Vom gemeinen Ton zum Geopolymer-Bindemittel - kristallographische und baustofftechnologische Grundlagenuntersuchungen

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Frank Dehn; Professorin Dr. Katja Emmerich
• Fachliche Zuordnung: Baustoffwissenschaften, Bauchemie, Bauphysik
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 325967999

Der aktuelle Stand der Forschung im Bereich der thermischen und alkalischen Aktivierbarkeit von gemeinen Tonen beschränkt sich derzeit auf eine phänomenologische Beschreibung. Gemeine Tone sind die heterogensten, natürlichen Rohstoffe hinsichtlich Phasenbestand, Struktur der Tonminerale und Partikelmorphologie. Jedoch scheinen sie sich aufgrund ihrer chemischen und mineralogischen Zusammensetzung sowie zukünftigen Verfügbarkeit zur alkalischen Aktivierung und somit zur Entwicklung von Geopolymer-Bindemitteln besonderes zu eignen. Gegenwärtig ist der Zusammenhang zwischen den Materialeigenschaften und Prozessparametern für gemeine Tone in Bezug auf die thermische und alkalische Aktivierbarkeit und den daraus resultierenden Eigenschaften von Mörteln und Betonen auf Basis von Geopolymer-Bindemitteln weitestgehend unverstanden. Ein Ansatz, diese Wissenslücke zu schließen, ist die im Rahmen dieses Forschungsvorhabens verfolgte Kombination von Untersuchungen an Modelltonmineralen und realen gemeinen Tonen.Das Ziel des Forschungsvorhabens ist es daher, neues Wissen zu den ablaufenden Reaktionen beim Einsatz calcinierter, gemeiner Tone als Ausgangstoff für die alkalische Aktivierung zur Herstellung von Geopolymer-Bindemitteln in Abhängigkeit des Phasenbestands und der Kristallstruktur der Tonminerale zu generieren. Augenmerk soll dabei auch auf das Wechselspiel zwischen Metatonmineralen und nicht thermisch aktivierten Mineralen gelegt werden, um eine leistungsbezogene Vorhersage des Rohstoffverhaltens auf der Basis der natürlich vorkommenden Tongemische zu treffen. Darüber hinaus können aus den Untersuchungen bzgl. der Aktivierbarkeit und Reaktivität von Metatonen zusätzliche, grundlegende Kenntnisse abgleitet werden, die auch bei der Verwendung von calcinierten Tonen in zementgebundenen Mörteln und Betonen Berücksichtigung finden können.Aufgrund der Komplexität der Systeme soll sich im Rahmen des Forschungsvorhabens zunächst auf die Geopolymer-Bindemittel und auf damit hergestellte Mörtel beschränkt werden. Der von den Antragstellern verfolgte Ansatz soll es auch im internationalen Kontext erstmalig und systematisch möglich sein, belastbare, grundlagenhafte Aussagen zum Gefüge, zur Porosität/Permeabilität, zur Oberflächenstruktur, zur Alkalität und zu ausgewählten mechanischen Eigenschaften von Geopolymer-Bindemitteln und -Mörteln aus calcinierten, gemeinen Tonen zu treffen, welche mittels natur- und ingenieurwissenschaftlicher Methoden generiert werden. Die Projektziele sollen mittels zwei interagierender Arbeitspakete erreicht werden, die sich mit den mineralogisch-kristallographischen Materialkennwerten, den Prozessparametern und den baustofftechnologischen Eigenschaften von Geopolymer-Bindemitteln und -Mörteln auseinandersetzen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen