Beschleunigung der Zementhydratation mit synthetischen Calciumsilikathydraten II – Wirkmechanismus und Bedeutung für alternative Bindemittelsysteme

• Antragsteller: Professor Dr. Dietmar Stephan
• Fachliche Zuordnung: Baustoffwissenschaften, Bauchemie, Bauphysik
• Förderung: Förderung seit 2016
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 314734048

Auf Portlandzement basierende Bindemittel sind momentan das am meisten genutzte synthetische Material auf der Erde. Die Zementindustrie ist dadurch Verursacher von ca. 8% der anthropogenen CO2-Emissionen und die Brache wächst. Die Reduktion des Klinkeranteils in Kompositzementen führt zu einer trägeren Reaktionskinetik, welche durch effektive Beschleuniger kompensiert werden muss. Im Rahmen des Projekts "Beschleunigung der Zementhydratation mit synthetischen Calciumsilikathydraten II - Wirkmechanismus und Bedeutung für alternative Bindemittelsysteme" soll das Erfolgskonzept C-S-H seeding sowohl auf weitere potenzielle Zusatzstoffe als auch auf weitere Bindemittel erweitert werden. In einem ersten Schritt soll dazu das Verständnis des Mechanismus der Methode vertieft werden. Die beschleunigende Wirkung von synthetischem C-S-H auf die Zementhydratation wird einheitlich der Nukleation von Hydratationsprodukten auf der zusätzlich eingebrachten Oberfläche zugeschrieben. Ein eindeutiger Beleg für diese Annahme steht jedoch noch aus. Des Weiteren werden zusätzliche Informationen zur Wechselwirkung von Additiv und Produkt benötigt, um individuell angepasste Nukleationskeime herzustellen. Dieser erste Schritt soll indirekt durch die Wechselwirkung von synthetischem C-S-H mit gut charakterisierten Zusatzmitteln in Zement untersucht werden. Die direkte Wirkung von C-S-H auf hydratisierenden Zement soll durch die Trennung des Reaktionsraums und durch gezielte in-situ Untersuchungen abgebildet werden. In-situ infrarotspektroskopische Untersuchungen im Rahmen des Grundprojekts erwiesen sich als sehr vielversprechend und lieferten wertvolle Informationen zum Reaktionsablauf während der C-S-H-Synthese. Die Methode soll nun auf das gesamte Bindemittelsystem adaptiert werden. Ergänzt werden die Arbeiten durch Modellierungen des Hydratationsverlaufs. Auf Basis der gewonnen Erkenntnisse sollen gezielte Modifikationen des C-S-H-Nukleationskeims untersucht werden, um das volle Potential der Methode auszuschöpfen. Dazu wird ein anorganischer Ansatz verfolgt, in dem kristalline C-S-H-Phasen hergestellt oder Fremdatome in die Struktur des amorphen C-S-H eingebaut werden. Organische Komposite sollen zum einen mit Betonzusatzmitteln hergestellt werden, um multifunktionale Additive zu gewinnen, zum anderen soll die Wechselwirkung mit Polymeren, deren Einfluss auf die Morphologie von Mineralen bekannt ist, untersucht werden. Die Ergebnisse aus den ersten beiden Arbeitspaketen werden zur Erreichung des letzten Ziels - der Adaption der Methode auf alternative Bindemittel - kombiniert. Zunächst werden Bindemittel, deren Hydratationsprodukt wie im Portlandzement Calciumsilikathydrat ist, hinsichtlich der Aktivierung durch synthetisches C-S-H analysiert. Final sollen Bindemittel mit abweichenden Hydratationsprodukten, wie Calciumaluminatzemente durch individuell hergestellte Nukleationskeime beschleunigt werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen