opus fluidum futurum

Simulationsbasierte Modellierung zeit- und scherabhängiger disperser und rheologischer Eigenschaften von Zementsuspensionen

Fördergeber: DFG

Projektbearbeitung : Dimitri Ivanov

Zusammenfassung des Gesamtprojektes:

Das Projekt „Simulation based modelling of time- and shear-dependent disperse and rheological properties of cement suspensions“ ist Teil des Schwerpunktprogramms „DFG SPP 2005 – Opus Fluidum Futurum – Rheology of reactive, multiscale, multiphase construction materials (https://spp2005.de)und hat das Ziel die Rheologie von Zementsuspensionen zu modellieren. Dafür arbeiten das Institut für Baustoffe, Massivbau und Brandschutz und das Institut für Partikeltechnik zusammen.

Während der Verarbeitung, z.B. beim Pumpen, wird das Fließverhalten von Beton durch die rheologischen Eigenschaften a) des Materials des Kerns und b) der wandnahen Grenzschicht bestimmt. Die Modellierung des makroskopischen Fließverhaltens von Beton oder anderen zementhaltigen Suspensionen während der Verarbeitung erfordert daher eine klare Beschreibung der Mechanismen, die die Grenzschicht bilden, sowie der rheologischen Eigenschaften von Kern- und Grenzschichtmaterial. Daher muss die scherungsinduzierte Partikelmigration als dominierender Mechanismus berücksichtigt werden, wobei größere Partikel aus Bereichen mit hohen Scherraten in Bereiche mit niedrigeren Scherraten wandern. Ein weiterer wichtiger Punkt ist die Übertragung von Zementleim- auf Mörtel- oder Betonmodellierung. Um die Auswirkungen der Partikelinteraktionen auf die rheologischen Modelle im Makromaßstab zu berücksichtigen, muss zunächst das Problem der Hochskalierung von der Zementleim- auf die Betonebene gelöst werden. Die Rheologie von Zementleim hängt in hohem Maße von seiner Mikrostruktur ab, die durch die Scherungsgeschichte und Hydratationseffekte bestimmt wird. Daher müssen grundlegende rheologische Modelle die Auswirkungen auf die Mikrostrukturbildung berücksichtigen. Die Scherraten, die auf den Zementleim auf Betonebene wirken, sind jedoch weitgehend unbekannt. Die tatsächliche Scherrate, die auf Zementstein auf Betonebene wirkt, ist wesentlich höher als die globale, d. h. makroskopische Scherrate. Diese so genannte lokale Scherrate, die auf den Zementleim im Beton wirkt, wird durch die Partikelpackung (Abstand zwischen größeren Partikeln, z. B. Sand und Kies) und die relative Geschwindigkeit zweier benachbarter großer Partikel bestimmt. Ziel des vorliegenden Projekts ist daher die Untersuchung und Modellierung der zeit- und scherabhängigen Mikrostruktur (dispersive Eigenschaften) und der rheologischen Eigenschaften von zementhaltigen Suspensionen, die einer Scherung ausgesetzt sind.

Ziele und Aufgaben des iPAT

• Definition und Herstellung von Modell-Partikel-Systemen mit klar definierten chemischen und physikalischen Charakteristiken für Experimente und Simulationen
• Implementierung von neuen Kontaktmodellen für die Abbildung von interpartikularen Kräften in CFD-DEM-Simulationen
• Durchführung systematischer unaufgelöster gekoppelter CFD-DEM-Simulationen von mikropartikulären Suspensionen insbesondere Zementsuspensionen
• Entwicklung eines verbesserten allgemeinen Rheologiemodell mit der Berücksichtigung von Zeit- und Scherabhängigen Eigenschaften

 
Projektpartner

• Dr.-Ing. Inka Dressler, Institut für Baustoffe, Massivbau und Brandschutz (TU Braunschweig)
• Prof. Dr.-Ing. Bernhard Peters, Institut für Computational Engineering, Universität Luxembourg