In den Untersuchungen zur Phasenbildung und -stabilität im System Na2SO4 - CaSO4 - H2O wurden die bisher existierenden Phasendiagramme für das wasserfreie System Na2SO4 - CaSO4 korrigiert. Metastabile Mischkristalle wurden bezüglich ihrer Existenzgebiete und Zusammensetzungen charakterisiert. Für den im wässrigen System stabil auftretenden Glauberit, Na2SO4 . CaSO4, wurde die Löslichkeitskonstante bis 250°C bestimmt und ist ab 100°C kleiner als bisher angenommen wurde. Zur Bestimmung der Löslichkeitskonstante wurde die Temperaturabhängigkeit der Freien Standardreaktionsenthalpie für die Zersetzung des Glauberits ermittelt. Dazu wurden die Cp-Funktionen für die an der Reaktion beteiligten Phasen Glauberit und Anhydrit, CaSO4, über Wärmekapazitätsmessungen bis 510°C bestimmt. Eine weitere Möglichkeit zur Bestimmung der Freien Standardreaktionsenthalpie durch die Ermittlung der thermodynamischen Aktivität von Na2SO4 in der Hochtemperaturmischkristallphase mit EMK-Messungen an Festkörperelektroden wurde aufgezeigt. Für das im System Na2SO4 - CaSO4 - H2O metastabile auftretende Natriumpentasalz, Na2SO4 . 5 CaSO4 . 3 H2O, wurde eine Einkristallstrukturanalyse durchgeführt und die strukturelle Verwandtschaft zum Calciumsulfat-Halbhydrtat, CaSO4 . 0,5 H2O, aufgeklärt, sowie die Bildungsbedingungen charakterisiert.

In den Untersuchungen zur Phasenbildung und -stabilität im System Na2SO4 - CaSO4 - H2O wurden die bisher existierenden Phasendiagramme für das wasserfreie System Na2SO4 - CaSO4 korrigiert. Metastabile Mischkristalle wurden bezüglich ihrer Existenzgebiete und Zusammensetzungen charakterisiert. Für den im wässrigen System stabil auftretenden Glauberit, Na2SO4 . CaSO4, wurde die Löslichkeitskonstante bis 250°C bestimmt und ist ab 100°C kleiner als bisher angenommen wurde. Zur Bestimmung der Löslichkeitskonstante wurde die Temperaturabhängigkeit der Freien Standardreaktionsenthalpie für die Zersetzung des Glauberits ermittelt. Dazu wurden die Cp-Funktionen für die an der Reaktion beteiligten Phasen Glauberit und Anhydrit, CaSO4, über Wärmekapazitätsmessungen bis 510°C bestimmt. Eine weitere Möglichkeit zur Bestimmung der Freien Standardreaktionsenthalpie durch die Ermittlung der thermodynamischen Aktivität von Na2SO4 in der Hochtemperaturmischkristallphase mit EMK-Messungen an Festkörperelektroden wurde aufgezeigt. Für das im System Na2SO4 - CaSO4 - H2O metastabile auftretende Natriumpentasalz, Na2SO4 . 5 CaSO4 . 3 H2O, wurde eine Einkristallstrukturanalyse durchgeführt und die strukturelle Verwandtschaft zum Calciumsulfat-Halbhydrtat, CaSO4 . 0,5 H2O, aufgeklärt, sowie die Bildungsbedingungen charakterisiert.

