Mit Beeinflussung der Bindemitteleigenschaften durch verschiedene einzelne oder kombi-nierte Modifikationen steigt die Komplexität, die Materialeigenschaften anzusprechen und zu interpretieren. Mit den konventionellen Untersuchungen zur Klassifizierung der Bindemittel-eigenschaften ist dies nicht möglich. Jedoch bestehen unter anderem Möglichkeiten mit dem Dynamischen Scher-Rheometer (DSR) und dem Dynamischen Spaltzug-Schwellversuch (DSZV), die Eigenschaften dieser komplexen Materialen bei zielgerichteter Anwendung im geeigneten Maße anzusprechen. Ein wesentliches Ziel dieser Arbeit war es, Kenntnisse über die Auswirkungen von Mehrfachmodifizierungen im Bitumen und im Asphaltmischgut zu erlangen. Dabei sollten Methoden zur Untersuchung und Interpretation der rheologischen Eigenschaften überprüft und entwickelt werden. Durch die Möglichkeit, das Steifigkeitsverhalten der Bitumen im gesamten relevanten Temperatur- und Frequenzbereich versuchstechnisch ansprechen zu können, war es über die Korrelation des Steifigkeitsverhalten von Bitumen und Asphalt möglich, aktuelle Modelle für die Entwicklung der Masterkurven erst im Bitumen zu überprüfen und dann auch für das Asphaltmischgut anzuwenden. Dadurch wurden zusätzlich Alternativen aufgezeigt, die Entwicklung der Asphalt-Masterkurven mit Hilfe des DSR zu unterstützen und Ergebnisse zu plausibilisieren. Für das Ermüdungsverhalten wurde ein Vorversuch entwickelt, der es ermöglicht, den für die Ermüdung relevanten Relaxationsbereich als Temperaturbereich festzulegen und zu inter-pretieren. Zudem wurden verschiedene Ermüdungskriterien im Bitumen und Asphaltmischgut angewendet. Dabei wurden die Bindemittel und die Asphaltgemische im ungealterten bis lang-zeitgealterten Zustand untersucht. Das Ermüdungsverhalten aller Variationen wurde außer-dem bei äquivalentem rheologischen Verhalten, mit variierender Gesteinsart sowie nach Vorbelastung und Wasserlagerung untersucht. Zusätzlich wurde mit Hilfe der Rohdaten aus den DSR-Ermüdungsversuchen eine optimierte Methodik entwickelt, um den Hysterese-einfluss auf das Ermüdungsverhalten einzubeziehen. Mit Hilfe der Masterkurven und Blackdiagramme war es möglich, den differenten Einfluss der Modifikationen auf das Steifigkeitsverhalten darzustellen. Dabei konnte unter anderem das Verhalten von Bindemitteln mit reinen Polymernetzwerken aus Elastomeren und Plastomeren von Bindemitteln mit Polymernetzwerken aus einem Elastomer und nichtpolymeren Werk-stoffen abgegrenzt werden. Bei der Untersuchung des Ermüdungsverhaltens konnte gezeigt werden, dass sich der für die Ermüdung relevante Temperaturbereich durch die Modifikationen deutlich verschiebt. Alle modifizierten Varianten zeigten bei der Versuchsdurchführung gemäß der „Arbeitsanleitung zur Bestimmung des Steifigkeits- und Ermüdungsverhaltens von Asphalten mit dem Spaltzug-Schwellversuch als Eingangsgröße in die Dimensionierung“ (AL Sp-Asphalt 09) ein ver-bessertes Ermüdungsverhalten gegenüber der unmodifizierten Variante. Durch die oben beschriebene Variation der Prüfbedingungen und die Variation der Gesteine wurden anschließend deutliche Abweichungen bei den Ergebnissen festgestellt. Dadurch wurde gezeigt, inwiefern äquivalentes rheologisches Verhalten Einfluss auf das Ermüdungsverhalten der Varianten nimmt. Zudem konnte gezeigt werden, welchen Einfluss die Anwesenheit von Wasser in der Grenzfläche sowie die Variation der Gesteinsart und die Alterung des Bindemittels auf das Ermüdungsverhalten haben können. Die Untersuchungen zeigten darüber hinaus, dass die ausgewählten mathematischen Modelle und ein eigenes entwickeltes Modell zur Konstruktion der Masterkurve für die mehrfachmodifizierten Varianten im gealterten und ungealterten Zustand für Bitumen und Asphaltmischgut anwendbar sind.:Inhaltsverzeichnis 1. Einleitung - 10 - 1.1 Motivation - 10 - 1.2 Zielsetzung und Vorgehensweise - 11 - 2. Stand der Wissenschaft und Technik - 13 - 2.1 Mechanisches Verhalten von Bitumen und Asphalt - 13 - 2.1.1 Allgemein - 13 - 2.1.2 Grundlagen der Asphalt- und Bitumenrheologie - 13 - 2.1.3 Rheologische Modelle - 17 - 2.1.4 Zeit-Temperatur-Äquivalenzprinzip - 24 - 2.1.5 Mathematische Modelle - 26 - 2.1.6 Materialkenngrößen und Verhalten bei zyklischer Belastung - 28 - 2.1.7 Beanspruchung von Asphaltbefestigungen - 32 - 2.1.8 Ermüdungsverhalten - 34 - 2.2 Affinität - 41 - 2.2.1 Adhäsionsmodelle - 41 - 2.2.2 Versagensmodelle der Adhäsion - 42 - 2.3 Alterung - 43 - 2.3.1 Verdunstungsalterung - 43 - 2.3.2 Oxidative Alterung - 43 - 2.3.3 Strukturalterung - 44 - 2.4 Einfluss von Additiven und Polymermodifikationen auf die Bindemittel- und Mischguteigenschaften - 44 - 2.4.1 Polymermodifikation - 44 - 2.4.2 Additivierung - 49 - 2.4.3 Zusammenfassung - 54 - 3. Methodik - 55 - 3.1 Versuchsprogramm Bitumen - 55 - 3.1.1 Eingesetzte Materialien - 55 - 3.1.2 Probekörperherstellung und Lagerung - 58 - 3.1.3 Rheologische Untersuchung durch Dynamisches Scher-Rheometer - 59 - 3.2 Versuchsprogramm Asphalt - 75 - 3.2.1 Eingesetzte Materialien - 75 - 3.2.2 Probekörperherstellung und Probekörperkonditionierung - 76 - 3.2.3 Versuchsdurchführung des Spaltzug-Schwellversuchs - 78 - 4. Ergebnisdarstellung und Diskussion - 89 - 4.1 Vorversuche Bitumen - 89 - 4.1.1 Amplitudentests - 89 - 4.1.2 Versuchsrelevanter Temperaturbereich - 94 - 4.1.3 Diskussion - 96 - 4.2 Masterkurven Bitumen - 98 - 4.2.1 Zuverlässigkeit der Modelle - 98 - 4.2.2 Einfluss der Modifikationen - 100 - 4.2.3 Einfluss der Alterung - 107 - 4.2.4 Diskussion - 115 - 4.3 Ermüdungsverhalten Bitumen - 117 - 4.3.1 Einfluss des Ermüdungskriteriums - 117 - 4.3.2 Einfluss der Modifikationen - 118 - 4.3.3 Diskussion - 122 - 4.4 Steifigkeitsverhalten Asphaltmischgut - 123 - 4.4.1 Zuverlässigkeit der Modelle - 123 - 4.4.2 Einfluss der Modifikationen - 127 - 4.4.3 Einfluss der Alterung - 130 - 4.4.4 Einfluss der Gesteinsart - 132 - 4.4.5 Korrelation Steifigkeitsverhalten Bitumen-Asphaltmischgut - 134 - 4.4.6 Diskussion - 135 - 4.5 Ermüdungsverhalten Asphaltmischgut - 137 - 4.5.1 Einfluss des Ermüdungskriteriums - 137 - 4.5.2 Einfluss der Modifikationen - 138 - 4.5.3 Einfluss der Alterung - 139 - 4.5.4 Einfluss der Vorbelastung und Wasserlagerung - 141 - 4.5.5 Einfluss der Gesteinsart - 143 - 4.5.6 Einfluss äquivalente Bitumenrheologie - 145 - 4.5.7 Korrelation Ermüdungsverhalten Bitumen-Asphaltmischgut - 149 - 4.5.8 Diskussion - 150 - 5. Zusammenfassung und Ausblick - 153 - 5.1 Zusammenfassung - 153 - 5.2 Ausblick - 156 - 6. Literaturverzeichnis - 158 - Abbildungsverzeichnis - 170 - Tabellenverzeichnis - 176 - Anlagenverzeichnis - 178 - / With influencing the bitumen properties by means of various single or combined modifications, the complexity increases and with it the facilities to address and interpret material properties. This is not possible with conventional tests for the classification of binder properties. However, there are means to address the properties of these complex materials in a specific manner with a Dynamic Shear Rheometer (DSR) and the Dynamic Indirect tensile strength (IDT) test method. A key objective of this work has been to gain knowledge about the effects of multiple modifications in bitumen and bituminous mixtures. In doing so, methods for the investigation and interpretation of rheological properties were examined and developed. Due to the possibility to test the stiffness behavior of bitumen in the relevant temperature and frequency range, the correlation of the stiffness behavior of bitumen and asphalt made it possible to check current models for the development of the master curves first in the bitumen and then also for the asphalt mix. Thus, additional alternatives to support the development of asphalt-master curves and to increase the plausibility of the results have been demonstrated with the help of a DSR. A preliminary test has been developed for the fatigue behavior, which makes it possible to define and interpret the fatigue relevant relaxation range as a temperature range. In addition, various fatigue criteria have been applied in bitumen and bituminous mixtures. The binders and the asphalt mixtures were examined in the unaged to long-time-aged state. The fatigue behavior of all variations was also investigated for equivalent rheological behavior, varying rock type, preload and water storage. In addition, the raw data from the DSR fatigue tests has been used to develop an optimized methodology for incorporating the hysteresis effect on the fatigue behavior. It has been possible to show the different effects of the modifications on the stiffness behavior with the help of master curves and black diagrams. Among other things, the behavior of binders with pure polymer networks of elastomers and plastomers of binders with polymer networks of an elastomer and non-polymeric materials has been distinguished. By examining the fatigue behavior, it has been shown that the temperature range relevant for fatigue shifts significantly as a result of the modifications. All modifications have shown improved behavior in accordance with the experimental conditions of the „Working instructions for the determination of the stiffness and fatigue behavior of asphalts with the indirect tensile strength test as an input into the dimensioning” (AL Sp-Asphalt 09). Due to the above described variations of test conditions and aggregates significant deviations in the results have been found. It has been shown to what extent equivalent rheological behavior influences the fatigue behavior of the variants. In addition, it has been possible to show what influence the presence of water in the interface, as well as the variation of the aggregate type and the aging of the binder, can have on the fatigue behavior of asphalt. The investigations also show that the selected mathematical models and a proprietary model developed for the construction of the master curve of the multi-modified variants in the aged and unaged state are applicable for bitumen and bituminous mixtures.:Inhaltsverzeichnis 1. Einleitung - 10 - 1.1 Motivation - 10 - 1.2 Zielsetzung und Vorgehensweise - 11 - 2. Stand der Wissenschaft und Technik - 13 - 2.1 Mechanisches Verhalten von Bitumen und Asphalt - 13 - 2.1.1 Allgemein - 13 - 2.1.2 Grundlagen der Asphalt- und Bitumenrheologie - 13 - 2.1.3 Rheologische Modelle - 17 - 2.1.4 Zeit-Temperatur-Äquivalenzprinzip - 24 - 2.1.5 Mathematische Modelle - 26 - 2.1.6 Materialkenngrößen und Verhalten bei zyklischer Belastung - 28 - 2.1.7 Beanspruchung von Asphaltbefestigungen - 32 - 2.1.8 Ermüdungsverhalten - 34 - 2.2 Affinität - 41 - 2.2.1 Adhäsionsmodelle - 41 - 2.2.2 Versagensmodelle der Adhäsion - 42 - 2.3 Alterung - 43 - 2.3.1 Verdunstungsalterung - 43 - 2.3.2 Oxidative Alterung - 43 - 2.3.3 Strukturalterung - 44 - 2.4 Einfluss von Additiven und Polymermodifikationen auf die Bindemittel- und Mischguteigenschaften - 44 - 2.4.1 Polymermodifikation - 44 - 2.4.2 Additivierung - 49 - 2.4.3 Zusammenfassung - 54 - 3. Methodik - 55 - 3.1 Versuchsprogramm Bitumen - 55 - 3.1.1 Eingesetzte Materialien - 55 - 3.1.2 Probekörperherstellung und Lagerung - 58 - 3.1.3 Rheologische Untersuchung durch Dynamisches Scher-Rheometer - 59 - 3.2 Versuchsprogramm Asphalt - 75 - 3.2.1 Eingesetzte Materialien - 75 - 3.2.2 Probekörperherstellung und Probekörperkonditionierung - 76 - 3.2.3 Versuchsdurchführung des Spaltzug-Schwellversuchs - 78 - 4. Ergebnisdarstellung und Diskussion - 89 - 4.1 Vorversuche Bitumen - 89 - 4.1.1 Amplitudentests - 89 - 4.1.2 Versuchsrelevanter Temperaturbereich - 94 - 4.1.3 Diskussion - 96 - 4.2 Masterkurven Bitumen - 98 - 4.2.1 Zuverlässigkeit der Modelle - 98 - 4.2.2 Einfluss der Modifikationen - 100 - 4.2.3 Einfluss der Alterung - 107 - 4.2.4 Diskussion - 115 - 4.3 Ermüdungsverhalten Bitumen - 117 - 4.3.1 Einfluss des Ermüdungskriteriums - 117 - 4.3.2 Einfluss der Modifikationen - 118 - 4.3.3 Diskussion - 122 - 4.4 Steifigkeitsverhalten Asphaltmischgut - 123 - 4.4.1 Zuverlässigkeit der Modelle - 123 - 4.4.2 Einfluss der Modifikationen - 127 - 4.4.3 Einfluss der Alterung - 130 - 4.4.4 Einfluss der Gesteinsart - 132 - 4.4.5 Korrelation Steifigkeitsverhalten Bitumen-Asphaltmischgut - 134 - 4.4.6 Diskussion - 135 - 4.5 Ermüdungsverhalten Asphaltmischgut - 137 - 4.5.1 Einfluss des Ermüdungskriteriums - 137 - 4.5.2 Einfluss der Modifikationen - 138 - 4.5.3 Einfluss der Alterung - 139 - 4.5.4 Einfluss der Vorbelastung und Wasserlagerung - 141 - 4.5.5 Einfluss der Gesteinsart - 143 - 4.5.6 Einfluss äquivalente Bitumenrheologie - 145 - 4.5.7 Korrelation Ermüdungsverhalten Bitumen-Asphaltmischgut - 149 - 4.5.8 Diskussion - 150 - 5. Zusammenfassung und Ausblick - 153 - 5.1 Zusammenfassung - 153 - 5.2 Ausblick - 156 - 6. Literaturverzeichnis - 158 - Abbildungsverzeichnis - 170 - Tabellenverzeichnis - 176 - Anlagenverzeichnis - 178 -

