Aktive Karbonatisierung poröser mineralischer Bindemittelsysteme – A-COMBS

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Viktor Mechtcherine
• Fachliche Zuordnung: Baustoffwissenschaften, Bauchemie, Bauphysik
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 542141112

Angesichts der globalen Erwärmung ist es zwingend notwendig, auch im Bereich der Baustoffe sichere und kosteneffiziente Maßnahmen zur Reduzierung des CO2-Gehalts in der Atmosphäre zu etablieren. Die Karbonatisierung mineralischer Materialien kann eine solche Maßnahme sein und sehr effektvoll wirken. In kompakten mineralischen Baustoffen mit geringer Porosität ist allerdings die Geschwindigkeit der Karbonatisierung sehr gering und das volle Potential zur Karbonatisierung wird nur selten voll ausgeschöpft. Durch Aufschäumen kann die Porosität mineralischer Bindemittel gezielt erhöht und damit eine schnelle und nahezu vollständige Karbonatisierung mit geringem technischen Aufwand ermöglicht werden. In diesem Forschungsprojekt sollen die Mechanismen und Phänomene beschrieben werden, die bei der aktiven Karbonatisierung von porösen, mineralischen Bindemitteln vorliegen. Die wesentlichen Einflussfaktoren auf die Karbonatisierung verschiedener Bindemittelsysteme sollen in Experimenten erfasst und dargestellt werden. Die zeitliche Entwicklung der Phasenzusammensetzung soll verstanden und deren Auswirkung auf die mechanischen Eigenschaften aufgezeigt werden. Dabei werden auch die Grenzen einer baustofftechnisch sinnvollen Karbonatisierung im Hinblick auf angestrebte günstige mechanische Eigenschaften erforscht. Ausgehend von den in Experimenten erarbeiteten Daten und der geometrischen Charakterisierung des Porensystems wird eine numerische Materialbeschreibung für die aktive Karbonatisierung von porösen Bindemitteln formuliert. Die Anwendung dieser Modellierung auf mineralische Baustoffe mit geringerer Porosität wird untersucht, wobei die Grenzen der Materialbeschreibung aufgezeigt werden. Die Experimente finden an physikalisch geschäumten Bindemitteln mit drei Rohdichten statt. Als Bindemittel werden Portlandzement, LC3 sowie Magnesiumoxychlorid untersucht. Die Zentralmethode zur aktiven Karbonatisierung ist die Permeation erhärteter Bindemittel im Alter von 1 bis 28 Tagen mit CO2-haltigem Gasen. Die Konnektivität des Porensystems wird durch die Zugabe von Holzkohlepartikeln verbessert. Damit soll die frühe Erhärtung beschleunigt und durch zu hohen Druck des Permeationsgases induzierte Gefügeschädigungen im jungen Alter reduziert werden. Die Karbonatisierung frischer, nicht erhärteter Bindemittelschäume wird durch Einsatz von CO2-haltigem Schaum bzw. Zugabe von CO2 beim Mischprozess untersucht. Die Konnektivität der Poren wird mit Methoden der Computervision auf Basis von µCT-Analysen charakterisiert. Die Modellierung von Gaspermeation und Karbonatisierung erfolgen mit multi-physikalischen FE-Methoden. Das Verständnis der Vorgänge und Umwandlungen bei der aktiven Karbonatisierung poröser Bindemittel und die entwickelte Modellbeschreibung liefern ein grundlegendes Werkzeug für die Auslegung technischer Verfahren zur aktiven und großtechnischen Bindung von CO2 in permeablen Baustoffen.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 2436: Klimaneutraler Beton
• Mitverantwortlich: Professor Dr.-Ing. Marco Liebscher