Mechanismen der Carbonatisierung von Calciumsilikathydrat-Phasen in hydrothermal gehärteten porosierten Baustoffen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Thomas Matschei, seit 12/2023
• Fachliche Zuordnung: Baustoffwissenschaften, Bauchemie, Bauphysik
• Förderung: Förderung seit 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 445500601

Bei der Carbonatisierung von Porenbeton wird die festigkeitsbildende Phase 11Å-Tobermorit zu Calciumcarbonat und Kieselgel abgebaut. Bisher sind die Einflussfaktoren auf die Carbonatisierung von Porenbeton noch nicht vollständig verstanden. Untersuchungen von Lohaus et al. haben gezeigt, dass bei einigen Porenbetonprodukten nach 58 monatiger Lagerung nur geringe Mengen an Tobermorit reagiert haben, wohingegen bei einem Porenbetonprodukt kein Tobermorit mehr vorhanden war einhergehend mit einem hohen Festigkeitsverlust. Hieraus ergibt sich die Frage, warum die kristalline Phase Tobermorit teilweise stark mit CO2 reagiert bzw. manchmal nahezu inert ist. Die wesentlichen Ziele des Vorhabens sind die Aufklärung des Carbonatisierungsmechanismus von Porenbeton und die Bestimmung der Carbonatisierungsgeschwindigkeit. Zur Aufklärung des Carbonatisierungsmechanismus sollen zunächst die zwei internen Haupteinflussfaktoren Kristallinität und Porosität in Kombination mit dem Sulfatgehalt untersucht werden. Hierzu sollen in Zusammenarbeit mit einem Industriepartner Modell-Porenbetone in zwei Rohdichteklasse mit variierendem Sulfatgehalt hergestellt werden. Externe Faktoren, wie z. B. Temperatur, relative Luftfeuchte und CO2-Konzentration sollen konstant gehalten werden. Zur Untersuchung der internen Einflussfaktoren sollen die Ergebnisse von chemisch-mineralogischen und mechanisch-physikalischen Analysen miteinander korreliert werden. Mit den chemisch-mineralogischen Untersuchungsmethoden, wie z. B. Chemisorption, NMR, REM, TEM und XRD soll die Mikrostruktur und der Reaktionsverlauf untersucht werden. Mit diesen Untersuchungen soll u. a. die Reaktivität von Tobermorit mit CO2 analysiert werden. Mithilfe der Bestimmung der Druckfestigkeit, des Elastizitätsmoduls, der Rohdichte und des Schwindverhaltens sollen die Veränderungen im makroskopischen Bereich analysiert werden. Zur Ermittlung der Carbonatisierungsgeschwindigkeit sollen Carbonatisierungsprofile in Abhängigkeit der Zeit der ausgewählten Porenbetone erstellt werden. Aus den gewonnenen Erkenntnissen soll ein Modell entwickelt werden, welches die Carbonatisierung von Tobermorit in Porenbeton in Abhängigkeit der Zeit darstellen kann.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Ehemaliger Antragsteller: Dr. Holger Nebel, bis 11/2023