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18-01-2017 | Bauchemie | Schwerpunkt | Article

Geopolymere als Zementersatz

Author: Christoph Berger

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Da beim Bauen mit Beton eine Menge Kohlendioxid freigesetzt wird, schlagen Forscher der TU Darmstadt Geopolymere als Alternative zu Zement vor. Der Einsatz dieser Bindemittel habe zudem noch weitere Vorteile.

"Neben der Entwicklung und Weiterentwicklung sowie dem Einsatz CO2-reduzierter Systeme im Rahmen der traditionellen Zementherstellung wird weltweit nach Wegen gesucht, CO2-arme oder gar CO2-freie Bindemittelsysteme zu entwickeln", schreibt Roland Benedix im Kapitel "Chemie nichtmetallisch-anorganischer Baustoffe" des Springer-Fachbuchs Bauchemie.

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2015 | OriginalPaper | Chapter

Chemie nichtmetallisch-anorganischer Baustoffe

Die äußerste Schicht unserer Erde ist aus einer Vielzahl unterschiedlicher Gesteine aufgebaut, die sich über lange geologische Zeiträume hinweg gebildet haben. Von der Art der bei der Bildung der Gesteine ablaufenden physikalischen oder chemischen Vo


Eines seiner aufgeführten Beispiele sind der Einsatz von Geopolymeren. Dabei handelt es sich um "künstlich hergestellte Alkalimetall- beziehungsweise Erdalkalimetall-Alumosilicate mit amorpher bis nanokristalliner Struktur. Sie bilden eine neue Klasse anorganischer, alumosilicatischer Bindemittel, deren Festigkeitsbildung mit dem Begriff 'Geopolymerisation' beschrieben wird. Ihre chemische Zusammensetzung entspricht gesteinsbildenden, alumosilicatischen Mineralen wie zum Beispiel Feldspäten, Glimmern, Zeolithen und Tonen."

Tests mit verschiedenen Rohstoffen

Auch eine Gruppe von Forschern um Professor Eddie Koenders, Bauingenieur und Leiter des Instituts für Werkstoffe im Bauwesen der TU Darmstadt, beschäftigt sich mit Geopolymeren als Alternative zu Zement. Der Grund: Über fünf Prozent des weltweiten Ausstoßes an Kohlendioxid stammen aus der Zementproduktion.

Erste Geopolymere basierten laut den Wissenschaftlern noch auf Metakaolin. Zwar fällt hierbei die CO2-Bilanz besser als beim Zementbrennen aus, doch es gibt Unterschiede in der Verarbeitbarkeit von Zementleim und der Konsistenz. Daher testet Koenders mit seinem Team verschiedene Rohstoffe, um das Handling zu verbessern. Verunreinigte Kaoline, die Eisenoxide und andere Fremdminerale enthalten, hätten sich demnach als geeigneter und zudem kostengünstiger erwiesen – ebenso würden sich Flugasche sowie das natürliche Gestein Trass als Beimischung oder Alternative zu Metakaolin anbieten.

Hitzestabil, chemikalienresistent und druckfest

Im Fokus der Forschung stehen neben den Hauptkomponenten der Geopolymere auch gering dosierte Zusätze, die den neuen Baustoffen spezielle Eigenschaften verleihen sollen. Herkömmliche Fließmittel etwa, die Lufteinschlüsse verhindern und selbstverdichtende Betone möglich machen, funktionieren bei Geopolymeren aufgrund deren anderer Zusammensetzung nicht und müssen daher neu konzipiert werden.

Dabei sind die Forscher überzeugt: Geopolymere haben das Potenzial, Zement im Bereich von Spezialanwendungen den Rang streitig zu machen. Denn sie würden nicht nur eine bessere CO2-Bilanz aufweisen, sondern auch mit technischen Vorteilen: So sind Geopolymere hitzestabiler als Beton – dessen gebundenes Wasser baut im Brandfall einen Dampfdruck auf, der zu Rissen oder Abplatzungen führt. Außerdem sind sie chemikalienresistenter, da sie keinen Kalk enthalten, der sich durch Einwirkung von Säuren oder anderen aggressiven Substanzen auflöst. Und: Bereits nach einem Tag können Geopolymere ähnliche Druckfestigkeiten wie hochfester Beton entwickeln. Sie lassen sich schnell ausschalen und eignen sich somit für die Massenproduktion von Fertigteilen.

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Source:
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2016 | OriginalPaper | Chapter

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