01.10.2017
Links: makroskopische Aufnahme des Geopolymer-Leichtbetons (geschliffene Fläche, Bildbreite ca. 8,7 cm); rechts: REM-Aufnahme des Geopolymer-Leichtbetons

Links: makroskopische Aufnahme des Geopolymer-Leichtbetons (geschliffene Fläche, Bildbreite ca. 8,7 cm); rechts: REM-Aufnahme des Geopolymer-Leichtbetons

Quelle: BAM, Fachbereich Baustofftechnologie

Die Entwicklung neuer Bindemittel für Betone und Mörtel erfährt derzeit eine Renaissance, u. a. weil die mit der herkömmlichen Zementproduktion verbundenen Kohlenstoffdioxidemissionen einen beträchtlichen Anteil an den weltweiten anthropogenen Treibhausgasemissionen ausmachen. Eines dieser alternativen Bindemittel sind die sogenannten Geopolymere. Für diese wird als feste Bindemittelkomponente i. A. Steinkohlenflugasche eingesetzt; durch Zugabe einer alkalischen Aktivatorlösung, beispielsweise Natriumsilicatlösung, bildet sich ein dreidimensionales anorganisches Polymernetzwerk aus. Diese Reaktion verleiht dem Binder und damit auch Mörteln und Betonen ihre Festigkeit. Solche Geopolymere können bei geeigneter Zusammensetzung deutlich beständiger gegenüber Salzen, Säuren und hohen Temperaturen als herkömmlicher Zement sein.

In einer Kooperation der Fachbereiche 7.4 Baustofftechnologie und 7.3 Brandingenieurwesen mit der Curtin University, Perth, wurden die thermomechanischen Eigenschaften von flugaschebasierten Geopolymerbetonen mit quarzitischer bzw. mit leichter Gesteinskörnung (Blähton) untersucht. Als Ergebnis ergab sich ein komplexes, in relevanten Punkten vom Verhalten konventioneller Betone abweichendes Verhalten. So fällt deren Festigkeit und Steifigkeit im für den Brandfall kritischen Temperaturbereich oberhalb von ca. 300 °C nur gering ab. Ein besonders günstiges Verhalten zeigt der Geopolymerbeton mit leichter Gesteinskörnung: bis 600 °C weist er nur geringfügige thermische Verformungen auf, und nach dem Durchlaufen eines moderaten Minimums bei 300 °C steigt seine Festigkeit mit weiter zunehmender Temperatur wieder an. Dieses sehr viel günstigere Verhalten im Vergleich zu herkömmlichen Leichtbetone ist teilweise auf Sintervorgänge in der Geopolymermatrix zurückzuführen.

In dem Aufsatz, der diese Ergebnisse beschreibt (W.D.A. Rickard, G.J.G. Gluth, K. Pistol, Cement and Concrete Research 80 (2016) 33–43), werden außerdem erstmalig für diese Betonsorte vereinfachte Materialgesetze in Form von Spannungs-Dehnungs-Beziehungen angegeben, die es dem konstruktiven Ingenieur erlauben, eine Bemessung von Bauteilen aus diesen Betonen für den Brandfall durchzuführen. Der Aufsatz dokumentiert auch die erfolgreiche Zusammenarbeit der BAM mit der Curtin University, die gegenwärtig in weiterführenden Projekten fortgesetzt wird.