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Projekt
CO2-neutrale Biomasse-basierte Partikelinteraktionen für NET-ZERO Betone (BIOMAC) - Experimente und Modellierung
Fachliche Zuordnung
Baustoffwissenschaften, Bauchemie, Bauphysik
Förderung
Förderung seit 2024
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 542200307
Ziel des BIOMAC-Projekts über die gesamte Projektdauer ist die Erforschung CO2-neutraler Betone mit umweltfreundlichen Gesteinskörnungen (GK) in Kombination mit reaktiven Bindemitteln, beide auf Basis verkohlter Biomasse. Die Verwendung dieser CO2-negativen Reststoffe in Bindemittelsystemen ermöglicht es, den CO2-Fußabdruck zukünftiger Betonsysteme deutlich zu reduzieren, um diese in einer umweltorientierten Bauwirtschaft zu nutzen. Um notwendige Anforderungen im Bauwesen zu erfüllen, wird in dieser Förderperiode eine umfassende Charakterisierung der einzusetzenden Reststoffe sowie eine dezidierte Erforschung ihrer Wechselwirkungen im Materialverbund durchgeführt. Um dieses Ziel mit solchen niedrigfesten Ausgangsstoffen zu erreichen, wird ein packungsdichteoptimiertes System, bekannt von Ultra-Hochleistungsbetonen, zugrunde gelegt. Die Lasten, die im Normalbeton über die GK abgetragen werden, müssen über die Betonmatrix von festigkeitsbildenden Material-"ribbons" übertragen werden. Diese setzen sich aus den festigkeitsbildenden Phasen der Bindemittelmatrix und der Kontaktzone (ITZ) Bindemittel-Biokohlen-Gesteinskörnung zusammen. Um diese CO2-neutralen Systeme zu erforschen, wird zunächst der Portlandzement durch reaktive Biomasseasche an der TU Darmstadt (TUDa) und die GK durch CO2-negative Biokohlen an der Universität Kassel (UK), z.B. aus der reduzierenden Verbrennung von Reststoffen aus der Biogasproduktion, partiell substituiert. In einem gemeinsamen Schritt werden diese beiden Ansätze kombiniert. Der Forschungsfokus der TUDa liegt auf der Integration von Biomasseaschen als Zementersatzstoffe (SCM > 50%) auf Bindemittelebene und der der UK auf der Integration der Biokohle-GK in ein Bindemittelsystem. Die gemeinsame Forschung konzentriert sich auf die Wechselwirkungen in der ITZ. Es wird ein Modelansatz zur Vorhersage der Wechselwirkungen und des mechanischen Verhaltens der ITZ zwischen Matrix und Biokohleaggregaten erarbeitet. Zur Simulation der Interaktion zwischen Biokohlen (UK) und Bindemittelmatrix (TUDa) werden experimentelle Untersuchungen durchgeführt, um die Randbedingungen des Models zu definieren. Der Modelansatz basiert auf einem Zwei-Partikel-System, welches in einem skalierbaren BIOMAC-model-element gipfelt. Dieses wird in Kombination beider Projektpartner experimentell und simulativ auf ein Multi-Partikel-System erweitert. Ein Austausch mit dem Zentralprojekt erfolgt über die gesamte Projektlaufzeit, um ein SPP-umfassendes Life-Cycle-Assessment mit generierten Forschungsdaten zu ermöglichen. Die Ergebnisse dieser Förderperiode bilden die Grundlage für ein betontechnologisches Upscaling zu einem zukunfts- und umweltorientierten BIOMAC-System. Ferner sollen die BIOMAC-Ergebnisse im Anschluss mit den drei Modulen des SPP verzahnt werden, um mögliche Wege für einen neuartigen NET-ZERO-Beton aufzuzeigen.
DFG-Verfahren
Schwerpunktprogramme
Teilprojekt zu
SPP 2436:
Klimaneutraler Beton