Exploring the use of currant pomace in foods is favourable due to its nutritional profile but also for economic and sustainability aspects. This by-product of fruit juice processing contains in addition to the dominating dietary fibre fraction considerable amounts of fat, protein, and polyphenols that are lost when the pomace is disposed of. Regardless of the intended use, the perishable material must be dried immediately or alternatively preserved. Three processing strategies (A, B, C) with different energy input and impact were outlined and related applications were implemented. The minimal (A) and intensive scenario (B) were examined comprehensively, whereas the complex processing (C) was considered only theoretically. For a prospective use in low-cost products (A), whole dry pomace was ground using various technologies. Ready-to-use powders were obtained by impact milling below 1 mm or simultaneous drying and grinding in a turbo rotor mill. A wide range of applications is possible, especially in baked products. The powder was used to partially replace flour in bread by considering its high water-binding capacity. In the example of wheat bread, 10% flour were simply replaced with pomace and dough handling properties (reduced stickiness) as well as bread quality parameters (lower baking loss, moister crumb) were improved by pre-hydration of the pomace in hot water. To expand the applicability of the pomace in the intensive scenario (B), the seeds were separated prior to milling and the remaining fibre fraction was treated thermomechanically either by planetary ball milling or extrusion cooking. This processing resulted in high fibre material with increased swelling capacity and water solubility. Based on the micronised seedless pomace, sweet creamy spreads were designed as an application example and the effects on rheology and physical stability were characterised. The pomace below 30 μm performed very well in spreads where it decreased oil separation. When it comes to zero-waste concepts, the seeds can be used for oil extraction whereas the stabilising effects of the fibre fraction may also be exploited to counteract sedimentation in aqueous suspensions and emulsions after pressure homogenisation.:1 Motivation 2 Literature review 2.1 Cultivation and processing of currants 2.2 Composition of currant pomace 2.2.1 Dietary fibre 2.2.2 Lipophilic components 2.2.3 Proteins, sugars, and minerals 2.2.4 Polyphenols and antioxidant capacity 2.3 Residues of toxicological importance 2.4 Preservation and comminution of food processing by-products 2.4.1 Drying 2.4.2 Particle size reduction 2.5 Extraction and fractionation of selected pomace components 2.5.1 Soluble and insoluble dietary fibre 2.5.2 Seed oil 2.5.3 Proteins 2.5.4 Anthocyanins 3 Objectives of the thesis 4 Materials and Methods 4.1 Origin of currant pomace 4.2 Processing of pomace 4.2.1 Minimal processing: Drying and milling 4.2.2 Intensive processing: Thermo-mechanical treatment of dried pomace 4.3 Pomace analysis 4.3.1 Proximate composition 4.3.2 Contamination analysis 4.3.3 Physical properties 4.3.4 Techno-functional properties 4.4 Food applications: Preparation and analysis 4.4.1 Preparation of wheat bread 4.4.2 Dough expansion, pH, and rheology 4.4.3 Bread appearance and texture 4.4.4 Preparation of sweet spreads 4.4.5 Spread analysis 4.5 Statistics 5 Results and discussion 5.1 Natural variation of currant pomace composition 5.2 Minimal processing scenario 5.2.1 Preservation of fresh pomace by convection drying 5.2.2 Milling techniques to obtain ready-to-use pomace powder 5.2.3 Hydration properties of pomace powders 5.3 Application of minimally processed pomace powder in wheat bread 5.3.1 Hydration properties and rheology during simulated baking 5.3.2 Changes in dough properties during proofing 5.3.3 Effects on bread characteristics 5.4 Intensive processing scenario 5.4.1 Composition of seedless currant pomace 5.4.2 Impact of HTST-extrusion 5.4.3 Influence of planetary ball milling on particle size 5.4.4 Modified functionality after thermo-mechanical treatments 5.5 Application of intensively processed pomace in fat-based spreads 5.5.1 Wet ball milling in oil-suspension 5.5.2 Rheological properties and physical stability of sweet spreads 5.5.3 Sensory attributes of pomace spreads 5.6 Concepts for the implementation of zero-waste strategies 6 Conclusions Bibliography List of figures List of tables Appendix List of publications / Die Verwertung von Johannisbeertrester in Lebensmitteln bietet sich nicht nur aufgrund seines Nährstoffprofils an, sondern ist auch im Sinne der Nachhaltigkeit und unter wirtschaftlichen Aspekten vorteilhaft. Das bei der Fruchtsaftherstellung anfallende Nebenprodukt besteht überwiegend aus Ballaststoffen sowie nennenswerten Mengen an Fett, Protein und Polyphenolen, welche im Falle einer Entsorgung für die menschliche Ernährung verloren gehen. Ganz unabhängig von der weiteren Nutzung muss der leicht verderbliche Trester zunächst getrocknet oder alternativ haltbar gemacht werden. Es wurden drei Aufarbeitungsstrategien (A, B, C) entworfen, welche sich in Energieaufwand und Intensität unterscheiden. Davon wurden das sogenannte minimale (A) und das intensive Szenario (B) inklusive entsprechender Anwendungen umfassend untersucht, während eine komplexe Verarbeitung (C) nur theoretisch betrachtet wurde. Für den Einsatz in niedrigpreisigen Lebensmitteln wurde getrockneter Trester im Gesamten (A) unter Anwendung verschiedener Technologien vermahlen. Direkt verwendbare Tresterpulver unter 1 mm wurden durch Vermahlung in einer Prallmühle oder mittels Mahltrocknung hergestellt. Es bieten sich eine ganze Reihe von Anwendungen, vor allem im Bereich der Backwaren, an. Unter Berücksichtigung der hohen Wasserbindekapazität erfolgte der Einsatz des Pulvers als