Computational materials science of cement-based materials: Fid-Bau Portal

Computational materials science of cement-based materials

Garboczi, E.J. / Bentz, D.P.

Mittels computerunterstützter Technik wird das Mikrogefüge von Werkstoffen auf der Basis von Zement simuliert und der Einfluß auf die Eigenschaften, etwa elektrische Leitfähigkeit oder elastische Moduli, berechnet. Mittels eines mikrostrukturellen Modells unter Anwendung der Rasterelektronenmikroskopie lassen sich die typischen Silicat- und Aluminatkomponenten des Zements darstellen. Auch die unter Wasserzufuhr stattfindende Hydratationsreaktion zu Calciumsilicathydraten und Calciumhydroxid läßt sich beschreiben. Jeweils zusammengehörige Zementpartikel, als pixel bezeichnet, werden zusammengefaßt und abhängig von der Art des Reaktionsprodukts dargestellt. Die Pixel beschreiben die zyklischen Vorgänge der Partikelausscheidung aus einer Lösung, die Diffusion von Teilchen in der wäßrigen Lösung und die stattfindenden Reaktionen. Damit läßt sich die fortschreitende Hydratisierung des Zements beschreiben, sogar bis zu Zeiträumen von etwa 1 Jahr Dauer. Auch die Hydratisierung an der Grenzfläche zu zwischen Zement und zugesetzter Körnung läßt sich beschreiben. Die Grenzfläche ist nach den Berechnungen poröser als die Zementpaste im Volumen. Aufgrund dieses Ergebnisses wird zur Verdichtung des Betons der Zusatz von ultrafeinen Teilchen empfohlen. Mittels des Computermodells läßt sich die elektrische Leitfähigkeit simulieren, es kann eine gute Übereinstimmung mit gemessenen Werten erzielt werden. Mittels der Finite Elemente Methode lassen sich auch elastische Moduli und Festigkeiten des hydratisierten Zements, getrennt für die einzelnen Hydratationsphasen, simulierend berechnen.