This thesis reports recent numerical investigation of the rheological behavior of fresh concrete using the Distinct Element Method (DEM). Some relevant questions of the concrete rheology e.g. the influence of the concrete composition on the rheological behavior of the fresh concrete, the experimental determination of the Bingham rheological constants as well as the use of these constants in the numerical simulation were discussed thoroughly. An important topic of the performed investigation was the development of the numerical model for fresh concrete which enables simple, fast and stable predictive simulation of different technological operations with fresh concrete. Firstly, in a literature survey, the state-of-the-art of the numerical simulation of fresh concrete was presented and critically discussed in order to show advantages and disadvantages of other methods and modeling approaches. Open (unsolved) questions were highlighted and the basis for their investigation is created within this thesis. Fundamental concepts of the rheology were then presented and the basic rheological models of viscoelastic materials were considered; the rheological behaviors of different types of concretes were presented and its influencing factors were discussed. Additionally main methods for scientific investigation and testing of the fresh concrete were shown. The test methods were critically discussed in order to select the test, which has been used as a reference experimental test for the numerical simulations. Chosen reference experimental test was the slump flow test. The slump flow test was thoroughly analyzed and an analytical solution was developed which helps to interpret the results of measurements and provides a link between rheological constants and measured quantities. In a further step an extensive experimental program was carried out in order to investigate the rheological behavior of fresh concrete and get the input data for numerical simulation. Firstly, the experiments on macrolevel were performed. Here the rheological behavior of the fresh concrete flow in different tests was investigated (slump and slump flow tests, L-Box). Further, the experiments on mesolevel with polymer on Carbopol basis and mortar were developed and performed in order to investigate the interaction between distinct particles suspended in a fluid matrix. The necessary material parameters, especially those representative of the fluid suspension micromechanical behavior, i.e. the force-displacement relationship, yield force and bond strength, were determined by these experiments. The slump flow test was used as the basic test to calibrate the model for fresh concrete (key data: slump value, slump flow diameter (for concretes with a soft consistency) and the time of spreading). Thus, the decisive phenomena of the fresh concrete flow were highlighted, control points for a contact model were selected and the initial input data for the development of the contact model was obtained. Next, the user-defined contact model was developed and implemented into the Particle Flow Code ITASCA. The contact model was completely described and its limitations discussed. Then, the set of numerical tools was developed, which enable simplified and stable numerical simulation of the fresh concrete with particular behavior, i.e. automatic generation of the concrete with given particle grading, amount of fibers and air, automatic recalculation of the micromechanical parameters of the contact model from given initial yield stress and plastic viscosity. The model was calibrated by slump flow test simulations and validated by corresponding analytical approach. Further, the role of different model parameters was investigated by simulating the slump flow test. Furthermore, for verification of the model several additional experiments were simulated, i.e. L-Box and LCPC-box test. The results of modeling were compared with experimental results and discussed in detail. All numerical simulations provide qualitatively as well as quantitatively correct results and hence adequately represent the phenomena observed in real experiments. The thesis closes with general conclusions and outlook of the work. In the future, the developed contact model and tools of the “Virtual concrete laboratory” could be modified in order to extend the potential of the laboratory to cover such properties as thixotropic behavior of fresh concrete or simulating hardening of the concrete and behavior of the hardened concrete.