Mehlsubstituent in Brot. Im Fall von Weizenbrot konnten 10% Mehl problemlos durch Trester ersetzt werden, wobei die Verarbeitungseigenschaften des Teigs (verminderte Klebrigkeit) und qualitätsbestimmende Broteigenschaften (geringerer Backverlust, feuchtere Krume) durch Vorquellen in heißem Wasser verbessert werden konnten. Um die Einsatzmöglichkeiten des Tresters zu erweitern, wurden im intensiven Verarbeitungsszenario (B) die Samen abgetrennt und die verbleibende Faserfraktion thermo-mechanisch behandelt, zum einen in einer Planetenkugelmühle, zum anderen durch Extrusion. Die intensive Aufarbeitung resultierte in einer ballaststoffreichen Faserfraktion mit erhöhtem Quellvermögen sowie höherer Wasserlöslichkeit. Als Einsatzbeispiel wurden ausgehend von der feinstvermahlenen Faserfraktion süße Streichcremes entwickelt, und die Auswirkungen des Tresters auf Rheologie und physikalische Stabilität charakterisiert. Der Trester unter 30 μm eignete sich hervorragend in der Herstellung von fettreichen Aufstrichen, da die Ölseparation vermindert wurde. Eine möglichst umfassende, reststofffreie Verwertung des Tresters (zero-waste) kann durch Nutzung der Samen zur Ölgewinnung erfolgen, wohingegen die stabilisierenden Eigenschaften der Faserfraktion nach Hochdruckhomogenisierung auch in wässrigen Suspensionen und Emulsionen ausgeschöpft werden könnten.:1 Motivation 2 Literature review 2.1 Cultivation and processing of currants 2.2 Composition of currant pomace 2.2.1 Dietary fibre 2.2.2 Lipophilic components 2.2.3 Proteins, sugars, and minerals 2.2.4 Polyphenols and antioxidant capacity 2.3 Residues of toxicological importance 2.4 Preservation and comminution of food processing by-products 2.4.1 Drying 2.4.2 Particle size reduction 2.5 Extraction and fractionation of selected pomace components 2.5.1 Soluble and insoluble dietary fibre 2.5.2 Seed oil 2.5.3 Proteins 2.5.4 Anthocyanins 3 Objectives of the thesis 4 Materials and Methods 4.1 Origin of currant pomace 4.2 Processing of pomace 4.2.1 Minimal processing: Drying and milling 4.2.2 Intensive processing: Thermo-mechanical treatment of dried pomace 4.3 Pomace analysis 4.3.1 Proximate composition 4.3.2 Contamination analysis 4.3.3 Physical properties 4.3.4 Techno-functional properties 4.4 Food applications: Preparation and analysis 4.4.1 Preparation of wheat bread 4.4.2 Dough expansion, pH, and rheology 4.4.3 Bread appearance and texture 4.4.4 Preparation of sweet spreads 4.4.5 Spread analysis 4.5 Statistics 5 Results and discussion 5.1 Natural variation of currant pomace composition 5.2 Minimal processing scenario 5.2.1 Preservation of fresh pomace by convection drying 5.2.2 Milling techniques to obtain ready-to-use pomace powder 5.2.3 Hydration properties of pomace powders 5.3 Application of minimally processed pomace powder in wheat bread 5.3.1 Hydration properties and rheology during simulated baking 5.3.2 Changes in dough properties during proofing 5.3.3 Effects on bread characteristics 5.4 Intensive processing scenario 5.4.1 Composition of seedless currant pomace 5.4.2 Impact of HTST-extrusion 5.4.3 Influence of planetary ball milling on particle size 5.4.4 Modified functionality after thermo-mechanical treatments 5.5 Application of intensively processed pomace in fat-based spreads 5.5.1 Wet ball milling in oil-suspension 5.5.2 Rheological properties and physical stability of sweet spreads 5.5.3 Sensory attributes of pomace spreads 5.6 Concepts for the implementation of zero-waste strategies 6 Conclusions Bibliography List of figures List of tables Appendix List of publications

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Magnetresonanzelastographie (MRE) bietet die Möglichkeit, über die Aufnahme mechanischer Scherwellen im Körper auf die mechanischen Eigenschaften lebender Gewebe zu schließen. Dabei werden in der klassischen MRE Wellen mittels Einkopplung externer Vibrationen einer einzelnen Frequenz angeregt. Wegen der starken Absorption der Vibrationsenergie in biologischen Geweben und der damit verbundenen Dispersion der Phasengeschwindigkeit sowie der Dämpfung der Wellen können mit dieser Methode nur frequenzabhängige Größen, jedoch keine Materialkonstanten bestimmt werden. Die in dieser Arbeit entwickelte Methode erlaubt die synchrone Einkopplung und Aufnahme multipler Gewebeschwingungen, wodurch viskoelastische Gewebekenngrößen in einer zeitlich-zyklisierten MRE-Untersuchung erfasst werden können. Diese Technik wird in Phantomstudien, an Gewebeproben sowie am Menschen evaluiert. Mittels verschiedener rheologischer Modelle werden erstmalig die viskoelastischen Eigenschaften der Leber und des Gehirns in ihrem intakten, lebenden Umfeld bestimmt. Dabei zeigt sich die Überlegenheit eines zweiparametrischen Modells, mit dessen Hilfe die gewonnene, spektrale Information des komplexen Moduls des Gewebes in eine einzige diagnostisch-relevante Kenngröße zusammengefasst werden kann. / Magnetic resonance elastography (MRE) is capable of measuring the mechanical properties of living tissue by using externally introduced vibrations and phase contrast magnetic resonance imaging techniques. Until now, monofrequency shear wave excitation techniques have been used in conventional MRE. However, since biological tissue is highly dispersive due to its strong damping characteristics, the study of tissue rheology requires knowledge of wave propagation at multiple frequencies. The multifrequency-MRE method, which was engineered in this thesis, applies a superposition of multiple harmonics as the shear wave excitation signal. All vibrations are acquired simultaneously, which enables the determination of viscoelastic tissue parameters in one time-resolved MRE experiment. This technique is evaluated in studies on gel phantoms and excised tissue samples, as well as in human in-vivo studies. The viscoelastic properties of human brain and liver are determined in their in-vivo environment using several rheological models. A two-parameter fractional model demonstrates excellent stability and allows for combining the spectral information of the complex modulus acquired by multifrequency-MRE, which then results in a single viscoelastic parameter that is diagnostically relevant.

La plasticite non-associee est un facteur important si ce n'est primordial dans le processus de localisation de la deformation cassante. Un code numerique particulierement adapte a reproduire les comportements mecaniques tres varies des roches nous permet de modeliser efficacement l'initiation et la propagation des deformations localisees a travers la lithosphere. La region de l'Ocean Indien est un cas spectaculaire de flambage lithospherique , accompagne d'une activite sismique intense. Plusieurs modeles analytiques, analogiques et numeriques rendent compte du processus de ambage. On developpe un modele numerique qui pour la premiere fois reproduit le developpement de ambage simultan'avec celui de failles. En utilisant une rheologie elasto-visco-plastique (critere de Mohr-Coulomb et loi de puissance dependant du geotherme), la fracturation di use a ecte d'abord l'ensemble de la lithosphere competente, est suivie de ambage et simultanement de failles qui se localisent progressivement aux points d'inflexion des plis. Les modeles numeriques testes dans ce memoire renseignent sur le comportement rheologique de la lithosphere, en particulier sur l'importance de l'angle de friction interne, qui permet de supporter les de ections liees au ambage. Les contraintes reelles sur les amplitudes montrent une dependance combinee du taux de raccourcissement, de la friction, et de l'epaisseur de la couche inferieure ductile. Des domaines intracontinentaux tels que l'Ouest du Gobi et le centre de l'Australie presentent les caracteristiques d'un ambage d'echelle lithospherique, malgre les heterogeneites pre-existantes. Une modelisation numerique confirme le role de l'age thermotectonique et de la rheologie crustale dans le developpement d'un mode de flambage. La dimension caracteristique des couches qui ambent determine l'evolution du modele vers un epaississement localise et une orogenese. Dans ce cas la lithosphere s'epaissit sous de larges bassins intracontinentaux de tailles comparables a la realite. L'insertion d'un modele d'erosion confirme son role stabilisant dans l'evolution de la topographie, alors qu'en profondeur le ambage est ampli e, et la localisation facilitee. L'elevation du relief obtenu varie de 0.1 a 1mm/an.

In einer Zeit, in der eine Zunahme von ernährungsbedingten Erkrankungen in steigendem Maße zu beobachten ist, wird dem Getreide als Grundlage der menschlichen Ernährung erhöhte Aufmerksamkeit gewidmet. Ein hoher Verzehr von Ballaststoffen ist ein wesentlicher Aspekt in der präventiv-medizinischen Ernährung. Die von der Deutschen Gesellschaft für Ernährung vorgeschlagene tägliche Ballaststoffzufuhr liegt bei 30 g. Die Aufnahme von Ballaststoffen ist jedoch in Deutschland deutlich unterhalb dieser empfohlenen Menge.<br><br> Getreideprodukte, besonders vom Vollkorntyp, sind die wichtigste Quelle für Ballaststoffe. Deshalb sollten im Rahmen dieser Arbeit direkt verzehrsfähige, Ballaststoff-angereicherte Haferprodukte (vorwiegend Extrudate) mit hohen Gehalten an b-Glucanen und resistenter Stärke hergestellt, analysiert und nachfolgend auf relevante ernährungsphysiologische Wirkungen geprüft werden. Als Basis für die Produkte wurden Hafermehl und Haferkleie eingesetzt.<br> Der erste Teil der Arbeit beschäftigte sich mit der Analyse der Haferprodukte. Diese wiesen eine hohe Wasserbindungskapazität auf. Bei den Untersuchungen am Tiermodell wurde gezeigt, dass im Dünndarm eine größere Menge an Wasser durch die Haferprodukte gebunden wurde, was zu einem höheren Feuchtigkeitsanteil der gastrointestinalen Inhalte der Tiere führte, die ballaststoffreiches Futter erhielten.<br><br> Trotz der hydrothermischen Behandlung während der Extrusion wurden Produkte gewonnen, deren β-Glucane im hochmolekularen Zustand erhalten blieben und somit eine hohe Viskosität in wässrigen Lösungen beibehielten. In rheologischen Untersuchungen wurde bestätigt, dass die aus Haferprodukten isolierten β-Glucane ein pseudoplastisches Fließverhalten besitzen. Demgegenüber führte ein Autoklavieren der Produkte zu einer starken Depolymerisation der b-Glucane, was sich in einer Änderung der funktionellen Eigenschaften der b-Glucane widerspiegelte.<br><br> Im Mittelpunkt der Untersuchungen standen ernährungsphysiologische In-vitro- und In-vivo-Experimente mit Extrudaten und Proben auf der Basis von Hafer, die einen erhöhten Anteil an Ballaststoffen, speziell an b-Glucan und an resistenter Stärke, besaßen und die direkt verzehrbar sind. Diese Haferprodukte zeigten eine Reihe von ernährungsphysiologisch vorteilhaften und protektiven Wirkungen in In-vitro-Experimenten. So traten sie mit Gallensäuren unter den Bedingungen des Dünndarms in Wechselwirkung und waren gut mit Faecesflora vom Menschen fermentierbar. Die In-vitro-Verdauung von Maisstärke durch Pankreatin, wurde durch die ballaststoffreichen Haferprodukte partiell gehemmt. Dieser Befund lässt eine Abschwächung des postprandialen Glukoseanstieges erwarten.<br><br> In einem sechswöchigen Fütterungsversuch erhielten Ratten Diäten, die zu 50 % aus ballaststoffreichen Haferprodukten bestanden. Diese Haferprodukte bewirkten einen erhöhten Transport von Gallensäuren und neutralen Sterolen in den unteren Intestinaltrakt sowie deren verstärkte Ausscheidung. Durch den Verzehr der ballaststoffreichen Haferprodukte kam es zu Veränderungen in der Mikroflora, wobei sich besonders die coliformen Keime verminderten und die Keimzahlen der Lactobacillen sowie die Bifidobakterien erhöhten. Die Fermentation der Ballaststoffe führte zur erhöhten Bildung von kurzkettigen Fettsäuren einschließlich von Butyrat. Die Bildung der kurzkettigen Fettsäuren geht mit einer pH-Wert-Absenkung im Caecum und Colon einher, die wiederum für eine geringere Bildung von sekundären Gallensäuren verantwortlich ist.<br><br> Die Ergebnisse des Fütterungsversuchs an Ratten wurden prinzipiell durch eine vierwöchige Pilotstudie am Menschen, in der Probanden täglich 100 g Haferextrudat erhielten, bestätigt. Das Extrudat wurde von den Probanden gut akzeptiert. In der 4. Woche wurden eine geringe Abnahme der Cholesterolfraktionen im Serum, höhere Keimzahlen für Lactobacillen, Bifidobacterien und Bacteroides, geringere pH-Werte und Trockenmassegehalte in den Faeces, eine Zunahme der individuellen und Gesamt-SCFA sowie des Butyratanteils in den Faeces, eine erhöhte Ausscheidung an Steroiden, eine Zunahme der primären Gallensäuren und eine Abnahme des prozentualen Anteils an sekundären Gallensäuren sowie der Cholesterol-Metaboliten gefunden. Diese Parameter gingen 2 Wochen nach Beendigung der Intervention mit dem Haferextrudat wieder in Richtung der Ausgangswerte (0. Woche) zurück.<br><br> Die untersuchten Haferprodukte erwiesen sich als gut fermentierbare Substrate für die intestinale Mikroflora und können deshalb als ein Präbiotikum mit Ballaststoffcharakter eingeschätzt werden. Diese Produkte, die mit einem erhöhten Anteil an resistenter Stärke und wertvollen Haferballaststoffen hergestellt wurden, können dazu beitragen, die Ballaststofflücke in unserer Ernährung zu schließen und positive ernährungsphysiologische Effekte zu bewirken. / Cereal products, particularly from whole grains, are the most important source of dietary fibre in the western diet. A high intake of dietary fibre, which is an essential component in nutrition, is positively related to several physiological and metabolic effects. However, the daily intake of dietary fibre is below the recommended levels (30d/day) in most industrials country. Oat (Avena sativa L.) products are well accepted in human nutrition. Oats is an excellent source of different dietary fibre types, such as β-glucan, arabinoxylans and cellulose, and it contains high levels of proteins, lipids, vitamins, antioxidants and minerals.<br> A series of extrudates was prepared from oat meal, oat bran and Novelose 330®, differing in concentrations of individual dietary fibre components, such as β-glucan and resistant starch, as well as total dietary fibre.<br><br> The cereal dietary fibre, β-glucan, has outstanding functional and nutritional properties, because of its viscosity in aqueous systems and in the intestinal tract. The rheological behaviour of β-glucan (concentrations: 2% and 4%) isolated from extruded oat meal and from oat bran was evaluated using oscillatory and rheological measurements. In frequency sweep, the storage and loss moduli G′ and G″ of β-glucan preparations from extruded meal and from bran increased continuously with increasing frequency, showing a dominantly viscous behaviour. With increasing frequency, the elastic properties improved.<br><br> After simulated digestion, the digested dietary fibre-rich oat-based extrudates were used to evaluate their physiological effects in vitro. A strong interaction occurred between the digested extrudates and bile acids. The binding of bile acids increased with increasing proportions of oat bran, total dietary fibre, insoluble dietary fibre and β-glucan in the extrudates. Dihydroxy-bile acid was more strongly bound to the extrudates than trihydroxy- bile acid. Interactions at pH 5.0 were greater than at pH 6.5. During fermentation of digested extrudates with human faecal samples, concentrations of short-chain fatty acid formed and the molar proportion of butyrate increased continuously. Higher short-chain fatty acid concentrations were found when extrudates contained more oat bran, soluble and insoluble dietary fibre and β-glucan. Extrudates, on the basis of oat, have several beneficial nutritional and protective effects in vitro. Therefore, physiological effects occurring in the small and large intestine are also related to the dietary fibre composition of the cereal products.<br><br> The results found in vitro was examined in feeding experiments with animal models and in nutritional studies with human subjects.<br><br> Male Wistar rats were fed either an oat-free diet (control group) or diet containing 50% oat-based products (test groups) for 6 week. In most of the test group, following effects were observed compared with control group: higher water intake; slightly decreased total and LDL cholesterol in serum; higher count of Bifidobacteria as well as lower count numbers of Coliforms; greater mass of cecum walls and cecal contents; lower pH values in intestinal contents; higher concentration of acetate, propionate and butyrate in cecal contents and greater excretion of short-chain fatty acids; significantly more total bile acids in cecal contents; higher excretion of total bile acids and primary bile acids; lower proportion of secondary bile acids as well as higher concentration of neutral sterols in cecal contents, colonic contents and feces.<br><br> In the human study 12 volunteers consumed 100 g fiber-rich oat-based product (to the habitually diet) daily for 4 week. Following results were observed in the week 4 compared with the beginning of the experiment: higher water intake; slightly decreased total cholesterol in serum; lower pH values in feces; higher concentration of acetate, propionate and butyrate in feces; higher excretion of total bile acids and primary bile acids; lower proportion of secondary bile acids as well as higher concentration of neutral sterols in feces.<br><br> In conclusion, application of the dietary fiber-rich oat-based diets had a variety of beneficial physiological and protective effects in rats and human depending on their composition and amount, their technological pre-treatment and their functional properties. The major effects connected whit fermentation of dietary fibre components and their high formation of short-chain fatty acids as well as with higher excretion of steroids.

In this work new fluorinated and non-fluorinated mono- and bifunctional trithiocarbonates of the structure Z-C(=S)-S-R and Z-C(=S)-S-R-S-C(=S)-Z were synthesized for the use as chain transfer agents (CTAs) in the RAFT-process. All newly synthesized CTAs were tested for their efficiency to moderate the free radical polymerization process by polymerizing styrene (M3). Besides characterization of the homopolymers by GPC measurements, end- group analysis of the synthesized block copolymers via 1H-, 19F-NMR, and in some cases also UV-vis spectroscopy, were performed attaching suitable fluorinated moieties to the Z- and/or R-groups of the CTAs. Symmetric triblock copolymers of type BAB and non-symmetric fluorine end- capped polymers were accessible using the RAFT process in just two or one polymerization step. In particular, the RAFT-process enabled the controlled polymerization of hydrophilic monomers such as N-isopropylacrylamide (NIPAM) (M1) as well as N-acryloylpyrrolidine (NAP) (M2) for the A-blocks and of the hydrophobic monomers styrene (M3), 2-fluorostyrene (M4), 3-fluorostyrene (M5), 4-fluorostyrene (M6) and 2,3,4,5,6-pentafluorostyrene (M7) for the B-blocks. The properties of the BAB-triblock copolymers were investigated in dilute, concentrated and highly concentrated aqueous solutions using DLS, turbidimetry, 1H- and 19F-NMR, rheology, determination of the CMC, foam height- and surface tension measurements and microscopy. Furthermore, their ability to stabilize emulsions and microemulsions and the wetting behaviour of their aqueous solutions on different substrates was investigated. The behaviour of the fluorine end-functionalized polymers to form micelles was studied applying DLS measurements in diluted organic solution. All investigated BAB-triblock copolymers were able to form micelles and show surface activity at room temperature in dilute aqueous solution. The aqueous solutions displayed moderate foam formation. With different types and concentrations of oils, the formation of emulsions could be detected using a light microscope. A boosting effect in microemulsions could not be found adding BAB-triblock copolymers. At elevated polymer concentrations, the formation of hydrogels was proved applying rheology measurements. / Im Rahmen dieser Arbeit wurden neue fluorierte und unfluorierte mono- und bifunktionelle Trithiocarbonate der Typen Z-C(=S)-S-R und Z-C(=S)-S-R-S-C(=S)-Z zur Anwendung als CTAs (chain- transfer agents) im RAFT-Polymerisationsverfahren hergestellt. Alle CTAs wurden erfolgreich auf ihre Effizienz zur Steuerung des radikalischen Polymerisationsverfahrens hin durch Polymerisation von Styrol (M3) getestet. Neben GPC-Messungen wurden Endgruppenanalysen der synthetisierten Blockcopolymere mittels 1H-, 19F-NMR und in manchen Fällen auch UV-Vis Spektroskopie durchgeführt. Dazu wurden die Z- und/oder R-Gruppen der CTAs mit geeigneten fluorierten Gruppen versehen. Durch Anwendung des RAFT Verfahrens konnten symmetrische Triblockcopolymere vom Typ BAB bzw. mit einer Fluoralkylgruppe endgecappte unsymmetrische Polymere in nur zwei bzw. einem Polymerisationsschritt hergestellt werden. Das RAFT- Polymerisationsverfahren ermöglicht sowohl die