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Im Mittelpunkt dieser Arbeit standen die Darstellung und Charakterisierung ternärer Bismutsubchloride unter Einbau von Übergangsmetallen der 8., 9. und 10. Gruppe. Durch Vorlage eines hohen Chloranteils in der Synthese wurde die "chemische Schere" der Oxidation so stark wirksam, dass in den Verbindungen die gewünschten voneinander isolierten Cluster aus Metallatomen vorlagen. Die Verbindungen Bi12PtCl12, Bi12-xRhCl13-x, Bi12-xIrCl13-x (x < 1) und Bi6,67PtCl12 wurden als Pulver und als Kristalle durch Festkörperreaktionen bei 1273 K in Quarzglasampullen hergestellt. Die schwarz glänzenden, würfelförmigen Kristalle sind luftstabil, in verdünnten Mineralsäuren und in organischen Lösungsmitteln beständig. Die Zusammensetzungen wurden mit EDX-Analysen und Röntgenbeugung am Einkristall bestimmt. Zur weiteren Charakterisierung wurden quantenchemische Rechnungen, ramanspektroskopische Untersuchungen, Messungen der magnetischen Suszeptibilität und der elektrischen Leitfähigkeit durchgeführt. Kristalle der Verbindung Bi12PtCl12 täuschen ein rhomboedrisches Kristallsystem vor, die Struktur konnte in der Raumgruppe P 1 als nahezu perfekter Inversionszwilling eines Achsendrillings gelöst werden. Auf den Eckplätzen der pseudorhomboedrischen Elementarzelle befinden sich [PtBi6Cl12]2- -Cluster und in der Mitte ein (Bi6)2+ -Polykation. Dieses (Bi6)2+ -Polykation in Form eines geöffneten Oktaeders bestätigt experimentell Vorhersagen von Kuznetsov et al. Nach den Regeln von Wade ist das Polykation mit 2 x 6 + 4 = 16 Gerüstelektronen als nido-Cluster zu verstehen. Die Schwerpunkte der Anionen und Kationen fügen sich zu einer dem CsCl-Typ analogen Anordnung zusammen. Mit einer vollständigen Besetzung aller Bismutlagen in der Mitte der Elementarzelle kann Bi12PtCl12 eine Schlüsselrolle zugeordnet werden, die sozusagen den Prototyp für diesen Strukturtyp darstellt. Die weiteren Verbindungen stellen unterbesetzte Varianten dar und können von Bi12PtCl12 abgeleitet werden. Im Verlauf der Untersuchungen zu den ternären Subchloriden in den Systemen wurden wenige Kristalle der binären Verbindung Bi7Cl10 erhalten. Die Tatsache, dass es sich um eine neue binäre Phase im recht stark untersuchten Gebiet Bismut-Chlor handelte führte zu einer neuerlichen, systematischen Überprüfung des Systems Bi/Cl. Mittels thermischer Analysen wurde das Zustandsdiagramm Bi/BiCl3 präzisiert. Bi7Cl10 zersetzt sich bereits bei 190 °C peritektoid in Bi6Cl7 und BiCl3 Bi7Cl10(s) = Bi6Cl7(s) + BiCl3(g). Das Zustandsbarogramm des binären Systems wurde über Gesamtdruckmessungen im Membran-Nullmanometer erstmalig bestimmt. Aus den Druckfunktionen der Bismutchloride sowie aus Messungen der Molwärme von Bi6Cl7 wurden die thermodynamischen Standarddaten abgeleitet. Unter Verwendung dieser Daten wurden thermodynamische Modellierungen der Festkörper-Gasphasen-Gleichgewichte durchgeführt, mit deren Hilfe die Synthese von Bi7Cl10 optimiert werden konnte. Die phasenreine Gasphasenabscheidung von Bi7Cl10 ist aufgrund der Kondensation der dominierenden Gasphasenspezies BiCl und BiCl3 im Existenzbereich der Verbindung oberhalb des Zersetzungspunktes (190 °C) nicht möglich. Im Existenzgebiet von Bi7Cl10 kommt der Transport dann wegen der resultierenden Partialdrücke unmittelbar zum Erliegen. Aus Röntgenbeugungsuntersuchungen an Einkristallen geht hervor, dass Bi7Cl10 bei Raumtemperatur in der tetragonalen Raumgruppe I 41/a c d mit a = 28,235(3) und c = 39,950(4) Å kristallisiert (Z = 64). Analog zu Bi6Cl7 = ((Bi9)5+)[(Bi3Cl14)5-] kann Bi7Cl10 unter Verdopplung der Summenformel als ((Bi9)5+)[(Bi5Cl20)5-] formuliert werden. In der Kristallstruktur sind Polykationen (Bi9)5+, welche die Gestalt zweifach überkappter trigonaler Prismen haben, in ein Chlorobismutat(III)-Raumnetzwerk [(Bi5Cl20)5-] eingebettet. Die Polykationen und das Anionennetzwerk sind deutlich voneinander separiert.

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Im Mittelpunkt dieser Arbeit standen die Darstellung und Charakterisierung ternärer Bismutsubchloride unter Einbau von Übergangsmetallen der 8., 9. und 10. Gruppe. Durch Vorlage eines hohen Chloranteils in der Synthese wurde die "chemische Schere" der Oxidation so stark wirksam, dass in den Verbindungen die gewünschten voneinander isolierten Cluster aus Metallatomen vorlagen. Die Verbindungen Bi12PtCl12, Bi12-xRhCl13-x, Bi12-xIrCl13-x (x < 1) und Bi6,67PtCl12 wurden als Pulver und als Kristalle durch Festkörperreaktionen bei 1273 K in Quarzglasampullen hergestellt. Die schwarz glänzenden, würfelförmigen Kristalle sind luftstabil, in verdünnten Mineralsäuren und in organischen Lösungsmitteln beständig. Die Zusammensetzungen wurden mit EDX-Analysen und Röntgenbeugung am Einkristall bestimmt. Zur weiteren Charakterisierung wurden quantenchemische Rechnungen, ramanspektroskopische Untersuchungen, Messungen der magnetischen Suszeptibilität und der elektrischen Leitfähigkeit durchgeführt. Kristalle der Verbindung Bi12PtCl12 täuschen ein rhomboedrisches Kristallsystem vor, die Struktur konnte in der Raumgruppe P 1 als nahezu perfekter Inversionszwilling eines Achsendrillings gelöst werden. Auf den Eckplätzen der pseudorhomboedrischen Elementarzelle befinden sich [PtBi6Cl12]2- -Cluster und in der Mitte ein (Bi6)2+ -Polykation. Dieses (Bi6)2+ -Polykation in Form eines geöffneten Oktaeders bestätigt experimentell Vorhersagen von Kuznetsov et al. Nach den Regeln von Wade ist das Polykation mit 2 x 6 + 4 = 16 Gerüstelektronen als nido-Cluster zu verstehen. Die Schwerpunkte der Anionen und Kationen fügen sich zu einer dem CsCl-Typ analogen Anordnung zusammen. Mit einer vollständigen Besetzung aller Bismutlagen in der Mitte der Elementarzelle kann Bi12PtCl12 eine Schlüsselrolle zugeordnet werden, die sozusagen den Prototyp für diesen Strukturtyp darstellt. Die weiteren Verbindungen stellen unterbesetzte Varianten dar und können von Bi12PtCl12 abgeleitet werden. Im Verlauf der Untersuchungen zu den ternären Subchloriden in den Systemen wurden wenige Kristalle der binären Verbindung Bi7Cl10 erhalten. Die Tatsache, dass es sich um eine neue binäre Phase im recht stark untersuchten Gebiet Bismut-Chlor handelte führte zu einer neuerlichen, systematischen Überprüfung des Systems Bi/Cl. Mittels thermischer Analysen wurde das Zustandsdiagramm Bi/BiCl3 präzisiert. Bi7Cl10 zersetzt sich bereits bei 190 °C peritektoid in Bi6Cl7 und BiCl3 Bi7Cl10(s) = Bi6Cl7(s) + BiCl3(g). Das Zustandsbarogramm des binären Systems wurde über Gesamtdruckmessungen im Membran-Nullmanometer erstmalig bestimmt. Aus den Druckfunktionen der Bismutchloride sowie aus Messungen der Molwärme von Bi6Cl7 wurden die thermodynamischen Standarddaten abgeleitet. Unter Verwendung dieser Daten wurden thermodynamische Modellierungen der Festkörper-Gasphasen-Gleichgewichte durchgeführt, mit deren Hilfe die Synthese von Bi7Cl10 optimiert werden konnte. Die phasenreine Gasphasenabscheidung von Bi7Cl10 ist aufgrund der Kondensation der dominierenden Gasphasenspezies BiCl und BiCl3 im Existenzbereich der Verbindung oberhalb des Zersetzungspunktes (190 °C) nicht möglich. Im Existenzgebiet von Bi7Cl10 kommt der Transport dann wegen der resultierenden Partialdrücke unmittelbar zum Erliegen. Aus Röntgenbeugungsuntersuchungen an Einkristallen geht hervor, dass Bi7Cl10 bei Raumtemperatur in der tetragonalen Raumgruppe I 41/a c d mit a = 28,235(3) und c = 39,950(4) Å kristallisiert (Z = 64). Analog zu Bi6Cl7 = ((Bi9)5+)[(Bi3Cl14)5-] kann Bi7Cl10 unter Verdopplung der Summenformel als ((Bi9)5+)[(Bi5Cl20)5-] formuliert werden. In der Kristallstruktur sind Polykationen (Bi9)5+, welche die Gestalt zweifach überkappter trigonaler Prismen haben, in ein Chlorobismutat(III)-Raumnetzwerk [(Bi5Cl20)5-] eingebettet. Die Polykationen und das Anionennetzwerk sind deutlich voneinander separiert.

