Rheologie reaktiver, multiskaler, mehrphasiger Baustoffsysteme

Teilprojekt:
Rheologie der Gleitschicht basierend auf einem zweiphasigen Flüssig-Granularen Fließansatz

Gefördert durch:
Deutsche Forschungsgesellschaft (DFG), SPP 2005

Projektbeschreibung:
Beton gehört seit Jahrtausenden zu einem der bedeutendsten, von menschlicher Hand hergestellter Werkstoffe, dessen Zusammensetzung einer stetigen Optimierung unterworfen ist. Immer leistungsfähigere Rezepturen führen zu einer Vielzahl an Möglichkeiten für Bauprojekte von Brücken über Tunnel bis hin zu Hochhäusern.

Das Material ist dabei eine Mischung aus Zement, Sand, Wasser und groben Material, sowie einer Anzahl chemischer Zusatzstoffe, die die Rheologie des Materials beeinflussen. Die Beschreibung des Fließverhaltens des komplexen Materials hängt signifikant von der genauen Rezeptur des Betons ab. Interessant ist dabei die nahezu kontinuierliche Partikelgrößenverteilung von wenigen Mikrometern bis zu einigen Zentimetern.

Besonders beim Pumpen des Materials durch Rohre ist die Beschreibung der Rheologie anspruchsvoll. Es ist bekannt, dass während dieses Vorganges eine Entmischung des Betons stattfindet, die besonders an der Rohrwand zu einer Verarmung an grobem Material führt. Diese sogenannte Gleitschicht ist von besonderer Bedeutung, da durch sie ein Transport über lange Strecken überhaupt erst ermöglicht wird, ohne dass die Druckverluste beim Pumpen einen Transport unmöglich machen. Diese Entmischung kann jedoch zur Inhomogenität des Materials führen, was nicht gewünscht ist.

Im Rahmen des Teilprojekts „Rheologie der Gleitschicht basierend auf einem zweiphasigen Flüssig-Granularen Fließansatz“ soll mittels eines Modellexperiments und auf Basis numerischer Simulationsmethoden das Verständnis der Entmischungsvorgänge erweitert werden, besonders hinsichtlich des Einflusses der Vorgänge beim Pumpen. Es wird dabei davon ausgegangen, dass die Förderung mittels Doppelkolbenpumpe um der damit verbundenen Pulsation des Volumenstroms einen deutlichen Einfluss im Vergleich zu pulsationsfreien Fördermethoden hat. Neben optischen Methoden wie Particle Image Velocimetry (PIV) und Particle Tracking Velocimetry (PTV), werden die numerischen Methoden der Discreten Elemente (DEM) und der Finiten Volumen (FVM) zu diesem Zwecke genutzt.