Entwicklung eines Modells zur Berechnung von Kontaktwinkeln auf Zementstein unter Berücksichtigung der relativen Feuchte
Entwicklung eines Modells zur Berechnung von Kontaktwinkeln auf Zementstein unter Berücksichtigung der relativen Feuchte
Ziel dieser Arbeit ist die Entwicklung eines Modells zur quantitativen Prognose der Kontaktwinkel variabler Flüssigkeiten auf zementbasierten Systemen. In diesem Modell werden erstmals Parameter wie die relative Feuchte, Rauigkeit und Porosität in Kombination berücksichtigt. Methodisch wird zunächst ein analytisches Modell hergeleitet auf Grundlage klassischer Theorien der Grenzflächen- und Benetzungsforschung wie der van Oss-Chaudhury-Good-Theorie (vOCG), dem Wenzel-Modell und dem Cassie-Modell. Es folgt ein experimentelles Programm an exemplarischen Zementsteinproben (CEM I, w/z = 0,40 und 0,50), um grundlegende Modellparameter mit empirischen Eingangswerten zu belegen. Dieses Programm umfasst unter anderem Kontaktwinkelmessungen (CAM) auf Zementstein bei variablen relativen Feuchten, sowie Atomkraftmikroskopie (AFM) und Quecksilberdruckporosimetrie (MIP). Abschließend wird das Modell hinsichtlich einzelner Parameter diskutiert und anhand von Kontaktwinkelmessungen auf praxisnahen Mörteln und Betonen validiert.
The aim of this work is to develop a model for the quantitative prediction of contact angles of variable liquids on cement-based systems. In this model, parameters such as relative humidity, roughness and porosity are considered in combination for the first time. Methodologically, an analytical model is derived based on classical theories of interface and wetting research such as the van Oss–Chaudhury–Good theory (vOCG), the Wenzel model and the Cassie model. This is followed by an experimental program on exemplary cement paste samples (CEM I, w/c = 0.40 and 0.50) in order to verify basic model parameters with empirical input values. The program includes contact angle measurements (CAM) on hardened cement paste at variable relative humidities, as well as atomic force microscopy (AFM) and mercury pressure porosimetry (MIP). Finally, the model is discussed with regard to certain parameters and validated using contact angle measurements on practical mortars and concretes.
