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    EXC 3120 BlueMat - Cross Area Imaging
    To unravel the unique physics and chemistry of water-driven materials, the CA Imaging aims to achieve groundbreaking innovations in three primary focus areas: (1) extreme temporal resolution imaging, (2) multiscale imaging spanning 10 orders of magnitude in length and 16 in time, and (3) correlative image analysis that integrates these diverse data sources to uncover the role and structural dynamics of water in multiscale structured matter with an unprecedented accuracy and comprehensiveness. To this end, BlueMat will leverage the unparalleled infrastructure at the EuXFEL and PETRA III at DESY in Hamburg, offering exceptional opportunities for correlative in-operando characterization. Extreme temporal resolution imaging will be realized by advancing MHz X-ray multi-projection imaging (MHz XMPI), stroboscopic pump-probe X-ray diffraction (XRD), and X-ray photon correlation spectroscopy (XPCS) at X-ray free electron lasers. This will enable the visualization of atomic interactions, molecular mobility, and flow dynamics down to femtosecond and picosecond timescales. Leveraging a uniquely comprehensive combination of methods, we will image water across a wide range of scales. For instance, we will observe macroscale mean flow using magnetic resonance (MR), ?m- to sub-?m-scale flow patterns via synchrotron radiation nano computed tomography (SRnCT), and detailed processes at the nm-scale using scanning and transmission electron microscopy (SEM/TEM). Finally, CA Imaging will pioneer computational and deep learning techniques to achieve a step change in throughput and resolution of characterization methods, enabling truly correlative image analysis. The qualitative and quantitative data collected in CA Imaging are crucial for model validation in CA Modeling and calibration in CA Exploitation & Experiencing. By making these unique methods available to all young researchers in the cluster, CA Imaging further contributes to the highly advanced education they will receive.
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    SPP 2436: Microanalytical and microstructural investigations on hardening and carbonation behaviour of activated clay based materials
    Aktivierte tonbasierte Materialien werden zukünftig wichtige und unverzichtbare Komponenten sowohl für calciumsilikatbasierte Bindemittel als auch für alkalisch aktivierte Bindemittel darstellen. Bei ihrer Herstellung wird kein durch den chemischen Prozess bedingtes CO2 frei. Das Forschungsprojekt nimmt sich daher vor Herstellungs-, Erhärtungs- und Carbonatisierungsprozesse dieser Komponenten in realitätsnahen Baustoffen beider Gruppen umfassend mikroanalytisch und mikrostrukturell zu untersuchen. Die Auswahl der tonbasierten Materialien orientiert sich an Zusammensetzungen, die zukünftig tatsächlich in großen Mengen für das Bauwesen zur Verfügung stehen werden. Bei der Aktivierung kommt sowohl die klassische Calcinierung, aber insbesondere auch die mechanochemische Aktivierung zum Einsatz, die bei realen Tongemischen Vorteile erwarten lässt. Entsprechende tonbasierte Materialien sollen als Puzzolan in einen LC3-Zement und als Träger von Aluminium und Silizium in ein Geopolymer eingebracht werden. Die Erhärtungsprozesse dieser Baustoffe sollen in-situ in einem sehr leistungsfähigen ESEM untersucht werden. Auch die Calcinierung soll in-situ im vorhandenen Hochtemperaturofen des Gerätes analysiert werden. Carbonatisierungsreaktionen sollen sowohl beim Erhärtungsprozess, als auch im erhärteten Material untersucht werden. Auch diese Prozesse sollen direkt im ESEM durch Einstellen einer H2O/CO2-Atmosphäre untersucht werden. Veränderungen der Atmosphäre können durch das im ESEM vorhandene Massenspektrometer auch analysiert werden. Zusammen mit rheologischen sowie phasen- und gefügeanalytischen Untersuchungen an makroskopischen Baustoffproben werden damit wesentliche Informationen zu den Herstellungs-, Erhärtungs- und Carbonatisierungsprozessen tonbasierter Komponenten in CO2-reduzierten Bindemitteln und Baustoffen gewonnen und für das Ziel des Net Zero Concrete zur Verfügung gestellt. Unterschiede zwischen den verschiedenen tonbasierten Materialien in den jeweiligen Bindemittelsystemen sollen herausgearbeitet werden und die Hypothese einer besseren Eignung der mechanochemischen Aktivierung untersucht werden. Aufbauend auf diesen Ergebnissen sollen dann Prinzipien für einen optimierten Einsatz verschiedener tonbasierter Materialien in calciumsilikatbasierten Systemen und in alkalisch aktivierten Systemen abgeleitet und für die Entwicklung CO2-reduzierter Bindemittel nutzbar gemacht werden. Die dafür vorgesehenen Arbeiten sind dem Modul 1 "Alternative and Carbon Neutral Binders" zuzuordnen, in geringerem Maße dem Modul 3 "Concrete Carbon Capture and Long-Term Carbon Sink". Das Projekt der TU Hamburg wird eine intensive Zusammenarbeit mit den anderen Gruppen suchen und für den gesamten SPP eine sehr leistungsstarke elektronenmikroskopische Technik zur Verfügung stellen.
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    Effect of the type of coarse aggregate on structure and properties of ultra-high strength concrete
    The production of ultra-high strength concrete requires high-strength aggregates. Basalt and quartzite or quartz sand are commonly used. Nevertheless, there are many other rock types that may be usable. With some of these types, chemical reactions at the aggregate-binder interface are to be expected, resulting in a very strong adhesion. At the same time there are only very few investigations on the influence of different rock types on the mechanical behaviour of ultra-high strength concrete and no investigations in which the reasons for the different behaviour were examined. Exactly this is the aim of the research project. Therefore reliable data on the influence of the rock type on compressive strength, the stress-strain curve under compression, the tensile strength in bending and the behaviour under shock will be measured. The reasons for the observed differences will be analyzed by investigating the aggregate and especially the aggregate-binder interface by high-resolution analytic methods. In particular, transmission electron microscopy will be used in combination with focused ion beam methods of sample preparation. In contrast to scanning electron microscopy, transmission electron microscopy has a resolution in the nanometer range even if used for chemical analysis. The research project therefore generates an important basis for a more sustainable and economic application of ultra-high strength concrete, with a broader range of basic materials and a scientific understanding of the effects of different rock types. The importance of ultra-high strength concrete will clearly grow by the foreseeable establishment of rules for this building material, also in Germany.
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