Werkstoffe I Zement Aufgaben - IfB

Werkstoffe I Zement Aufgaben Abgabetermin: 12. Mai 2011 Bei Fragen: Delphine Marchon marchond@ethz.ch

Das educational Virtual Cement and Concrete Testing Laboratory (eVCCTL) ist ein virtuelles Labor, um Zement und Beton zu prüfen. Mit eVCCTL kann man virtuelle Proben von Zementmatrix, Mörtel und Beton schaffen. Man kann die Hydratation dieser Proben simulieren und den Elastizitätsmodul messen und berechnen. Die Berechnungen sind nicht jedes Mal genau, aber das Programm zeigt die wichtigsten Wechselwirkungen in der Hydratation und erlaubt die gelernten Grundkenntnisse zu erläutern. Das eVCCTL ist auf der Website: http://www.nist.gov/el/building_materials/evcctl.cfm Bitte folgen Sie die Anweisungen für die Installierung in der PDF-­‐Datei „Download user guide“. Aufgabe 1: Klinkerphasen I) Zement a) In dem Hauptmenü „Lab Materials -­‐ Cements“ wählen Sie den Zement „cement 140“ aus. Kopieren Sie das SEM Bild und fügen Sie es ein. Was sind die wichtigsten Phasen? Welche Phasen sind verantwortlich für die Festigkeit in dem Zementstein? b) Auf dem Bild kann man den Gips (gelbe Phase) sehen. Warum muss der Gips bei der Zementherstellung dem Zementklinker zugegeben werden? c) Mithilfe von „Cement data“ erhalten Sie den Volumenanteil der wichtigsten Klinkerphasen (PFC): C3S, C2S, C3A und C4AF. Rechnen Sie das Verhältnis C3S/C2S, das Sie später benutzen werden. Was bedeutet dieses Verhältnis? II) Hydratation a) Vorbereitung der Mischung A. In dem Hauptmenü „Mix – 1. Prepare mix“ wählen Sie den Zement 140 in dem Menü „Binder“ aus. In dem Menü „Mix“ wählen Sie ein W/Z Wert von 0.45 aus. Geben Sie ihrer Mischung den Namen „Mischung A“ und klicken Sie auf „Create a mix“. Die Vorbereitungszeit der Mischung dauert zwischen 5 und 15 Minuten. In dem Hauptmenü „My Operations“ können Sie ihre Simulationen verfolgen. Nach der Berechnung der Mischung in dem Hauptmenü „My files – Microstructure operations“ wählen Sie die Mischung A aus. Auf der Zeile „Microstructure image“ der Tabelle klicken Sie auf „Show“ und dann auf das Bild. 2

Kopieren Sie das vergrößerte Bild und fügen Sie es ein. (Beachten Sie hier, dass die Partikel kugelförming sind, um die Berechnung zu erleichtern.) Zeigen Sie die wichtigsten Phasen auf dem Bild an. b) Simulation der Hydratation der Mischung A. In dem Hauptmenü „Mix – 2. Hydrate a mix“ wählen Sie die Mischung A in dem Menü „Mix properties“ aus. In dem Menü „Curing conditions“ wählen Sie die isothermische Bedingung mit einer anfänglichen Temperatur von 23°C aus. Die „Aging“ Bedingungen bleiben 28 Tage und 1 für den Hydratationsgrad. Wählen Sie die „saturated“ Bedingungen aus. Geben Sie der Datei einen Namen und klicken Sie auf „Hydrate the mix“. Mit diesen Bedingungen dauert die Simulation der Hydratation zwischen 20 und 40 Minuten. In dem Hauptmenü „My files – Hydration operations“ wählen Sie die Datei ihrer Mischung aus. Kopieren Sie das vergrößerte Bild der Mikrostruktur nach 28 Tagen Hydratation und fügen Sie es ein. Zeigen Sie die wichtigsten Phasen an. Was bemerken Sie im Vergleich zur Mikrostruktur vor der Hydratation? c) In dem Hauptmenü „Measurements – Plot hydrated properties“ kann man graphische Darstellungen mit den Daten der Hydratation erzeugen. Mithilfe eines Graphs des Volumenanteils in Abhängigkeit von der Zeit zeigen Sie die Entwicklung der wichtigsten Phasen (C3S, C2S, CSH, CH, usw.) in der Zeit an. Was sind die wichtigsten Hydratationsreaktionen? d) Vorbereitung und Hydratation der Mischung B mit einem niedrigeren C3S/C2S Verhältnis. In dem Menü „Binder“ des Hauptmenüs „Mix – Prepare a mix“ kann man die Volumenanteile der wichtigsten Klinkerphasen des Zements 140 verändern („Modify phase distribution in the clinker“). Verändern Sie die Volumenanteile der Phasen C3S und C2S, um der Kehrwert des Verhältnisses C3S/C2S (das Sie in dem ersten Teil der Aufgabe berechnet haben) zu erhalten. Passen Sie auf: die Summe der Klinkerphasen muss gleich 1 sein. Was bedeutet dieses neue Verhältnis? e) Benützen Sie die gleichen Bedingungen der Vorbereitung und der Hydratation: • W/Z = 0.45 • Isothermal 23°C • Aging 28 Tage, Hydratationsgrad 1 • Saturated conditions 3