Das Phasendiagramm Sn - Mo - O wurde für 500°C und 1000°C experimentell abgeleitet. Als ternäre Phasen konnten SnMo2O8 und Sn1-xMo4-yO6-2y dargestellt werden. Die Phasen SnMo5O8 und Sn4,4Mo24O38 konnten unterhalb von 1000°C nicht dargestellt werden. Die Phase SnMo2O8 wurde über Festkörper - Gasphasenreaktion einkristallin dargestellt und auf ihr thermisches Verhalten untersucht. Anhand dieser Untersuchungen konnte das Phasendiagramm SnO2 - MoO3 abgeleitet werden. An dieser Phase wurden Einkristall-untersuchungen durchgeführt. Die Struktur der Phase SnMo2O8 wurde in der Raumgruppe Pa (a = 8,967 Å) gelöst. Die Zinnatome besetzen die Flächen - und Kantenmitten der Elementarzelle. Die Lage der Molybdän - und Sauerstoffpositionen kann über ein Fehlordnungsmodell beschrieben werden. Die Phase Sn1-xMo4-yO6-2y konnte über chemischen Transport mit Wasser einkristallin hergestellt werden. Einkristalluntersuchungen bestätigten eine Überstruktur zur NaMo4O6 - Struktur. Die Phase weist mit hoher Wahrscheinlichkeit eine Unterstöchiometrie im Zinngehalt, sowie im Molybdän - bzw. Sauerstoffgehalt auf. Diese Tatsache konnte durch Mößbaueruntersuchungen am Pulver von Sn1-xMo4-yO6-2y bestätigt werden. Eine Lösung der Struktur von Sn1-xMo4-yO6-2y war bisher nicht möglich. Die thermodynamischen Daten der Phasen SnMo2O8 und SnMo4O6 (vereinfacht für Sn1-xMo4-yO6-2y) konnten theoretisch abgeleitet werden. Das Zustandsdiagramm Sn - Mo - O wurde berechnet. Die Überprüfung der Daten erfolgte durch die Berechnung der Bodenkörper - Gasphasengleichgewichte mit dem Programm TRAGMIN. Mit den abgeleiteten Daten wurden Berechnungen zum chemischen Transportverhalten durchgeführt. Dabei wurde gefunden, dass sich die Phase Sn1-xMo4-yO6-2y über chemischen Transport abscheiden lässt. Das Phasendiagramm Pb - Mo - O wurde bis 1000°C experimentell abgeleitet. Die Phasen PbMoO4 und Pb2MoO5 konnten als einphasige Pulver hergestellt werden. Die Phase Pb0,75Mo4O6 konnte über chemischen Transport einkristallin abgeschieden werden. Beim Erhitzen auf 1250°C wurde die Zersetzung dieser Phase in die Phase PbMo5O8 und Mo beobachtet. Die thermodynamischen Daten der Phasen PbMoO4, Pb2MoO5, Pb5MoO8 und Pb0,75Mo4O6 konnten theoretisch abgeleitet werden. Das Zustandsdiagramm Pb - Mo - O wurde berechnet. Im Verlauf der Rechnungen wurde das Zustandsdiagramm PbO - MoO3 mit dem Programm CHEMSAGE berechnet und mit den Literaturdaten verglichen. Die Überprüfung der Daten erfolgte durch die Berechnung der Bodenkörper - Gasphasengleichgewichte mit dem Programm TRAGMIN. Mit den abgeleiteten Daten wurden Berechnungen zum chemischen Transportverhalten durchgeführt. Dabei wurde gefunden, dass sich die Phase Pb0,75Mo4O6 über chemischen Transport abscheiden lässt. Das Phasendiagramm Sb - Mo - O wurde bei 500°C bzw. 700°C experimentell abgeleitet. Im System existieren die Phasen Sb2MoO6 und Sb2Mo10O31. Sb2Mo10O31 konnte einphasig als Pulver hergestellt werden. Die Existenz einer Phase mit der Zusammensetzung Sb4Mo10O31 konnte nicht bestätigt werden. Es wurden Hinweise auf eine dritte ternäre Phase im System Sb - Mo - O gefunden. Die Phasen Sb2MoO6 und Sb2Mo10O31 konnten über chemischen Transport einkristallin dargestellt werden. Mößbaueruntersuchungen an Sb2Mo10O31 ergaben, dass in der Verbindung