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.

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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.

The concept of a self-incompatible solvent is introduced as a molecule composed of two parts (compound 1 and 2) with unfavourable interactions. A third compound will be readily dissolved in this solvent to diminish this unfavourable interaction by dilution. The more incompatible compounds 1 and 2 are, the stronger this behaviour is expected to be. In this work, ionic liquids comprising non-polar carbon chain and polar ionic group are chosen to serve as a model of self-incompatible solvent. The interactions parameters k of the ionic liquids with active ingredients are investigated to examine the effect of self-incompatibility of the ionic liquid molecule. On the other hand, phase separation between compounds 1 and 2 will reduce the positive effect of self-incompatibility. The tendency of phase separation is increasing with increasing size of the two compounds. Thus, if compounds 1 and 2 are blocks tied together into a block copolymer, one expects a decreasing ability of the block copolymer to dissolve an active ingredient with increasing block length. In this work the ability of polybutadiene-block-poly(2-vinylpyridine) (PB-b-P2VP) block copolymers to dissolve the model compound anthracene is investigated. As expected, the solubility indeed decreases with increasing block length.

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

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