Die Verbraucherakzeptanz von fermentierten Milchprodukten wie Joghurt oder Frischkäse ist von ihrer Textur abhängig. Zur Einstellung der produktspezifischen Textur ohne Zusatz von spezifischen Milchproteinen zur Basismilch oder milchfremden Hydrokolloiden werden in der Milchindustrie spezielle Starterkulturen eingesetzt, die während der Fermentation Exopolysaccharide (EPS) bilden. Diese EPS werden in der Regel als freie EPS ins Serum abgegeben oder verbleiben als kapsuläre EPS an der Bakterienzelle. Freie EPS lassen sich weiter anhand ihres Effektes im Produkt in fadenziehend und nicht-fadenziehend unterteilen. Aufgrund der hohen Biodiversität der EPS sowie des komplexen Zusammenhanges zwischen EPS-Eigenschaften, Substratzusammensetzung und Verfahrensbedingungen existieren jedoch widersprüchliche Ergebnisse zu ihrer Funktionalität im Produkt. Ziel dieser Arbeit war es, die wichtigsten Einflussfaktoren durch Einsatz verschiedener EPS von Lactococcus lactis und Streptococcus thermophilus in definierten Modellsystemen für stichfeste, gerührte und konzentrierte fermentierte Milchprodukte zu identifizieren und die Textureigenschaften mit den strukturellen und makromolekularen Eigenschaften der EPS in Verbindung zu bringen. Neunundzwanzig Einzelstämme von verschiedenen Starterkulturherstellern wurden auf Basis von der Fadenlänge als Indikator für den Fadenzug und der EPS-Menge in sechs Cluster eingeteilt. Aus jedem Cluster wurden Vertreter zur Herstellung von Modellsystemen genutzt, die Textur und Synärese der Produkte instrumentell erfasst und statistisch bewertet, um Einflussfaktoren auf die Eigenschaften der Modellprodukte zu identifizieren. Stichfester Modelljoghurt mit fadenziehenden EPS wies eine höhere Steifigkeit auf als jener mit nicht-fadenziehenden EPS, welche nicht mit der EPS-Menge oder der Fermentationszeit korrelierte. Unabhängig von der Art der freien EPS war beim Vorhandensein von kapsulären EPS die Gelsteifigkeit zusätzlich erhöht. Für gerührten Modelljoghurt ergab eine Komponentenanalyse zur EPS-Menge, zur Säuerungskinetik und zu Produkteigenschaften, dass fadenziehende EPS texturrelevante Eigenschaften wie Partikelgröße und Scherviskosität signifikant beeinflussen. Dies wurde auf die höhere intrinsische Viskosität für fadenziehende EPS im Vergleich zu nicht-fadenziehenden EPS zurückgeführt. Experimente mit einem Dehnrheometer ergaben, dass die Dehnviskosität stärker als die Scherviskosität mit der Fadenlänge zunahm. Ein Grund dafür sind intensivere Wechselwirkungen von fadenziehenden EPS mit Proteinen oder untereinander, was anhand höherer Relaxationszeiten in Dehnung bei höherer Fadenlänge geschlussfolgert wurde. Fadenziehende EPS erhöhten zudem die Fließgrenze von Modellfrischkäse, was hauptsächlich auf EPS-Wechselwirkungen und nicht auf die EPS-Konzentration oder Partikelgröße zurückgeführt wurde. Eine niedrigere Synärese und höhere Steifigkeit wurde entweder beim Vorhandensein von kapsulären EPS oder freien EPS beobachtet, die in Experimenten mit dynamischer Wasserdampfsorption eine höhere Feuchtebeladung aufwiesen. Fadenziehende EPS und kapsuläre EPS besaßen auch im Doppelrahmfrischkäse nach moderater Bruchhomogenisierung (0,05 MPa oder 15 MPa) eine hohe Funktionalität, was mit der höheren intrinsischen Viskosität dieser EPS korrelierte. Die Bruchhomogenisierung bei einem Druck von 30 MPa führte jedoch zu einer niedrigeren Funktionalität aufgrund der scherinduzierten Reduzierung der molekularen Masse der EPS und Umlagerungen in der Mikrostruktur der Käse. Die Ergebnisse zeigen, dass die Technofunktionalität nicht von der Konzentration der in situ produzierten EPS abhängt. Schlüsselfaktoren sind insbesondere die EPS-Lokalisierung (frei oder kapsuläre), intensivere Wechselwirkungen der fadenziehenden EPS mit Proteinen oder untereinander und ein hohes Wasserbindungsvermögen der EPS. Jedoch sollte der Energieeintrag bei der postfermentativen Verarbeitung so niedrig wie möglich sein, um die Funktionalität der fadenziehenden EPS und kapsulären EPS weitestgehend zu erhalten. Dieses Wissen ist für die Auswahl von EPS-bildenden Starterkulturen für den industriellen Maßstab entscheidend, um die gewünschten Produkteigenschaften zu erhalten.

