Ergänzende Reaktivität von zementären Materialien: Chemie-Struktur-Beziehungen für die Auflösungskinetik durch Hochskalierung der atomistischen Modellierung (SuperUptom)

• Antragsteller: Mohammadreza Izadifar, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Baustoffwissenschaften, Bauchemie, Bauphysik
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 541788011

Das Hauptziel dieses Projekts besteht darin, eine atomistische Modellierung auf Grundlage eines Hochskalierungsansatzes zu entwickeln, um wesentliche Erkenntnisse und Beiträge zum Verständnis von Pozzolanen wie Silikastaub (SF), Flugasche (FA) und Schlacke (S) sowie thermisch aktiven Tonen wie Meta(dis)kaolinit in Bezug auf deren Lösungsreaktivität in alkalischen Medien zu liefern. Dies würde eine grundlegende Verbindung zwischen den atomistischen Lösungsmechanismen und der Hochskalierung auf die mesoskopische Ebene durch atomistische kinetische Monte-Carlo-Lösungsreaktivität für Meta-Tone und Pozzolane herstellen, die für eine nachhaltige Produktion von Beton und geopolimerbasierten Materialien relevant ist. Der anfängliche Fokus liegt auf dem Lösungsmechanismus zur Berechnung der atomistischen Reaktionsraten, wodurch die anfängliche Berechnung der mesoskopischen Vorwärtslösungsratenkonstanten als Funktion der Struktur von Meta-Tonen und Pozzolanen mit Alkalinität resultiert. Parallel zum Lösungsmechanismus an der Kristalloberfläche werden daher keine Mechanismen für Fällungsreaktionen in der Porenlösung berücksichtigt. Um die Reaktivität von Pozzolanen und Meta-Tonen von der atomistischen (VASP) bis zur mesoskopischen (KMC) Ebene zu messen und vorherzusagen, ist das Projekt in drei Hauptteilziele unterteilt. Erstens wird ein quantenchemischer Simulationsansatz verwendet, um die Energie für verschiedene mögliche atomistische Auflösungsszenarien von glasartigen Phasen und Meta-Tonen zu berechnen und ihre individuellen optimierten Energien der Ausgangsstrukturen, Endstrukturen und des Übergangszustands (TS) tabellarisch darzustellen. Zweitens werden die Schwingungsfrequenzen am Reaktanten und am Sattelpunkt mit der Dichtefunktional-Störungstheorie (DFTP) berechnet, was zur Berechnung der atomistischen Reaktionsraten führt. Schließlich wird das atomistische Modell hochskaliert, um eine grundlegende Reaktivitätseigenschaft im Mesomaßstab zu bestimmen, die als Vorwärtsauflösungskonstante bekannt ist, wobei ein atomistischer kinetischer Monte-Carlo-Berechnungsansatz verwendet wird. Dies ermöglicht eine Untersuchung der Auswirkungen der verschiedenen Kristalloberflächen und mesostrukturellen Merkmale der Meta-Tone und Puzzolane unter Berücksichtigung der Konzentrationseffekte der alkalischen Lösungen, gefolgt von einer Vergleichsanalyse mit Literaturwerten.

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