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Main Title: Optimierung der Herstellung von C-S-H Keimen und deren Anwendung als Beschleuniger der Zementhydratation
Translated Title: C-S-H seeds - the optimization of their synthesis and their application as accelerators of cement hydration
Author(s): Land, Gerrit
Advisor(s): Stephan, Dietmar
Referee(s): Ludwig, Horst-Michael
Stephan, Dietmar
Granting Institution: Technische Universität Berlin
Type: Doctoral Thesis
Language Code: de
Abstract: Der Einsatz von hocheffektiven Beschleunigern für die Zementhydratation ist für die Bauwirtschaft von großem Interesse, da sie in Einsatzgebieten, in denen ein schnelles Abbinden erforderlich ist wie z.B. bei Reparaturmörteln, unersätzlich sind. Mit dem Nucleation Seeding steht eine Technologie zur Verfügung, mit der die Hydratation von Zementen sehr stark beschleunigt werden kann. Bei dieser Technologie werden dem hydratisierenden Zement Nanopartikel zugegeben, um die Ausbildung von Kristallisationskeimen, insbesondere des Calcium-Silikat-Hydrats (C-S-H), in der Frühphase der Hydratation zu stimulieren. Dabei zeigen insbesondere C-S-H Nanopartikel eine außerordentlich gute Beschleunigung. Weiterführende Erkenntnisse über ihre Wirkungsweise sind kaum vorhanden, wozu diese Arbeit einen Beitrag leisten soll. Dazu befasst sie sich zunächst mit der Herstellung der Keime. Dabei wurden drei verschiedene Herstellverfahren auf Ihre Eignung zur Herstellung von C-S-H Keimen hin überprüft, wovon sich zwei als geeignet zeigten. Experimentell wurden diejenigen Herstellparameter identifiziert, die die Wirksamkeit der Keime beeinflussen. Mit Hilfe von statistischer Versuchsplanung wurden beide Herstellverfahren im Anschluss so optimiert, dass die Keime mit der bestmöglichen Beschleunigung hergestellt werden können. Die hohe Wirksamkeit dieser Keime konnte sowohl mittels isothermer Wärmeflusskalorimetrie als auch über die Entwicklung des Phasenbestandes durch in-situ Röntgendiffraktometrie nachgewiesen werden. Das Erstarren des Zementleims erfolgt duch die Zugabe der Keime zum Einen mehrere Stunden früher und zum Anderen deutlich schneller. Dies spiegelt sich auch in der Entwicklung der Frühfestigkeiten wieder, die bereits durch geringste Mengen an C-S-H Keimen vervielfacht werden kann. Darüber hinaus ließ sich zeigen, dass auch Zement mit Zumahlstoffen durch die Keime sehr effektiv beschleunigt werden können. Sowohl die starke Beschleunigung des Portlandzementes als auch der Zemente mit Zumahlstoffen bekräftigen das hohe Anwendungspotential von C-S-H Keimen als Beschleuniger der Zementhydratation, für deren Entwicklung diese Arbeit zahlreiche Empfehlungen geben kann.
The use of efficient accelerators for cement hydration is highly relevant for the construction industry, because they are essential in applications like repair mortars where fast setting and hardening is a necessity. With Nucleation Seeding a new technology is available for a very strong acceleration of cement hydration. In this technology nanoparticles are added to the hydrating cement paste to stimulate the formation of crystal seeds, especially of calcium-silicon hydrate (C-S-H), in the early periode of cement hydration. Especially C-S-H nanoparticles accelerate cement hydration very efficiently. The aim of the present work is to contribute to a deeper understanding of their mode of action, which is not available yet. Therefore this work focuses on the synthesis of the C-S-H particles. Three different methods were tested in terms of their ability to achieve C-S-H seeds, of which two were successful. In further experiments those parameters which influence the efficacy of the seeds were identified. By the use of statistical design of experiments both methods were optimized thereafter in order to identify seeds for the most effective acceleration of cement hydration. The high efficiency of the seeds could be verified by isothermal heat flow calorimetry and by in-situ X-Ray diffraction. The setting of the cement paste occurs both serveral hours earlier and faster when C-S-H seeds are added. This results in a faster developement of early strength, which can be multiplied by the addition of marginal amounts of C-S-H seeds. Also the hydration of cements containing SCM could be accelerated very efficiently. The strong acceleration of the Portland cement as well as the acceleration of the cements with SCMs show the high potential of the application of C-S-H seeds as accelerators for cement hydration. Many suggestions for the further developement of C-S-H seeds can be derived from the results of the present work.
URI: http://depositonce.tu-berlin.de/handle/11303/6375
http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-5925
Exam Date: 8-May-2017
Issue Date: 2017
Date Available: 29-May-2017
DDC Class: DDC::600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften::690 Hausbau, Bauhandwerk::691 Baustoffe
Subject(s): nucleation seeding
C-S-H seeding
accelerator
cement hydration
Zementhydratation
Beschleuniger
Creative Commons License: https://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/
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