Ramanmikroskopische Aufnahmen von AABs nach Carbonatisierung bei 0,04 %, 1 % und 4 % CO₂. Trona und Nahcolit sind Natriumcarbonate; Calcit, Vaterit und Aragonit sind Calciumcarbonat-Polymorphe.
Quelle: BAM
Die dringende Notwendigkeit, die anthropogenen CO2-Emissionen so schnell und dauerhaft wie möglich zu reduzieren, hat auch in der Baubranche zu neuen Entwicklungen geführt. Obwohl bei der Entwicklung emissionsarmer Zemente und Betone erhebliche Fortschritte erzielt wurden, sind weitere neue Lösungen erforderlich. In diesem Zusammenhang stellen alkalisch aktivierte Bindemittel (AAB) und AAB-basierte Betone eine vielversprechende Möglichkeit dar. Für den Einsatz in Stahlbetonelementen ist es entscheidend, dass der Carbonatisierungswiderstand von AAB mit dem Widerstand herkömmlicher Zemente zumindest vergleichbar ist. Unser Verständnis der Dauerhaftigkeit dieser Materialien ist jedoch noch begrenzt. Die Carbonatisierung von AAB ist komplex, da sie von verschiedenen Faktoren, wie der chemischen Zusammensetzung und der Permeabilität, beeinflusst werden kann. In diesem Zusammenhang wurde im Fachbereich 7.4 der BAM ein DFG-gefördertes Forschungsprojekt durchgeführt, um die Geschwindigkeit der Carbonatisierung und ihre Auswirkungen in AAB mit hohen, mittleren und niedrigen Caciumgehalten aufzuklären. Die Hauptziele bestanden darin, die Parameter zu identifizieren, die die Carbonatisierungsgeschwindigkeit bei natürlicher CO2-Konzentration bestimmen, sowie die Carbonatisierung bei höheren als natürlichen CO2-Konzentrationen, die für beschleunigte Tests verwendet werden, zu untersuchen.
Die Betone wurden mit systematisch variierten Anteilen an Hüttensandmehl (granulierte Hochofenschlacke) und calciniertem Ton hergestellt. Die Carbonatisierungsprüfungen wurden bei natürlichen (0,04 %) und beschleunigten (1 % und 4 %) CO2-Konzentrationen durchgeführt. Erhärtete Proben wurden hinsichtlich ihrer chemischen und mineralogischen Zusammensetzung sowie ihrer Mikrostruktur analysiert. Die Ergebnisse zeigen, dass die Carbonatisierungsgeschwindigkeit von AAB hauptsächlich vom Verhältnis zwischen dem Wasser in der Mischung und der Menge an carbonatisierbaren Bestandteilen (Calcium-, Magnesium-, Natrium- und Kaliumoxide) im Bindemittel abhängt. Die verbleibenden Schwankungen des Carbonatisierungswiderstands konnten auf Unterschiede zwischen den Porenstrukturen der erhärteten Bindemittel mit ähnlichen Verhältnissen zurückgeführt werden. Optimal zusammengesetzter AAB-Beton mit einem niedrigen Verhältnis von Wasser zu reaktiven Bestandteilen wies einen Carbonatisierungswiderstand auf, der dem von herkömmlichem Portlandzementbeton sehr ähnlich war. Die beschleunigten Carbonatisierungsprüfungen spiegelten das natürliche Carbonatisierungsverhalten von AAB-Betonen mit niedrigem Calciumgehalt im Bindemittel nicht wider, was die Entwicklung neuer beschleunigter Verfahren erforderlich macht.
Carbonation resistance of alkali-activated GGBFS/calcined clay concrete under natural and accelerated conditions
Luís Urbano Durlo Tambara Jr., Astrid Hirsch, Frank Dehn, Gregor Gluth
Construction and Building Materials, October 2024