Reduzierung der CO2-Emissionen durch Herstellung hochreaktiver Belitzemente
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Das Ziel des von der DFG geförderten Projektes war es, hochreaktive Belitphasen zu entwickeln und zu untersuchen. Die Leistungsfähigkeit der entsprechenden Belitphasen sollte im Beton überprüft werden. In einer ersten Phase wurden hochreaktive Belitphasen in einem zweistufigen Prozess (Autoklavbehandlung bei 200 °C, Brennen bei ca. 450 °C) hergestellt und umfangreich charakterisiert. Die entsprechenden Phasen x-C2S und amorphes C2S sind äußerst reaktiv und zeigen nach wenigen Tagen Umsatzgrade von 90 %. Nachfolgend wurde untersucht, ob sich diese Belitphasen auch im üblichen Hochtemperaturprozess herstellen lassen. Die thermodynamischen Betrachtungen und die umfangreichen Syntheseversuche ergaben, dass eine Herstellung dieser Phasen im Hochtemperaturbereich nicht möglich ist. In der nächsten Phase des Projektes wurde untersucht, wie die reaktionsträgen Belitphasen aus dem in der Zementindustrie üblichen Hochtemperaturprozess in reaktionsfreudige Phasen transformiert werden können. Dabei wurden erfolgreiche Untersuchungen in den Bereichen Fremdioneneinbau (Lithium, Schwefel), Schnellkühlung und Reaktionsmahlung durchgeführt. Der hergestellte Belit zeigte in allen drei Fällen eine sehr hohe Reaktionsgeschwindigkeit. Maßgebend für die hohe Reaktivität ist eine hohe Löslichkeit der Phasen in der Porenlösung. Diese hohe Löslichkeit führt zu Übersättigungen hinsichtlich des Reaktionsproduktes C-S-H, die deutlich höher als die Übersättigungen bei der Reaktion der trägen Modifikationen sind und welche eine Keimbildung und Wachstum von C-S-H ermöglichen. In einem weiteren Schritt wurde auf der Basis dieser Erkenntnisse und weiterer Grundlagenuntersuchungen ein kinetisches Modell für Belitphasen aufgestellt, mit dessen Hilfe die Reaktivität der Phasen modelliert werden kann. Im letzten Abschnitt des Projektes wurden Betone, die mit den hochreaktiven Belitphasen aus dem zweistufigen Verfahren hergestellt wurden, hinsichtlich der Frischbeton- und Festbetoneigenschaften charakterisiert. Der Schwerpunkt lag im Bereich der Dauerhaftigkeitsuntersuchungen. Als Referenzbeton kam ein Beton auf Basis eines Portlandzementes zum Einsatz. Die Untersuchungen zeigten, dass, trotz einer fast identische Festigkeitsentwicklung, Unterschiede im Bereich der Dauerhaftigkeit auftraten. Die Ursachen hierfür müssen in weiteren Untersuchungen geklärt werden.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Entwicklung und Untersuchung von alternativen Dicalciumsilikat-Bindern auf der Basis von α-C2SH. Dissertation, Bauhaus Universität Weimar, 2017
T. Link
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Produktion und Charakterisierung von Niedrigtemperatur Belitbindern (LTBB). Tagungsband der 20. ibausil, Weimar, 2018
B. Kraft, T. Link, F. Bellmann, M. Ben Haha, H.-M. Ludwig
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Untersuchung zur Kinetik der Belithydratation. Tagungsband der 20. ibausil, Weimar, 2018
A. Isserstedt-Trinke, F. Bellmann, T. Stanek, T. Link, H.-M. Ludwig
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Early hydration of C2S doped with combination of S and Li. SN Applied Sciences (2020) 2:429
M. Boháč, T. Staněk, A. Rybová, A. Zezulová, F. Bellmann, H.‑M. Ludwig
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Thermodynamic data of belite polymorphs. Cement and Concrete research, Volume 152 (2022) 106621
K.-D. Grevel, F. Bellmann, J. Majzlan, E. Dachs, A. Benisek, H.-M. Ludwig
