmen
  eines Forschungsprojekts zwischen dem Institut
  für Bau- u. Werkstoffchemie der Uni-GH Siegen und
  der BASF AG angefertigt wurde.