Robert J. Flatt: Katalogdaten im Frühjahrssemester 2021

NameHerr Prof. Dr. Robert J. Flatt
LehrgebietBaustoffe im Bauwesen
Adresse
Institut für Baustoffe (IfB)
ETH Zürich, HIF E 91.1
Laura-Hezner-Weg 7
8093 Zürich
SWITZERLAND
Telefon+41 44 633 28 90
E-Mailflattr@ethz.ch
DepartementBau, Umwelt und Geomatik
BeziehungOrdentlicher Professor

NummerTitelECTSUmfangDozierende
101-0603-01LChemie für Bauingenieure3 KP3GR. J. Flatt
KurzbeschreibungDie für einen Bauingenieur wichtigsten Grundlagen der Chemie (s. Inhalt) werden im Hinblick auf Anwendungen im Bauwesen vermittelt. Dazu gehören das Verständnis der Eigenschaften von Baustoffen, der natürlichen Umgebung (Atmosphäre und Lösungen) sowie der chemischen Reaktionen von Baustoffen mit der Umgebung (Korrosion der Metalle und Dauerhaftigkeit).
LernzielVerständnis der Grundprinzipien der Chemie mit Betonung der für das Bauwesen spezifischen Anwendungsbereichen.
InhaltAtome und Moleküle: Aufbau der Atome, Protonen, Neutronen, Elektronen, Molmasse, das Periodensystem, Isotope, Radioaktivität, Halbwertszeiten, Beispiel Radon, Bindungstypen (kovalent, ionisch und metallisch), Lewis Formeln, Elektronegativität

Gase: Druck und Temperatur, Gasgesetze, Ideales Gasgesetz, Partialdruck, die Atmosphäre, Ozongleichgewicht

Zwischenmolekulare Kräfte (London Dispersions, Dipol, H-Brücken), Siedepunkte, Viskosität, Spezialfall Wasser. Metallische Bindung, Metalle, Gitterstrukuren, Ingenieurkenngrössen (E-Modul, thermische Ausdehnung)

Physikalische Gleichgewichte (Verdampfen/Kondensieren), Dampfdruck, Gleichgewichtszustand, Phasendiagramme,

Elektrolyte, Hydratation, Löslichkeit von Gasen und Salzen, Gitterenthalpie, Löslichkeitsprodukte, Kalk/CO2 Gleichgewichte

Das chemische Gleichgewicht, Reaktionsgleichungen, Massenwirkungsgesetz, Gleichgewichtskonstanten, Einfluss von Konzentration und Temperatur, thermodynamischer Ursprung des Gleichgwichts (Freie Enthalpie G als Kriterium für spontane Reaktionen, G und Gleichgewichtskonstante K)

Säuren und Basen, konjugierte Säure Base Paare, Hydrolyse, starke und schwache Säuren, pH Wert, Alkalinität des Betons, Pufferlösung, Pufferkapazität, Indikatoren, Löslichkeit und pH, Autoprotolyse

Kohlenwasserstoffe, Hybridisierung C-Atome, C-C Bindung, Einteilung der Kohlenwasserstoffe, Funktionelle Gruppen. Polymere, Polymerisation, Polykondensation, Makromoleküle, Einfluss auf Bindungskräfte zwischen Makromolekülen, wichtige Thermoplaste im Bauwesen

Chemische Kinetik, Gleichgewicht, Aktivierungdsenergie, Reaktionsgeschwindigkeit, Geschwindigkeitsgesetze, Reaktionsmechanismen, Einfluss der Temperatur

Redox Prozesse, Oxidationszahl, Halbreaktion, galvanische Zellen, Standardpotenziale, Spannungsreihe, Verknüpfung mit Thermodynamik, Nernst Gleichung

Galvanische Zellen, Konzentrationszellen, Ionensensitive Elektroden, Daniell Element, Batterien, Elektrolyse, Aluminiumgewinnung.

