Entwicklung eines neuartigen, flüssigen anorganischen zweikomponentigen Bindemittels für das Bauwesen

Das Ziel der vorliegenden Arbeit ist es die inneren Festigkeiten und hier speziell die Auszugs-/ und Scherfestigkeiten von CAC-haltigen Bindemittelsystemen deutlich zu erhöhen. Um dieses Ziel zu erreichen wurden vier unterschiedliche Ansätze entwickelt welche zum Teil von natürlichen, biologischen Systemen abgeleitet wurden (Stichwort: Biomimetik). Es handelt sich hierbei um eine Partikelgrößenoptimierung des CAC welcher eine Steigerung des Hydratationsgrades zur Folge haben soll, um Polyelektrolytkomplexe welche die Hydratphasen verkleben sollen, um Graphenoxid (GO) welches die CAC Morphologie modifizieren/verstärken soll und um Carbonfasern welche über eine Verbrückung der CAC-Hydrate und eine Aufnahme von Zugkräften die Auszugsfestigkeit verbessern sollen. Um die Wirksamkeit der aufgeführten Konzepte und deren Einfluß auf die inneren Festigkeiten sowie den Hydratationsprozess von CAC evaluieren zu können erfolgte in einem ersten Schritt die Entwicklung eines CAC Modellsystems sowie dessen Charakterisierung. Die Analyse des Hydratationsprozesses und der während dieses Prozesses entstehenden Hydratphasen erfolgte hierbei hauptsächlich mit Hilfe von PXRD, Raman, TG – und Kalorimetrischen Messungen. Um die inneren Festigkeiten der Systeme zu erfassen wurden die Biegezug-/ Druck-/ Scher-/ und Auszugsfestigkeiten ermittelt. Daneben wurden ausgewählte Systeme mit Hilfe von optischen Methoden (Mikroskopie, ESEM) auf ihre, sich nach dem Erstarrungsprozess einstellende Morphologie hin untersucht. Es zeigte sich, dass der Literatur entsprechend die während des Hydra-tationsprozesses vorherrschende Temperatur sowie die Zeit die dieser Prozess bereits andauert einen großen Einfluss auf die sich bildenden CAC-Hydrate sowie die sich einstellenden Festigkeiten hat. Systeme welche die stabilen Endprodukte C3AH6 und AH3 (entstehen bei erhöhter Temperatur) aufweisen haben im Bezug auf alle Festigkeitsklassen (Biegezug-/ Druck-/ Scher-/ Auszugsfestigkeit) deutlich höhere Werte erreicht als Systeme welche die metastabilen CAC-Hydrate CAH10 und C2AH8 gebildet haben. Von den in diesem CAC Modellsystem getesteten vier unterschiedlichen Konzepten zur Festigkeitssteigerung führten die Partikelgrößenoptimierung von CAC und ein Reinforcement mit Carbonfasern zu signifikant erhöhten Festigkeiten. Bei den zwei anderen Konzepten (Einsatz von Polyelektrolytkomplexe und Graphenoxid (GO)) konnte kein positiver Einfluß auf die sich einstellenden Festigkeiten erkannt werden.The aim of the present work is to significantly increase the internal strengths and in particular the pull-out and shear strengths of CAC-containing binder systems. To achieve this goal, four different approaches have been developed, some of which were derived from natural, biological systems (keyword: biomimetics). This is a particle size optimization of the CAC which should result in an increase in the degree of hydration, polyelectrolyte complexes which are to adhere the hydrate phases, graphene oxide (GO) which is to modify / reinforce the CAC morphology, and carbon fibers which should bridging the hydrate phases and through this effect improve the pull-out strengths. In order to be able to evaluate the effectiveness of the listed concepts and their influence on the internal strengths as well as the hydration process of CAC, the first step was the development of a CAC model system and its characterization. The analysis of the hydration process and the hydrate phases formed during this process was mainly carried out by means of PXRD, Raman, TG and calorimetric measurements. To assess the internal strengths of the systems, the flexural / compression / shear and pull-out strengths were determined. In addition, selected systems were examined with the aid of optical methods (microscopy, ESEM) for their morphology arising after the solidification process. It has been shown that according to the literature, the temperature prevailing during the hydration process and the time that this process is already in progress have a great influence on the forming CAC hydrates and the resulting strengths. Systems which have the stable end products C3AH6 and AH3 (formed at elevated temperature) achieved significantly higher values ​​with respect to all strength classes (flexural / compression / shear / pullout strengths) than systems which formed the metastable CAC hydrates CAH10 and C2AH8. Of the four different strength enhancement concepts tested in this CAC model system, CAC particle size optimization and carbon fiber reinforcement led to significantly increased strengths. In the two other concepts (use of polyelectrolyte complexes and graphene oxide (GO)), no positive influence on the resulting strengths could be detected