Carbonatisierung von alkalisch-aktivierten Bindemitteln und Betonen - Mechanismen und Auswirkungen (CaaB)
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Der Karbonatisierungswiderstand alkalisch-aktivierter Bindemittel (AAB) ist für ihre Verwendung in Betonkonstruktionen entscheidend; die dies beeinflussenden Parameter sind aber noch nicht vollständig erforscht. In der hier vorgestellten Arbeit wurde untersucht, wie sich variierende Anteile von Hüttensand (GGBFS) und kalziniertem Ton (CC) auf den Karbonatisierungswiderstand von CaaB mit hohem, mittlerem und niedrigem Ca-Gehalt auswirken. Hauptziele waren die Bestimmung des Einflusses erhöhter CO2-Konzentrationen, wie sie bei beschleunigten Karbonatisierungstests zur Anwendung kommen, auf den Karbonatisierungsfortschritt, die Untersuchung des Einflusses der kritischen relativen Luftfeuchte bei der Karbonatisierung der AAB sowie die Analyse der Auswirkungen von Auslaugung auf die Geschwindigkeit und Folgen der Karbonatisierung. Die Charakterisierung erhärteter AAB-Leime erfolgte mittels Röntgendiffraktometrie (XRD), Thermogravimetrie (TG/DTG), Raman-Mikroskopie, Hg- Druckporosimetrie (MIP), µ-Röntgenfluoreszenz (µ-XRF) und REM-EDS (an ausgewählten Proben). Die Ergebnisse zeigten, dass der CO2-Widerstand von AAB bei natürlichen CO2-Gehalten hauptsächlich durch das Verhältnis Wasser/(CaO + MgOeq + Na2Oeq + K2Oeq) beeinflusst wird, wobei Schwankungen der Porenstruktur den Widerstand zusätzlich beeinflussen. Bei günstiger Porenstruktur und niedrigen w/b-Werten war der Karbonatisierungswiderstand mit dem von Portlandzementbeton vergleichbar. Bei AAB mit hohen und niedrigen CC-Gehalten wurden unter beschleunigten und natürlichen Bedingungen verschiedene Karbonatisierungskoeffizienten beobachtet. Dies zeigt, dass beschleunigte Tests nur bedingt geeignet sind, um die Karbonatisierung von AAMs mit geringen CaO-Gehalten zu bestimmen. Im Vergleich zu Portlandzementbeton zeigten alle AAB eine starke Abhängigkeit des Karbonatisierungswiderstands von der relativen Luftfeuchte, wobei dieser von 45 % bis 85 % relativer Luftfeuchte kontinuierlich zunahm. Um den Einfluss der Auslaugung besser zu verstehen, wurden drei verschiedene Verfahren angewendet: Auslaugung für zwei und fünf Wochen vor der Karbonatisierung und fünf Auslaugungszyklen, gefolgt von Karbonatisierung. Trotz Beibehaltung der Wasser/(CaO + MgOeq + Na2Oeq + K2Oeq)-Verhältnisse verringerte die Auslaugung meist die Karbonatisierungsraten, mit Ausnahme der 0 % CaO-Proben. Diese zeigten ein ähnliches Verhalten wie bei 4 vol.-% CO2 karbonatisierte Proben. Der geringe Widerstand dieser Betone ist verursacht von ihren niedrigen Reaktionsgraden nach 28 Tagen, was zu höherer Na-Auslaugung und einer Verringerung der Aktivierung des CC führte. Die Studie zeigt, wie sich unterschiedliche Ca-Gehalte, Karbonatisierungsbedingungen sowie Auslaugung auf den CO2-Widerstand von AAB-Betonen auswirken. Sie unterstreicht die Bedeutung der Optimierung sowohl der Mischungszusammensetzung als auch der Prüfprotokolle für eine zuverlässige Bewertung des Karbonatisierungsverhaltens von AAM.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Carbonation resistance of alkali-activated GGBFS/calcined clay concrete under natural and accelerated conditions. Construction and Building Materials, 449, 138351.
Tambara, Luís U.D.; Hirsch, Astrid; Dehn, Frank & Gluth, Gregor J.G.
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Carbonation resistance of GGFBS/calcined clay-based alkali-activated concretes, in: Proceedings of the 78th RILEM Annual Week & RILEM Conference on Sustainable Materials and Structures, Toulouse, France, 2024.
L. Tambara, F. Dehn & G.J.G. Gluth
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Effect of alkali-activated concrete composition on carbonation rate under accelerated and natural conditions, in: Proceedings of the RILEM Spring Convention and Conference on Advanced Construction Materials and Processes for a Carbon-neutral Society, Italy, Milan, 2024.
L. Tambara, F. Dehn & G. Gluth