ausschliesslich dreiwertiges Sb vorliegt und somit Mo gemischtvalent sein muss. Die thermodynamischen Daten der Phasen Sb2MoO6 und Sb2Mo10O31 konnten theoretisch abgeleitet werden. Das Zustandsdiagramm Sb - Mo - O wurde berechnet. Die Überprüfung der Daten erfolgte durch die Berechnung der Bodenkörper - Gasphasengleichgewichte mit dem Programm TRAGMIN. Mit den abgeleiteten Daten wurden Berechnungen zum chemischen Transportverhalten durchgeführt. Dabei wurde gefunden, dass sich beide ternäre Phasen über chemischen Transport abscheiden lassen.

Das Phasendiagramm Sn - Mo - O wurde für 500°C und 1000°C experimentell abgeleitet. Als ternäre Phasen konnten SnMo2O8 und Sn1-xMo4-yO6-2y dargestellt werden. Die Phasen SnMo5O8 und Sn4,4Mo24O38 konnten unterhalb von 1000°C nicht dargestellt werden. Die Phase SnMo2O8 wurde über Festkörper - Gasphasenreaktion einkristallin dargestellt und auf ihr thermisches Verhalten untersucht. Anhand dieser Untersuchungen konnte das Phasendiagramm SnO2 - MoO3 abgeleitet werden. An dieser Phase wurden Einkristall-untersuchungen durchgeführt. Die Struktur der Phase SnMo2O8 wurde in der Raumgruppe Pa (a = 8,967 Å) gelöst. Die Zinnatome besetzen die Flächen - und Kantenmitten der Elementarzelle. Die Lage der Molybdän - und Sauerstoffpositionen kann über ein Fehlordnungsmodell beschrieben werden. Die Phase Sn1-xMo4-yO6-2y konnte über chemischen Transport mit Wasser einkristallin hergestellt werden. Einkristalluntersuchungen bestätigten eine Überstruktur zur NaMo4O6 - Struktur. Die Phase weist mit hoher Wahrscheinlichkeit eine Unterstöchiometrie im Zinngehalt, sowie im Molybdän - bzw. Sauerstoffgehalt auf. Diese Tatsache konnte durch Mößbaueruntersuchungen am Pulver von Sn1-xMo4-yO6-2y bestätigt werden. Eine Lösung der Struktur von Sn1-xMo4-yO6-2y war bisher nicht möglich. Die thermodynamischen Daten der Phasen SnMo2O8 und SnMo4O6 (vereinfacht für Sn1-xMo4-yO6-2y) konnten theoretisch abgeleitet werden. Das Zustandsdiagramm Sn - Mo - O wurde berechnet. Die Überprüfung der Daten erfolgte durch die Berechnung der Bodenkörper - Gasphasengleichgewichte mit dem Programm TRAGMIN. Mit den abgeleiteten Daten wurden Berechnungen zum chemischen Transportverhalten durchgeführt. Dabei wurde gefunden, dass sich die Phase Sn1-xMo4-yO6-2y über chemischen Transport abscheiden lässt. Das Phasendiagramm Pb - Mo - O wurde bis 1000°C experimentell abgeleitet. Die Phasen PbMoO4 und Pb2MoO5 konnten als einphasige Pulver hergestellt werden. Die Phase Pb0,75Mo4O6 konnte über chemischen Transport einkristallin abgeschieden werden. Beim Erhitzen auf 1250°C wurde die Zersetzung dieser Phase in die Phase PbMo5O8 und Mo beobachtet. Die thermodynamischen Daten der Phasen PbMoO4, Pb2MoO5, Pb5MoO8 und Pb0,75Mo4O6 konnten theoretisch abgeleitet werden. Das Zustandsdiagramm Pb - Mo - O wurde berechnet. Im Verlauf der Rechnungen wurde das Zustandsdiagramm PbO - MoO3 mit dem Programm CHEMSAGE berechnet und mit den Literaturdaten verglichen. Die Überprüfung der Daten erfolgte durch die Berechnung der Bodenkörper - Gasphasengleichgewichte mit dem Programm TRAGMIN. Mit den abgeleiteten Daten wurden Berechnungen zum chemischen Transportverhalten durchgeführt. Dabei wurde gefunden, dass sich die Phase Pb0,75Mo4O6 über chemischen Transport abscheiden