The goals of this thesis are the characterization of polymer melts using mainly non-linear shear and extensional rheological techniques. The fabrication of scaffolds with excellent physical and mechanical properties using solution electrospinning technology for tissue engineering applications and the development of melt electrospinning equipment to facilitate the fabrication of solvent free scaffolds. To achieve the first goal, we focused on the characterization of entangled polymer melts in the linear and nonlinear viscoelastic regimes. The influence of molecular weight, Mw, molecular weight distribution (MWD), long-chain branching (LCB) and addition of particles to the polymer matrix on polymer melt properties were investigated using shear and extensional rheological techniques. The resulting structure-property relationships were established using newly introduced mechanical parameters under large amplitude oscillatory shear (LAOS) flow.

Les travaux de cette thèse concernent des études fondamentales liées à la rhéologie interfaciale des systèmes polymères multicouches. Les matériaux choisis sont à base de deux polymères compatibles,PVDF et PMMA de différentes masses molaires. Ces systèmes ont été étudiés sous sollicitations en cisaillement et en élongation suivant les deux régimes en viscoélasticité linéaire (VEL) et non-linéaire (VENL). Les études en VEL ont permis d’étudier la cinétique de développement de l’interphase. Quant aux études en VENL, elles ont permis d’étudier les propriétés intrinsèques de l’interphase simulant ainsi les conditions de mise en œuvre proches de celles des procédés usuels. On démontre ainsi que la rhéologie joue le rôle d’une sonde très fine pour explorer les propriétés aux interfaces des matériaux multicouches. Des modélisations ont été établies en se basant sur les mécanismes physiques mis en jeu. Dans un premier temps, le comportement rhéologique à l’état fondu des multicouches a été étudié par spectrométrie mécanique dynamique en VEL. Les cinétiques d'interdiffusion ainsi que le développement de l’interphase générée aux interfaces de bicouches symétriques et asymétriques ont été étudiés. Les résultats obtenus ont été analysés et modélisés en se basant sur les concepts de la dynamique moléculaire en l’occurrence le modèle de Doi et Edwards. De plus, un nouveau modèle rhéologique a été développé. Il a permis de quantifier les coefficients d'interdiffusion. Les coefficients de friction des chaines et les propriétés rhéologiques de l’interphase ont été modélisés à leur tour. Les résultats obtenus corroborent ceux de la littérature, obtenus par des méthodes spectroscopiques sophistiquées. Le modèle a permis de quantifier les grandeurs viscoélastiques et l’épaisseur de l’interphase. Dans un second temps, des expérimentations en VENL ont été réalisées. Un modèle original a été également proposé pour décrire le comportement relatif à la relaxation des multicouches et de l'interphase. De plus, la sensibilité de la densité d’enchevêtrement a été étudiée pendant et après sollicitations. On démontre que sa présence retarde l'écoulement interfacial surtout sous hautes déformations et vitesses de déformation. En outre, les études des structures multicouches sous sollicitation élongationnelle ont montrées que les propriétés dépendent du rapport de viscosité des couches et les propriétés de l’interphase diffuse. Les travaux de cette thèse mettent en lumière la compétition entre l’effet négatif de l'orientation des chaînes et l'effet favorable de l'écoulement sur les cinétiques de la diffusion. Ensuite, des cartes de stabilités des écoulements stratifiés ont été établies.. La présence de l'interphase diffuse a contribué à une élimination des instabilités. On montre ainsi qu’outre la cinématique de l’écoulement en cisaillement et en élongation, les propriétés de l’interphase ont un rôle important dans la stabilité des écoulements stratifiés en coextrusion. / Fundamental studies have been devoted in this work to probe and modelize the interfacial phenomena at multilayered polymer systems based on two model compatible polymers of PVDF and PMMA with varying molar masses. Linear and nonlinear rheology have been demonstrated to be sensitive to the presence of diffuse interphase triggered from interdiffusion at polymer/polymer interface. Firstly, the interdiffusion kinetics as well as the development of the interphase decoupled to flow as generated at a symmetrical (self diffusion) and an asymmetrical (mutual diffusion) bilayer have been investigated using small-amplitude oscillatory shear measurements. Results were analyzed according to Doi-Edwards theory (tube model) and the effects of annealing factors as well as structural properties on the diffusion kinetics have been studied. The PMMA/PVDF mixtures have been examined to be a couple of weak thermorheological complexity, owning close monomeric friction coefficients of each species in