Mikroanalytische und mikrostrukturelle Untersuchungen zum Erhärtungs- und Carbonatisierungsverhalten aktivierter tonbasierter Materialien

• Antragsteller: Dr.-Ing. Martin Ritter; Professor Dr.-Ing. Frank Schmidt-Döhl
• Fachliche Zuordnung: Baustoffwissenschaften, Bauchemie, Bauphysik
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 541773314

Aktivierte tonbasierte Materialien werden zukünftig wichtige und unverzichtbare Komponenten sowohl für calciumsilikatbasierte Bindemittel als auch für alkalisch aktivierte Bindemittel darstellen. Bei ihrer Herstellung wird kein durch den chemischen Prozess bedingtes CO2 frei. Das Forschungsprojekt nimmt sich daher vor Herstellungs-, Erhärtungs- und Carbonatisierungsprozesse dieser Komponenten in realitätsnahen Baustoffen beider Gruppen umfassend mikroanalytisch und mikrostrukturell zu untersuchen. Die Auswahl der tonbasierten Materialien orientiert sich an Zusammensetzungen, die zukünftig tatsächlich in großen Mengen für das Bauwesen zur Verfügung stehen werden. Bei der Aktivierung kommt sowohl die klassische Calcinierung, aber insbesondere auch die mechanochemische Aktivierung zum Einsatz, die bei realen Tongemischen Vorteile erwarten lässt. Entsprechende tonbasierte Materialien sollen als Puzzolan in einen LC3-Zement und als Träger von Aluminium und Silizium in ein Geopolymer eingebracht werden. Die Erhärtungsprozesse dieser Baustoffe sollen in-situ in einem sehr leistungsfähigen ESEM untersucht werden. Auch die Calcinierung soll in-situ im vorhandenen Hochtemperaturofen des Gerätes analysiert werden. Carbonatisierungsreaktionen sollen sowohl beim Erhärtungsprozess, als auch im erhärteten Material untersucht werden. Auch diese Prozesse sollen direkt im ESEM durch Einstellen einer H2O/CO2-Atmosphäre untersucht werden. Veränderungen der Atmosphäre können durch das im ESEM vorhandene Massenspektrometer auch analysiert werden. Zusammen mit rheologischen sowie phasen- und gefügeanalytischen Untersuchungen an makroskopischen Baustoffproben werden damit wesentliche Informationen zu den Herstellungs-, Erhärtungs- und Carbonatisierungsprozessen tonbasierter Komponenten in CO2-reduzierten Bindemitteln und Baustoffen gewonnen und für das Ziel des Net Zero Concrete zur Verfügung gestellt. Unterschiede zwischen den verschiedenen tonbasierten Materialien in den jeweiligen Bindemittelsystemen sollen herausgearbeitet werden und die Hypothese einer besseren Eignung der mechanochemischen Aktivierung untersucht werden. Aufbauend auf diesen Ergebnissen sollen dann Prinzipien für einen optimierten Einsatz verschiedener tonbasierter Materialien in calciumsilikatbasierten Systemen und in alkalisch aktivierten Systemen abgeleitet und für die Entwicklung CO2-reduzierter Bindemittel nutzbar gemacht werden. Die dafür vorgesehenen Arbeiten sind dem Modul 1 "Alternative and Carbon Neutral Binders" zuzuordnen, in geringerem Maße dem Modul 3 "Concrete Carbon Capture and Long-Term Carbon Sink". Das Projekt der TU Hamburg wird eine intensive Zusammenarbeit mit den anderen Gruppen suchen und für den gesamten SPP eine sehr leistungsstarke elektronenmikroskopische Technik zur Verfügung stellen.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 2436: Klimaneutraler Beton