lässt. Das Phasendiagramm Sb - Mo - O wurde bei 500°C bzw. 700°C experimentell abgeleitet. Im System existieren die Phasen Sb2MoO6 und Sb2Mo10O31. Sb2Mo10O31 konnte einphasig als Pulver hergestellt werden. Die Existenz einer Phase mit der Zusammensetzung Sb4Mo10O31 konnte nicht bestätigt werden. Es wurden Hinweise auf eine dritte ternäre Phase im System Sb - Mo - O gefunden. Die Phasen Sb2MoO6 und Sb2Mo10O31 konnten über chemischen Transport einkristallin dargestellt werden. Mößbaueruntersuchungen an Sb2Mo10O31 ergaben, dass in der Verbindung ausschliesslich dreiwertiges Sb vorliegt und somit Mo gemischtvalent sein muss. Die thermodynamischen Daten der Phasen Sb2MoO6 und Sb2Mo10O31 konnten theoretisch abgeleitet werden. Das Zustandsdiagramm Sb - Mo - O wurde berechnet. Die Überprüfung der Daten erfolgte durch die Berechnung der Bodenkörper - Gasphasengleichgewichte mit dem Programm TRAGMIN. Mit den abgeleiteten Daten wurden Berechnungen zum chemischen Transportverhalten durchgeführt. Dabei wurde gefunden, dass sich beide ternäre Phasen über chemischen Transport abscheiden lassen.

This study aims to provide a comprehensive understanding of the characterization and structuring of ternary binders composed of Portland Cement (PC), Calcium Aluminate Cement (CAC), and Calcium Sulfate (CŜ). Ternary binders exhibit unique characteristics that make them suitable for various advanced technological applications. The combination of these three components enhances early setting and strength development, and reduces shrinkage, while also contributing to lower CO₂ emissions compared to plain Portland cement. The hydration mechanisms of ternary binders (PC–CAC–CŜ) involve complex chemical interactions. PC primarily contributes to long–term strength and durability, CAC accelerates early strength development, and CŜ regulates setting time and moderates shrinkage. These combined effects lead to a synergistic improvement in the performance of the ternary binders. With the addition of Supplementary Cementitious Materials (SCM), these binders exhibit notable changes in fresh and hardened properties, and, most importantly, achieve a lower carbon footprint. The methodology chosen for this investigation involves Design of Experiments (DOE) and Principal Component Analysis (PCA), aiming to statistically understand and refine the properties of ternary binders. The research is conducted over multiple stages, each using varied DOE methods to investigate the effects of several parameters, including binder composition, SCM, cement replacement ratio, specific types of CAC and CŜ, and the addition of chemical admixtures. Each of these factors is analyzed for its impact on specific properties such as workability, setting time, hydration kinetics, dimensional stability, compressive strength, and phase assemblage. A particularly advanced aspect of this research is the investigation of chemical admixtures and their interaction with ternary binders. Furthermore, the study incorporates a rigorous analysis using the orthogonal Taguchi design, comparing it with findings from the comprehensive previous investigation. The main goal is to determine whether the Taguchi design can optimize the process, potentially indicating significant reductions in experimental