the present experimental conditions. Based on this physics, a new rheological model was developed to quantify the interdiffusion coefficients by taking into account the component dynamics in mixed state and the concept of interfacial rheology. Rheological and geometrical properties of the interphase have been able to be quantified through this model, as validated by scanning electron microscopy coupled with energy dispersive X-ray analysis (SEM-EDX) and transmission electron microscopy (TEM). Secondly, experiments of step strain, startup in simple shear and in uni-axial extension have been carried out on the PMMA/PVDF multilayer structures. An original model was proposed to fit the stress relaxation behavior of multilayer structures and to estimate the relaxation behavior of the interphase. Lack of entanglement at the interface and weak entanglement intensity at the diffuse interphase make them to be subsequently readily to suffer from interfacial yielding even interfacial failure during and after continuous large deformations. Interphase delays the interfacial yielding to a larger external deformation or a higher deformation rate. Besides, elongational properties of the multilayer structures have been shown to be a function of composition as controlled by layer number(interfacial area) and interphase properties (rheology related to entanglement intensity). Finally, the diffuse interphase development coupled to flow in practical coextrusion process has been considered. The compromising result between negative effect of chain orientation and favorable effect of flow on diffusion kinetics gives rise to a broadening interphase after coextrusion. Presence of the diffuse interphase was demonstrated to significantly weaken (or even eliminate) the viscous and elastic instabilities despite of the high rheological contrast. Hence, this work gives guidelines on the key role of the interphase plays in structure-property-processing relationships.

The current generation of Glass Ionomer Cements (GICs) have many advantageous properties over other dental restorative materials but lack the compressive strength of these other materials. The aim of this project is to increase the compressive strength of conventional Glass Poly-Vinyl-Phosphonate cement by inclusion of reactive sub-micron filler particles. The setting characteristics, chemical reactivity and cement strength have been found using oscillating rheology, infrared spectrometry, nuclear magnetic spectrometry, transmission electron microscopy, potentiometer analysis, laser diffractometry and mechanical analysis. The addition of sub-micron filler particles in direct weight by weight replacement of aluminosilicate glass of a control material has increased the ultimate compressive strength of the new cement from 206MPa (control) to 250MPa after 365 days of aging. The strength of the new filler enhanced cements were comparable with the control material after 3 hours. The setting chemistry of the filler enhanced cements follows the same order as the control cement but at a decelerated rate. Theoretical modelling found that a large volume of sub-micron filler could fit into interstitial spacing in formed cement however the alteration of the aluminosilicate glass to polyelectrolyte ratio has been found to drastically alter the cement setting time. The use of cubic and polyhedral shaped filler particles as supposed to spherical particles may increase the cement strength further as greater packing densities are achieved. The formulation of a Glass Ionomer Cement with increased compressive strength may find use as a posterior restorative or as a better material for restoration of lesions and cavity liners.

This research addresses and illuminates a little understood region of miscible polymer mixtures and demonstrates a new means of separating wax from such blends. The method, termed Deformation Induced Phase Segregation potentially eliminates need of toxic processing solvents for wax removal or recovery in these types of blends. Previous theories of polymer combinations address them exclusively as solutions or as blends, two independent classes having very different behaviors. This study provides bridge connecting these two classes by identifying crossover points between them and the behaviors exhibited therein. The blends of this form were found to be semi-miscible, forming a homogenous phase in the melt but a two-phase system in the solid, with the rheological behavior influenced by the polymer's molecular weight and architecture. It also demonstrates practical promise of this regime by introducing a mechanical compression process to separate the wax phase from such a type of blend. This process potentially permits production of ultra-high molecular weight polyethylene (UHMwPE) films and fibers by melt processing, thereby obviating need of otherwise essential but expensive and environmentally unfriendly toxic solvents.

