Ein grundlegendes Modell zur Kombination von Hydratations-und Carbonatisierungsprozessen für eine optimale Leistungsfähigkeit im frühen Alter von CO2 reduzierten Bindemitteln

• Antragsteller: Dr. Fabien Georget
• Fachliche Zuordnung: Baustoffwissenschaften, Bauchemie, Bauphysik ; Thermodynamik und Kinetik sowie Eigenschaften der Phasen und Gefüge von Werkstoffen
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 542120441

Unser Projekt zielt darauf ab, die geringere Frühfestigkeit von CO2 reduzierten Bindemittel mit neuen Ansätzen der Nutzung von CO2 mineralischen Carbonatisierung zu verbessern. Die fehlende Frühfestigkeit ist eines der Haupthemmnisse für eine weitere Substitution von Klinker durch Zusatzstoffe (SCM). Die Maximierung des Potenzials der frühen Klinkerreaktion, durch gezielte Kombination von Hydratations-und Carbonatisierungsprozessen, bürgt neue Möglichkeiten für die zukünftige Fertigteilindustrie. Bevor dies jedoch mit Vielzahl von SCM erfolgreich eingesetzt werden kann, ist es von entscheidender Bedeutung, sowohl die Auswirkungen der anfänglichen Bindemittelzusammensetzung unter verschiedenen Aushärtungsbedingungen, als auch den Einfluss der frühen CO2 Nachbehandlung auf die Eigenschaften im späteren Betonalter zu quantifizieren. Das langfristige Ziel dieses Vorschlags ist die Entwicklung eines reaktiven Transportmodells zur Analyse von Bindemittelsystemen, die infolge gemischter Hydratations- und Carbonatisierungsprozesse erhärten. In der ersten Phase des SPP konzentrieren wir uns auf die Charakterisierung der grundlegenden Kinetik der Hydratations-und Carbonatisierungsreaktionen. Dabei wollen wir erstens einen experimentellen Arbeitsablauf zur Quantifizierung der CO2-Aufnahme und der Phasenzusammensetzung der Bindemittelsysteme, die unter gekoppelter Hydratation und CO2-Nachbehandlung erhärten. Der Arbeitsablauf wird an synthetischen Bindemittelsystemen getestet und an realen SPP relevanten Bindemitteln validiert. Zweitens, werden diese Daten verwendet, um ein kinetisches Modell zur Vorhersage der Entwicklung der Phasenzusammensetzung in Abhängigkeit der Bindemittelrezeptur und den Aushärtungsbedingungen zu entwickeln. Die Neuheit unseres Ansatzes besteht darin, dass wir die grundlegenden Charakterisierungstechniken, die maßgeblich zum besseren Verständnis der Hydratations- und Carbonatisierungsprozesse beitragen, zusammenführen und modifizieren. So konzentrieren wir uns auf die Charakterisierung der Phasenzusammensetzung und die Analyse der Porenlösung in Verbindung mit einer thermodynamischen Modellierung, um die maßgeblichen Einflussfaktoren zu identifizieren, zu analysieren und ein kinetisches Modell zu entwickeln. Um eine Brücke zwischen unseren Ergebnissen und der Praxis zu schlagen, wird unser Modell zu einem angewandten Modell vereinfacht, so dass es erfolgreich von Ingenieuren genutzt werden kann. Sind die Ergebnisse unseres Projekts für das SPP von entscheidender Bedeutung, da sie notwendige Informationen für die Lebenszyklusanalyse liefern. Zum Beispiel wird unsere Studie über die Auswirkungen der Kalziumverfügbarkeit im System klare experimentelle Daten liefern, um zwischen Klinkerfaktor, reaktivem und inertem Zusatzstoffgehalt sowie dem Ausmaß der CO2-Erhärtung zu unterscheiden. Diese Analyse ist entscheidend, um unsere zukünftig begrenzten Ressourcen optimal zu nutzen und gleichzeitig die CO2-Emissionen zu reduzieren.

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