runs, labor hours, and overall costs. This thesis offers significant insights into optimizing ternary binders for enhanced performance and sustainability. By understanding the relationship between rheological parameters and physicochemical microstructure development, the research contributes to the advancement of construction materials with improved early strength, reduced shrinkage, and lower environmental impact. The findings have important implications for the development of high–performance, sustainable construction materials suitable for a wide range of applications.:Acknowledgements i Abstract ii Glossary vi 1 Introduction 1 1.1 Background 1 1.2 Research motivation and objectives 2 1.3 Thesis outline 3 2 Literature review 5 2.1 Portland Cement 5 2.1.1 Hydration of Portland Cement 6 2.2 Calcium Aluminate Cement 9 2.2.1 Hydration of Calcium Aluminate Cement 10 2.3 Calcium Sulphate 11 2.4 Ternary binders 14 2.4.1 Hydration and technological properties 14 2.5 Supplementary cementitious materials 20 2.6 Chemical admixtures 22 2.6.1 Superplasticizers 23 2.6.2 Viscosity Modifying Agents (Stabilizers) 24 2.6.3 Accelerators 24 2.6.4 Retarders 25 2.7 Statistical models 26 2.7.1 Design of Experiments (DOE) 26 2.7.1.1 Factorial design 27 2.7.1.2 Fractional factorial design 28 2.7.1.3 Response surface method 28 2.7.1.4 Mixture design 29 2.7.1.5 Taguchi method 30 2.7.2 Principal Component Analysis (PCA) 31 3 Analytical methods 32 3.1 Flow test 32 3.2 Setting time 32 3.3 Isothermal calorimetry 32 3.4 Length change 33 3.5 Compressive strength tests 34 3.6 X–Ray diffraction 34 4 Materials 36 4.1 Characterization of the raw materials 36 4.2 Selection of the mix design and the sample preparation 37 4.3 Schematic design 38 5 Step I: Influence of binder content in ternary binders 40 5.1 Mixture design 40 5.1.1 Workability and Compressive strength 41 5.2 Summary 44 6 Step II: Influence of composition, supplementary cementitious materials and cement replacement ratio in ternary binders 45 6.1 Factorial design 45 6.1.1 Workability 46 6.1.2 Initial setting time 48 6.1.3 Compressive strength 50 6.2 Principal Component Analysis 52 6.2.1 X–Ray powder diffraction 52 6.3 Summary 55 7 Step III: Influence of composition, Calcium Aluminate Cement and sulphate source variation in ternary binders 57 7.1 Factorial design 57 7.1.1 Workability 58 7.1.2 Initial setting time 59 7.1.3 Compressive strength 61 7.2 Principal Component Analysis 64 7.2.1 X–Ray powder diffraction 64 7.3 Summary 66 8 Step IV: Influence of chemical admixtures in ternary binders 67 8.1 Response Surface Method (RSM) 67 8.1.1 Workability 69 8.1.2 Initial setting time 70 8.1.3 Compressive strength 72 8.1.4 Hydration kinetic 77 8.1.5 Early age shrinkage 81 8.1.6 X–Ray diffraction analysis 83 8.2 Summary 89 9 Step V: Influence of composition, water content, chemical admixtures, Calcium Aluminate Cement and sulphate source in ternary binders 91 9.1 Taguchi orthogonal array 91 9.1.1 Workability 92 9.1.2 Setting time 93 9.1.3 Compressive strength 94 9.1.4 Hydration kinetic 98 9.1.5 Early age shrinkage 101 9.1.6 X – Ray diffraction analysis 104 9.1.6.1 In–Situ 106 9.2 Summary 111 10 Conclusions and perspectives 113 10.1 Conclusions 113 10.2 Perspectives 117 References 119 Appendix A 130 Appendix B 135