A suspension flow model based on the "suspension balance" approach has been developed. This work modifies the model to allow the solution of suspension flows under general flow conditions. This requires the development of a frame-invariant constitutive model for the particle stress which can take into account the spatially-varying local kinematic conditions. The mass and momentum balances for the bulk suspension and particle phase are solved numerically using a finite volume method. The particle stress is based upon the computed rate of strain and the local kinematic conditions. A nonlocal stress contribution corrects the continuum approximation of the particle phase for finite particle size effects. Local kinematic conditions are accounted through the local ratio of rotation to extension in the flow field. The coordinates for the stress definition are the local principal axes of the rate of strain field. The developed model is applied to a range of problems. (i) Axially-developing conduit flows are computed using both the full two-dimensional solution and the more computationally efficient "marching" method. The model predictions are compared to experimental results for cross-stream particle concentration profiles and axial development lengths. (ii) Model predictions are compared to experiments for wide-gap circular Couette flow of a concentrated suspension in a shear-thinning liquid. With minor modification, the suspension flow model predicts the major trends and results observed in this flow. (iii) Comparisons are made to experiments for an axisymmetric contraction-expansion. Model predictions for a two-dimensional planar contraction flow test the influence of model formulation. The variation of the magnitude of an isotropic particle normal stress with local kinematic conditions and anisotropy in the in-plane normal stresses are both explored. The formulation of the particle phase stress is found to have significant effects on the solid fraction and velocity. (iv) Finally, for a rectangular piston-driven flow and an obstructed channel flow, a "computational suspension dynamics" study explores the effect of particle migration on the bulk flow field, system pressure drop and particle phase composition.

Determination of the relation between the bulk or rheological properties of a particle suspension and its microscopic structure is an old and important problem in physical science. In general, the rheology of particle suspension is quite complex, and the problem becomes even more complicated if the suspending particle is deformable. Despite these difficulties, a large number of theoretical and experimental investigations have been devoted to the analysis and prediction of the rheological behavior of particle suspensions. However, among these studies there are very few investigations that focus on the role of particle deformability. A novel method for full coupling of the fluid-solid phases with sub-grid accuracy for the solid phase is developed. In this method, the flow is computed on a fixed regular 'lattice' using the lattice Boltzmann method (LBM), where each solid particle, or fiber, is mapped onto a Lagrangian frame moving continuously through the domain. The motion and orientation of the particle are obtained from Newtonian dynamics equations. The deformable particle is modeled by the lattice-spring model (LSM).The fiber deformation is calculated by an efficient flexible fiber model. The no-slip boundary condition at the fluid-solid interface is based on the external boundary force (EBF) method. This method is validated by comparing with known experimental and theoretical results. The fiber simulation results show that the rheological properties of flexible fiber suspension are highly dependent on the microstructural characteristics of the suspension. It is shown that fiber stiffness (bending ratio BR) has strong impact on the suspension rheology in the range BR < 3. The relative viscosity of the fiber suspension under shear increases significantly as BR decreases. Direct numerical simulation of flexible fiber suspension allows computation of the primary normal stress difference as a function of BR. These results show that the primary normal stress difference has a minimum value at BR ∼ 1. The primary normal stress differences for slightly deformable fibers reaches a minimum and increases significantly as BR decreases below 1. The results are explained based on the Batchelor's relation for non-Brownian suspensions. The influence of fiber stiffness on the fiber orientation distribution and orbit constant is the major contributor to the variation in rheological properties. A least-squares curve-fitting relation for the relative viscosity is obtained for flexible fiber suspension. This relation can be used to predict the relative viscosity of flexible fiber suspension based on the result of rigid fiber suspension. The unique capability of the LBM-EBF method for sub-grid resolution and multiscale analysis of particle suspension is applied to the challenging problem of platelet motion in blood flow. By computing the stress distribution over the platelet, the "blood damage index" is computed and compared with experiments in channels with various geometries [43]. In platelet simulation, the effect of 3D channel geometry on the platelet activation and aggregation is modeled by using LBM-EBF method. Comparison of our simulations with Fallon's experiments [43] shows a similar pattern, and shows that Dumont's BDI model [40] is more appropriate for blood damage investigation. It has been shown that channels with sharp transition geometry will have larger recirculation areas with high BDI values. By investigating the effect of hinge area geometry on BDI value, we intend to use this multiscale computational method to optimize the design of Bileaflet mechanical heart valves. Both fiber simulations and platelet simulations have shown that the novel LBM-EBF method is more efficient and stable compare to the conventional numerical methods. The new EBF method is a two-Cway coupling method with sub-grid accuracy which makes the platelet simulations possible. The LBM-EBF is the only method to date, to the best of author's knowledge, that can simulate suspensions with large number of deformable particles under complex flow conditions. It is hoped that future researchers may benefit from this new method and the algorithms developed here.

