Thermodynamische Daten zur Herstellung und Verwendung von Net-Zero Bindemitteln (DatProBind)

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Thomas Matschei; Professor Dr. Dietmar Stephan
• Fachliche Zuordnung: Baustoffwissenschaften, Bauchemie, Bauphysik
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 542143260

Bindemittel sind die wesentlichen Verursacher der CO2-Emissionen bei der Herstellung von Beton. Durch die angestrebte Klimaneutralität auch im Betonbau werden sich die Zusammensetzungen von Bindemitteln in den nächsten Jahren deutlich ändern. Klinkerarme Zemente mit hohen Gehalten an neuen Zementersatzstoffen bis zu komplett klinkerfreien Bindemitteln wie alkalisch aktivierten Bindemitteln (AAB), die auch die sogenannten Geopolymeren beinhalten gewinnen an Bedeutung. Zukünftige Bindemittel werden demnach geringere Gehalte an Calcium und höhere Gehalte an Aluminium und Eisen aufweisen, AAB auch höhere Alkaligehalte. Gleichzeitig wird die Verwendung von Kalksteinmehl bzw. Calciumcarbonat weiter zunehmen. Dies wird die Phasenzusammensetzung der Reaktionsprodukte der Bindemittel erheblich beeinflussen. In der modernen Baustoffforschung nehmen thermodynamische Modellierungen eine immer größere Rolle ein. Durch Modellierungen lassen sich qualitative und quantitative Vorhersagen über die Bildung von Hydratationsprodukten machen und auch Dauerhaftigkeiten unter verschiedenen Umgebungsbedingungen abschätzen. Damit sind thermodynamische Modellierungen ein unverzichtbares Werkzeug in der Forschung und Entwicklung, um Experimente mit neuen Bindemitteln zu ergänzen und sehr schnell Aussagen über mögliche Zusammensetzungen und daraus entstehende Chancen und Probleme hervorsagen zu können. Die Basis einer aussagekräftigen thermodynamischen Modellierung von Bindemitteln sind jedoch zuverlässige thermodynamische Daten aller verwendeten Ausgangsstoffe und Hydratationsprodukte; diese Datenbasis ist für die neuen Bindemittel derzeit unzureichend. Hier setzt das geplante Forschungsprojekt an. Die bei den neuen Bindemitteln entstehenden Reaktionsprodukte sollen synthetisiert und eingehend chemisch-mineralogisch charakterisiert werden und dabei die relevanten thermodynamischen Daten erfasst werden. Die zu untersuchenden Hydratationsprodukte betreffen speziell Bindemittelsysteme mit geringem Klinkergehalt und hohen Gehalten an Zusatzstoffen (z. B. calcinierte Tone, Kalksteinmehl, Stahlwerksschlacken, rezyklierte (carbonatisierte) Baustoffe, Rotschlamm, Vulkanaschen) sowie AAB. Die gewonnenen Daten werden in die Datenbank CEMDATA eingepflegt und öffentlich zugänglich gemacht. Zudem werden die vorhandenen thermodynamischen Modelle erweitert. Weiterhin werden CO2-arme Bindemittel im System CaO - (Na,K)2O - (Al,Fe)2O3 - SiO2 synthetisiert, chemisch-mineralogisch charakterisiert und zur Validierung der thermodynamischen Modelle und der erweiterten thermodynamischen Datenbank auch thermodynamisch modelliert. Dabei fließen auch Systeme anderer Gruppen des SPP ein. Zur Verbreitung der Methodik der thermodynamischen Modellierung werden im Rahmen des SPP mehrere Workshops für die Teilnehmer angeboten. Damit werden diese in die Lage versetzt eigene thermodynamische Modellierungen durchzuführen bzw. es wird Unterstützung bei komplexen Modellierungen angeboten.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 2436: Klimaneutraler Beton
• Internationaler Bezug: Schweiz, USA
• Kooperationspartnerinnen: Professorin Dr. Barbara Lothenbach; Professorin Dr. Claire White