Korrosion als Systemeigenschaft Werkstoff/Umwelt, Korrosionsformen, elektrochemischer Mechanismus der Korrosion, anodische und kathodische Teilreaktionen, Potential-pH Diagramme
SkriptDer Kurs wird als TORQUE (Tiny, Open-with-Restrictions courses focused on QUa-lity and Effectiveness) angeboten. Die Studierenden sollen dabei jede Woche zur Vorbereitung des Kurses einige Videoeinheiten anschauen. Diese Videoeinheiten sowie zusätzlich auch Folien und Texteinheiten dazu sind auf Moodle abrufbar.
LiteraturPeter W. Atkins, Loretta Jones
Chemie - einfach alles
WILEY-VCH, zweite Auflage(2006)
101-0604-02LWerkstoffe5 KP4GR. J. Flatt, U. Angst, I. Burgert, F. Wittel
KurzbeschreibungDiese Vorlesung vermittelt grundlegende Kenntnisse über Baustoffe wie Zement, Beton, Metalle, Glas, Holz, Kunststoffe und Bitumen, ihre Herstellung, wichtigste Eigenschaften und ihr Einsatzspektrum. Es werden grundlegende mechanische, thermische und optische Eigenschaften besprochen und Möglichkeiten zur experimentellen Bestimmung von Kennwerten, sowie zur numerischen Voraussage aufgezeigt.
LernzielStudierenden werden mit dem Spektrum der im Bauwesen eingesetzten Werkstoffen und ihren charakteristischen Eigenschaften vertraut gemacht. Neben den mechanischen Eigenschaften werden die Dauerhaftigkeit bestimmenden Faktoren ausführlich behandelt. Im Detail werden in Struktur und Eigenschaften von mineralischen Bindemitteln, Zement, Beton, (Bitumen und Asphalt), Holz, Metalle, Glas und Kunststoffe präsentiert. Die Studierenden erlernen grundlegendes Verhalten von Werkstoffen, Möglichkeiten der experimentellen Bestimmung charakteristischer Kennwerte, sowie deren numerischen Voraussage und Optimierung im Materialentwurf.
Inhalt-Grundlegendes Verhalten von Baustoffen: Mechanisch, Thermisch, Optisch; Festigkeit und Versagen; Werkstoffprüfung und Parameterbestimmung; Grenzschichten und Mikrostrukturen (poröse Materialien).
-Zement: Herstellung und Hydration.
-Beton: Mechanik und Rheologie; Dauerhaftigkeit (Sulfatangriff und ASR); Frieren, Schrumpfen, Karbonatisierung.
-Metalle: Einführung und physikalischen Eigenschaften; Legierungen und Eisenlegierungen; Verarbeitung und Anwendung im Bauwesen
-Korrosion: Atmosphärische Korrosion; Dauerhaftigkeit von Stahlbeton.
-Holz: Struktur und Chemismus; Mechanische Eigenschaften; Holzschutz und Holzwerkstoffe.
-Glas: Grundlagen, Eigenschaften und Herstellung; Glasverarbeitung und -anwendungen im Bauwesen.
-Kunststoffe: Grundlagen, Eigenschaften und Herstellung; Verarbeitung und Anwendung im Bauwesen.
-Asphalt und Bitumen.
-Materialmodellierung: Grundlagen der Materialmodellierung; Mikromechanik; Fallstudien an Baustoffen.
SkriptUnterlagen werden auf der Kursseite von Moodle bereitgestellt.
LiteraturAshby/Jones: Engineering Materials I and II
Ashby: Materials Selection in Mechanical Design
101-0658-00LConcrete Material Science4 KP2GR. J. Flatt, T. Wangler
KurzbeschreibungConcrete Material Science untersucht wie die Eigenschaften von Beton beeinflusst werden durch seine Mikrostruktur und wie diese Mikrostruktur durch Verarbeitung und Zusammensetzung bestimmt ist. In diesem Kurs werden verschiedene Techniken vorgestellt, die sowohl in der Forschung wie in der praktischen Konstruktion verwendet werden um den Beton und seine Bestandteile zu charakterisieren.
LernzielIn diesem Kurs werden sie ein tieferes Verständnis gewinnen über die gebräuchlichen Techniken zur Charakterisierung der technischen, mikrostrukturellen, physikalischen und chemischen Eigenschaften von Beton. Sie werden lernen wie dieses Wissen in wissenschaftlicher und industrieller Umgebung benutzt werden kann. In der Praxis werden diese Methoden verwendet um zum Beispiel neue Materialien zu evaluieren, Ursachen für Probleme zu diagnostizieren, Verantwortlichkeiten zu bestimmen, Rückforderungen oder Qualitätsversicherungen zu bearbeiten, wie auch experimentelle Programme in Forschung und Entwicklung zu entwerfen. Während des Kurses werden Sie auch lernen wie Beton konstruiert werden kann, so dass er die Umwelt weniger belastet und eine verlängerte Lebenszeit hat.
InhaltProgramm:
1. Einführung in die Betonmaterialwissenschaft
2. Thermodynamisches Modellieren der Zementhydratation und dessen industrielle Relevanz. Dr. Thomas Matschei (Holcim Group Support)
3. Charakterisierungsmethoden I
4. Charakterisierungsmethoden II
5. Charakterisierungsmethoden III: Solid State NMR. Prof. Jean-Baptiste d'Espinose (ESPCI)
6. Frischbetoneigenschaften - Rheologie
7. Chemische Zusatzmittel
8. Transport in porösen Baustoffe
9. Dauerhaftigkeit I
10. Alternative Bindemittel
11. Dauerhaftigkeit II - Alkali-Silika Reaktion. Dr. Andreas Lehmann (EMPA)
12. Praktische Übungen I
13. Praktische Übungen II
14. Praktische Übungen III
SkriptStudentinnen/Studenten erhalten die gesamte obligatorische Literatur ausgedruckt.
LiteraturStudentinnen/Studenten erhalten die gesamte obligatorische Literatur ausgedruckt.
Voraussetzungen / BesonderesStudenten mit Bachelor-Abschluss
Weitere Abschlüsse: Dipl. Ing. ETH oder FH