Das chemisch-mechanische Planarisieren (CMP) in der Halbleiterindustrie ist ein Prozess mit sehr vielen Einflussgrößen, wobei das Polierergebnis unter anderem von den Eigenschaften der Wechselwirkungskomponenten Wafer, Poliersuspension und Polierpad abhängig ist. Bei der Entwicklung neuer Schaltkreisentwürfe werden die strukturellen Abhängigkeiten der Topografie nach dem CMP häufig im Verlauf von zeit- und kostenintensiven Lernzyklen aufgedeckt und angepasst. Um Dauer und Kosten für die Entwicklung neuer Schaltkreise zu reduzieren, sollte im Rahmen eines BMBF-Projektes ein umfassendes Gesamtmodell, welches den Polierprozess ausführlich beschreibt, entwickelt werden. Für die Umsetzung dieses Vorhabens ist ein umfassendes qualitatives und quantitatives Verständnis der mechanisch-hydrodynamischen und physikalisch-chemischen Mechanismen zu erarbeiten, welche den Materialabtrag und die Planarisierung beim CMP bestimmen. Ziel der vorliegenden Arbeit war es zum einen, mittels direkter Kraftmessung am AFM die Wechselwirkungskräfte zwischen den Festkörperoberflächen von Schleifpartikel und Wafer sowie zwischen den Schleifpartikeln untereinander in CMP-relevanten Flüssigkeiten und ihre Bedeutung für das CMP zu untersuchen. Um die Wechselwirkungskräfte am AFM bestimmen zu können, war zuvor die Entwicklung einer geeigneten Versuchsanordnung nötig. Zur Absicherung der Ergebnisse aus den Kraftmessungen wurde eine Methode erarbeitet, um die zwischenpartikulären Wechselwirkungen mittels rheologischer Untersuchungen indirekt bestimmen zu können. Des Weiteren fanden rheologische Messungen zur Untersuchung der Fließeigenschaften der Poliersuspensionen statt, wobei außerdem der Einfluss anwendungsrelevanter hydrodynamischer Kräfte auf die Stabilität der Poliersuspension zu überprüfen war. Als Poliersuspensionen kamen kommerziell verfügbare Slurries sowie eine Modellslurry zum Einsatz. Neben Systemen mit dispergierten Silica-Partikeln wurde auch eine Slurry mit Ceria-Partikeln als disperse Phase betrachtet. Die kontinuierliche Phase einer Poliersuspension ist ein Mehrkomponentensystem und enthält unterschiedlichste Additive. Untersucht wurde der Einfluss von pH-Wert und Elektrolytkonzentration auf die Wechselwirkungskräfte, das Fließverhalten sowie den Materialabtrag.

