C-Cure: Net-Zero Beton mit karbonatisierbaren Bindemitteln, schnellen Reaktivitätstests, internem CO2-Aushärten und Multi-Skalen-Modellierungen.

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Dr. Christiane Rößler; Dr.-Ing. Neven Ukrainczyk, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Baustoffwissenschaften, Bauchemie, Bauphysik
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 542229402

C-Cure zielt darauf ab, die Ziele des SPP zu erreichen: die Realisierung von Net-Zero-Beton unter Verwendung alternativer Bindemittel und die Verfeinerung von Karbonatisierungsstrategien. Im Arbeitspaket 1 (WP1) wird ein Konzept für Karbonatisierungsbinder entwickelt, wobei der Fokus auf alternativen Materialien wie Ton, Sand und Kalkstein liegt, um niedrig-kalziumhaltige, karbonatisierbare, selbstzerreibende Binder (CxSy) zu schaffen. Die Auswirkungen von Verunreinigungen wie Mg, K, S und Al werden untersucht. Die Entwicklung wesentlicher Methoden zur Prüfung der Reaktivität steht im Mittelpunkt von WP1. WP2 untersucht die Zusammenhänge zwischen der Rohstoffzusammensetzung, der Phasenzusammensetzung nach dem Erhitzen und dem Karbonatisierungsabbindungsprozess. Ein innovativer Ansatz nutzt CO2-Aminlösungen und NaHCO3 aus dem Kohlenstoffbindungsvorgang als interne CO2-Quellen für die Karbonatisierungsabbindung. Die mikrostrukturelle Charakterisierung ist entscheidend für das Verständnis der Phasenreaktionsfähigkeit. Die Bestimmung des thermodynamischen Potenzials und der kinetischen Raten der Hauptreaktionsmechanismen ist entscheidend für die Verbesserung der Materialeigenschaften. WP3 beinhaltet Mörtelprüfungen, bei denen Festigkeit, Setzverhalten, Porosität und mehr für ausgewählte Binder unter Verwendung sowohl interner als auch externer CO2-Aushärtung bewertet werden. Auch das Auslaugverhalten von Aminlösungen steht im Fokus. Im Arbeitspaket 4 (WP4) wird ein aufskaliertes Berechnungsverfahren entwickelt, um die Karbonatisierungsbindungsaushärtung zu simulieren. Es berücksichtigt CO2-Last, Mineralogie, Füllstoffe und Polydispersität. Auf Porenebene prognostiziert das Modell die Phasenzusammensetzung, die Mikrostruktur, die Reaktionskinetik und die Feuchtediffusion. Das Modell wird dann homogenisiert, um die Karbonatisierungskinetik auf Pasten- und Mörtelniveau vorherzusagen, wobei die Feuchtediffusion anhand von Mischdesign und Mörtelgeometrie (Modellbeton) berücksichtigt wird. C-Cure kombiniert neuartige experimentelle und rechnerische Techniken zur Analyse der Reaktionskinetik von karbonatisierbaren Bindemitteln. Dazu gehören innovative Methoden zur internen/externen CO2-Aushärtung und mehrskalige Berechnungen, die bisher nicht berücksichtigt wurden. Die gewonnenen Erkenntnisse sollen die Aufskalierung auf Beton ermöglichen, was ein wesentlicher Schritt bei der Weiterentwicklung der Technologie "Net-Zero-Beton" ist. Dieser Fortschritt zielt darauf ab, aktuelle Einschränkungen zu bewältigen, einschließlich des Mangels an Wissen in drei Schlüsselbereichen: i) Parameter für die Binderverarbeitung, ii) CO2-Diffusionsbegrenzungen während der Aushärtung und iii) Bindemittelreaktivität und Leistung im Betonmaßstab.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 2436: Klimaneutraler Beton