Polymerisation hydrophiler Monomere wie N-Isopropylacrylamid (NIPAM) (M1) oder N-Acryloylpyrrolidin (NAP) (M2) für die A-Blöcke als auch der hydropoben Monomere Styrol (M3), 2-Fluorostyrol (M4), 3-Fluorostyrol (M5), 4- Fluorostyrol (M6) und 2,3,4,5,6- Pentafluorostyrol (M7) für die B-Blöcke. Die Eigenschaften der Blockcopolymere in verdünnten, konzentrierten und hochkonzentrierten wässrigen Lösungen wurden mittels DLS, Trübungsphotometrie, 1H- und 19F-NMR, Rheologie, CMC- sowie Schaumhöhen- und Oberflächenspannungsmessungen und Lichtmikroskopie untersucht. Weiterhin wurden ihre Eigenschaften als Emulgatoren und in Mikroemulsion untersucht. Das Micellbildungsverhalten der hydrophob endfunktionalisierten Polymere wurde mittels DLS Messungen in verdünnter organischer Lösung untersucht. Alle untersuchten BAB-Triblöcke bildeten Micellen und zeigten Oberflächenaktivität bei Raumtemperatur in verdünnter, wässriger Lösung. Weiterhin zeigen die wässrigen Lösungen der Polymere mäßige Schaumbildung. Mit verschiedenen Öltypen und Ölkonzentrationen wurden Emulsionen bzw. Mikroemulsionen gebildet. In Mikroemulsion wurde durch Zugabe von BAB-Triblockopolymeren kein Boosting-Effekt erzielt werden. Bei Untersuchung höherer Polymerkonzentrationen wurde die Bildung von Hydrogelen mittels rheologischer Messungen nachgewiesen. Verschiedene Substrate konnten benetzt werden. Die hydrophob endgecappten Polymere bilden in verdünnter organischer Lösung Micellen, die mittels DLS untersucht wurden, und zeigen somit Tensidverhalten in nichtwässriger Lösung.

Vor dem Hintergrund des weltweit wachsenden Bedarfes an Bodenverbesserungsmitteln, durch die Humus-, Nährstoff- und Wassermangel auf Problemstandorten kompensiert werden sollen, war es das Ziel der vorliegenden Arbeit, Bodenwasser-speicher auf Basis der nachwachsenden Biopolymere Stärke und Lignin zu entwickeln. Durch Derivatisierung der Stärke wurde deren Hydrophilie deutlich gesteigert, was Voraussetzung für die Bildung von Hydrogelen war. Es konnte gezeigt werden, dass durch Vernetzung der wasserlöslichen Stärkederivate Carboxymethylstärke und Monostärkemonophosphat mit Di-/Tricarbonsäuren quellfähige Hydrogele erzeugt werden, deren Quellungsvermögen und rheologische Eigenschaften über die Wahl des Vernetzers und die Vernetzerstoffmenge gezielt eingestellt werden können. Die Modifizierung von Lignin wurde durch Oxidation mit Wasserstoffperoxid, z.T. in Kombination mit Fe(II)- bzw. Mn(II)-Chloriden realisiert. Dadurch wurde die Vernetzbarkeit von Lignin deutlich verbessert, was auf oxidativ bedingte Strukturänderungen des Lignins zurückzuführen war. Diese bestanden im Wesentlichen in der Spaltung und Oxidation der Lignin-Seitenkette sowie der Hydroxylierung der Seitenkette und aromatischer Strukturen. Die Vernetzung von Lignin mit Poly-(ethylenglycol)-diglycidylether ergab quellfähige Hydrogele, deren Wasseraufnahmevermögen und rheologische Materialfunktionen von der eingesetzten Vernetzerstoffmenge abhängig sind. Es konnte gezeigt werden, dass durch den Einsatz von Stärkephosphat- und Lignin-Hydrogelen das Wasserspeichervermögen erhöht und die Evaporationsraten eines entsprechend behandelten Sandbodens verringert werden. Im Wachstumsversuch wurden die Frischmasseerträge von Gelbsenf (Sinapis alba) durch Behandlung eines Sandbodens mit Hydrogelen gesteigert. / Soil degradation leading to a lack of humus, nutrients and water especially on exploited sites causes the worldwide need in soil amendments. Aim of the work was the development of hydrogels from renewable biopolymers starch and lignin improving water retention especially in degraded soils. A significant increase of hydrophilic properties of starch was obtained by chemical modification with the objective of forming starch based hydrogels. Swellable hydrogels were formed by cross-linking of water soluble starch derivatives like carboxymethyl starch and monostarch monophosphates with di- and tricarboxylic acids. Swelling capacity and rheological properties of the starch gels were selective adjusted by variation of cross linking agent and whose amounts. Modification of lignin was realized by oxidation with hydrogen peroxide partly in combination with ferrous and manganese chlorides, respectively. In consequence of oxidative structural changes which were cleavage and oxidation of side chain as well as aliphatic and aromatic hydroxylation, gelation of lignin was improved significant. Lignin hydrogels with different swelling capacities and rheological functions were formed by cross-linking lignin with different amounts of poly (ethylene glycol) diglycidyl ether. Application of hydrogels based on starch and lignin causes increased water storing capacity/field capacity and decreased evaporation of a sandy soil as well as an increased biomass yield of yellow mustard (Sinapis alba).

Block copolymers are commercially significant and fundamentally interesting class of polymeric materials. The ability to undergo interfacial thermodynamics-controlled microphase separation from a completely disordered state in the melt to a specifically defined ordered structure through self-organization makes the block copolymers based materials unique. Block copolymer are strongly replacing many of the commercially available polymers due to their unique microstructure and properties. The most practical interests of block copolymers lie in the area of thermoplastic elastomers (TPEs). The objective of the present thesis work is to developing novel roots for enhancing the physical and mechanical properties in block copolymer and multigraft copolymers. Initially the properties are tailored by controlling chemical architecture at synthesis level and by selective blending at production level. This gives an easy access for improvement of the material properties and this is one of my major tasks in the present research modules. Further the block copolymer based TPEs are cross-linked in presence of electron beam (EB) radiation for developing materials with superior properties. The electron beam radiation has the ability to alter material parameters at molecular level for enhancing the macroscopic properties. The desirable physical and chemical properties can be easily attained by varying the radiation beam parameters. In addition to that, controlling the material at nanometer scale is one of the greatest challenges for current nanocomposite research. In elastomeric materials it is very prominent to fill the rubber matrix with nano particles from carbon or silica by melt mixing technique for enhancing the material properties. Other than conventional melt mixing technique, sol–gel processing is also a versatile technique, which making it possible to produce a wide variety of materials and to provide existing materials with novel properties. A combination of in situ sol-gel reaction with electron beam cross-linking in TPEs from triblock copolymer has been demonstrated for the first time as one of the novel nanocomposite system in this work. The main advantage of this system lies in controlling the material behaviour by finely tuning the size of silica nano particle generated inside TPE during in situ sol-gel reaction. Finally, the various roots employed for enhancing the material behaviour in block copolymers in the above research module were secussfully employed on super elastic multigraft copolymers for improving their strength withour sacrificing the super elastic nature.