Pumping is the most efficient transportation and placing method for concrete. Despite the immense progress in the field of concrete technology in the last years, so far there are still neither official regulations nor verified theoretical foundations to be used for the assessment and accurate prediction pumping behaviour of ordinary and high performance concretes. This thesis aims at purposefully investigating pumping of modern concretes and bridging the existing knowledge gap. The main achievement of the present research is the development and verification of a sitecompliant and scientifically based methodology for characterisation and prediction of fresh concrete pumping behaviour. The research focus is set on the importance of the forming lubricating layer (LL) during pumping. Within an extended experimental program, the properties of the LL are captured and quantified. They determine the reduction of friction at the pipe wallconcrete interface and thereby govern the concrete flow. It is proven that the composition and the rheological properties of the forming LL exert an enormous impact on pumping since most of the induced shear stress by pumping pressure is concentrated in this layer. In a further step, the flow pattern of concrete is analytically and numerically determined. The concrete exhibits various principal flow types which are already defined at low flow rates: plug flow in case of strainhardening cementbased composite (SHCC), partial concrete bulk shear in ordinary concretes and pronounced bulk shear for selfcompacting concrete (SCC). The results from the fullscale pumping campaign are confronted with the existing pressure performance nomogram on the determination of pumping parameters. The nomogram’s prediction capacity is extended and verified for highly flowable concretes by replacing the slump and flow table results with the viscosity parameter of the LL. Furthermore, the challenges during pumping of concrete, inter alia, priming of the pipeline, blockage formation and final cleaning, are exemplified, and recommendations for the practitioners are provided. Finally, the transfer of the developed scientifically based and ready to use methodology on site is strongly advocated as a part of the future in situ rheology monitoring concept towards envisaged full automation of concrete production and casting processes. / Das Pumpen stellt die effektivste Methode für das Fördern und Einbringen von Frischbeton auf der Baustelle dar. Trotz der in den letzten Jahren erreichten deutlichen Fortschritte auf betontechnologischem Gebiet existieren für die Beurteilung der Pumpbarkeit von Beton bisher weder offiziell gültige Vorschriften noch abgesicherte theoretische Grundlagen, die eine zielsichere Vorhersage des Pumpverhaltens von Normal- als auch Hochleistungsbetonen ermöglichen. Die vorliegende Arbeit schließt entsprechende Wissenslücken und befasst sich gezielt mit dem Pumpen moderner Betone. Grundlegenden Erkenntnisgewinn stellt die Entwicklung einer wissenschaftlich fundierten, baustellengerechten Prüfmethodik zur Charakterisierung und Vorhersage des Pumpverhaltens von Frischbeton dar. Der Untersuchungsfokus richtet sich auf die Wirkung der sich beim Pumpvorgang ausbildenden Gleitschicht. Ein umfangreiches Untersuchungsprogramm gestattet die Erfassung und Quantifizierung der Eigenschaften dieser Schicht. Sie bestimmen infolge deutlicher Reduzierung der Reibung an der Grenzfläche zwischen Rohrwandung und Beton die Betonströmung entscheidend. Bewiesen wird, dass Betonzusammensetzung und rheologische Eigenschaften der Gleitschicht maßgebende Auswirkungen auf den Pumpvorgang haben, da sich die pumpdruckinduzierte Scherspannung in dieser Schicht konzentriert. Weiterhin erfolgt sowohl eine analytische als auch numerische Charakterisierung der Betonströmung im Rohr. Nachgewiesen wird, dass sich beim Pumpvorgang betonspezifisch unterschiedliche Strömungsarten einstellen, die bereits bei niedrigen Durchflussmengen definiert sind: Pfropfenströmung in hochduktilen Betonen, partielle Scherung des Kernbetons in Normalbetonen und signifikante Scherung in selbstverdichtenden Betonen. Aus großtechnisch durchgeführten Pumpversuchen gewonnene Ergebnisse werden dem derzeit vorhandenen, verbesserungsbedürftigen Betondruck-Leistungs-Nomogramm zur Einstellung von Parametern an der Betonpumpe gegenübergestellt. Die Vorhersagekapazität des Nomogramms kann durch den Ersatz der Ausbreit- bzw. Setzfließmaßangaben mit Viskositätsangaben der Gleitschicht erweitert und verifiziert werden. Des Weiteren werden baustellenbezogene Herausforderungen im Gesamtprozess des Betonpumpvorgangs, u. a. Vorbereitung der Rohrleitung vor dem Pumpen, Auftreten von Stopfern und Endreinigung exemplarisch dargestellt sowie Empfehlungen für die Praktiker erarbeitet. Schließlich wird der Transfer der in dieser Arbeit entwickelten wissenschaftlich basierten und anwendungsbereiten Methodik als Teil des zukünftigen Konzeptes für die in-situ Rheologie-Überwachung hinsichtlich einer angestrebten vollständigen Automatisierung von Fertigungs- und Einbringprozessen von Beton mit Nachdruck empfohlen.