Das American Concrete Institute (ACI) definiert Hochleistungsbeton (High performance concrete, HPC) als einen Beton, der spezielle Leistungs- und Gleichförmigkeitsanforderungen erfüllt. Die Anforderungen schließen vereinfachtes Ausbringen, verbesserte Frühfestigkeiten und mechanische Langzeiteigenschaften, Härte, Volumenstabilität und Belastbarkeit unter besonderen Umweltbedingungen ein. Diesen Anforderungen kann für gewöhnlich nicht mit klassischen Rohstoffen, normalen Misch- und Abbindeprozeduren entsprochen werden. Daher wurde in dieser Studie in Übereinstimmung mit der Literatur die Einfachheit des Ausbringens beziehungsweise die Selbstverdichtung als Kriterium für Hochleistungseigenschaften genommen. Während einer bautechnischen Begutachtung eines brandgeschädigten Gebäudes in Lahore deutete sich an, dass die Schäden zum größten Teil durch mangelhafte Kenntnis der Materialeigenschaften und mangelhafte Verarbeitung verursacht wurden. Dies war unter anderem Anlass für die Durchführung der vorliegenden Untersuchungen. Die Arbeiten über Hochleistungsbetone begannen mit der Auswahl von alternativen Rohstoffen (secondary raw materials, SRM) entsprechend den Ergebnissen des Literaturstudiums. Die Verwendung von Reisasche (Rice husk ash, RHA) in selbstverdichtenden Betonen (Self compacting concrete, SCC) ist eine neue Idee, die bislang nicht veröffentlicht wurde. Deshalb wurden vergleichende Untersuchungen mit Mikrosilika (Silica fume, SF), amorpher und kristalliner Reisasche (RHA bzw. RHAP) durchgeführt. In vielen Entwicklungsländern ist Mikrosilika guter Qualität auf absehbare Zeit kaum zu vernünftigen Preisen verfügbar, während Reisasche in reisanbauenden Ländern wie Pakistan hochverfügbar ist. Bei entsprechenden Ergebnissen soll mit dieser Studie die Verwendung von RHA alternativ zu SF in SCC empfohlen werden. Das Literaturstudium zeigte ferner, dass die Verwendung von Flugasche in Kombination mit anderen puzzolanischen Materialien wie Mikrosilika in Deutschland nicht üblich ist, während dies in Skandinavien erfolgreich getan wird. Deshalb ist ein weiterer Aspekt der vorliegenden Arbeit die Untersuchung der Rolle binärer und ternärer Binder in SCC. Als SRM wurden Kalksteinmehl, Flugasche, Mikrosilika sowie RHA (aus USA) und RHAP (aus Pakistan) ausgewählt. Die Studie beschäftigt sich mit Fließverhalten, Festigkeit, Mikrostruktur und Volumenstabilität (gemessen als frühes Schwinden) von SCC. Die durch binäre und ternäre Binder bewirkte Erhöhung der Gesamtfestigkeit soll möglichst einfach berechnet werden können. Die ist von großem Wert für Bauingenieure, da sie üblicherweise nur an der Gesamtfestigkeit des zementären Systems und nicht an den Festigkeitsanteilen chemischer oder physischer Komponenten interessiert sind. Es wird vorgeschlagen, das vergleichsweise inerte Material für andere puzzolanische Binder und deren Kombinationen als Ausgangspunkt zur einfachen Quantifizierung der Festigkeit zu nehmen. Es ist in der Praxis nicht üblich, die frühe Gesamtschwindung mit deren einzelnen Teilprozessen zu beschreiben. Deshalb wurde die Volumenstabilität als lineare Gesamtschwindung ermittelt. Die Arbeiten begannen mit selbstverdichtenden Pasten (High performance self compacting pastes, HP SCP), die zu selbstverdichtenden Mörteln (High performance self compacting mortars, HP SCM) und selbstverdichtenden Betonen (High performance self compacting concretes, HP SCC) weiterentwickelt wurden. Die Ergebnisse dieser Arbeiten können als anwendungsfreundlicher angesehen werden, als Ergebnisse von Arbeiten durchgeführt ausschließlich an SCC. Darüber hinaus wurden ausgehend von Laborergebnissen einige Versuche an einem Beton-Mischwerk und anschließend während des Einbringens in einen Versuchsstollen des Lehrbergwerks durchgeführt. Zur Abschätzung von Wasserbedarf, Fließverhalten und Festigkeit von HP SCC werden verschiedene einfache Methoden und Konzepte vorgeschlagen. Die Erfindung von Verflüssigern in Deutschland und Japan Anfang der 80er Jahre ermöglichte zusammen mit geeigneten Zuschlägen das Erreichen hoher Festigkeiten und Dauerhaftigkeiten. Es wird eine Methode zur indirekten Berechnung des Wasserbedarfs für jeden Zuschlag, der in geeigneten Mengen mit Zement gemischt wird. Weiterhin schlägt der Autor die Messung der T 25 cm Fließzeit für HP SCM/SCP-Systeme (das Verhältnis zwischen T 25 cm Ausbreitmaß und dem Kegelbodendurchmesser) in Analogie zur Ermittlung des 50cm-Ausbreitmaßes mittels Abrams-Kegel bei SCC vor. Dies wäre ein brauchbarer indirekter Indikator der rheologischen Eigenschaften von SCC-Systemen. Der Durchmesser des Abramskegels ist 20 cm und das besprochene Verhältnis ist 2,5. Ausgehend von den Ergebnissen lässt sich feststellen, dass sicher amorphe RHA als Ersatz für SF in SCC genommen werden kann. Dies gilt selbst bei RHA mittlerer puzzolanischer Aktivität, wie sie von Kraftwerken mit Reistrohfeuerung erhältlich ist. Die Verbesserung von Leistung und Dauerhaftigkeit konnte sowohl für binäre als auch für ternäre Binder in SCC-Systemen festgestellt werden. Für gute Dauerhaftigkeit wie auch aus ökonomischen Gründen wird vorgeschlagen, dass die Menge des zuzumischenden Wassers in etwa dem Wasserbedarf entspricht.