Betonbauweise mit verminderter CO2-Last
| Leitung: | Univ.-Prof. Dr.-Ing. Ludger Lohaus |
| Team: | Dipl.-Ing. Christoph Begemann |
| Jahr: | 2013 |
| Förderung: | Niedersächsische Technische Hochschule |
| Laufzeit: | 24 Monate |
| Ist abgeschlossen: | ja |
Die Herstellung von Zement ist weltweit für mindestens 5%, nach anderen Schätzungen bis zu 8% der anthropogenen Treibhausgas-Emissionen (vor allem CO2) aus nicht erneuerbaren Quellen verantwortlich. Die entsprechende CO2-Menge beläuft sich auf mindestens 2 Gigatonnen CO2 pro Jahr, das ist - zum Vergleich - mehr als das Doppelte des jährlichen anthropogenen CO2-Ausstoßes der Bundesrepublik Deutschland insgesamt. In den letzten Jahren wird deshalb mit zunehmender Intensität an Vorschlägen zur CO2-ärmeren Herstellung von Zementen und Betonen gearbeitet. Dabei wurde jedoch bisher nicht systematisch untersucht, inwieweit alternative mineralische Bindemittel und Betonzusatzstoffe sowie zementarme Betonzusammensetzungen die CO2-Last der Betonbauweise unter Berücksichtigung der Gebrauchstauglichkeit tatsächlich reduzieren können.
Ziel:
Neben dem möglichen Einsatz neuer Bindemittel und der Verringerung des Portlandzementklinkergehalts im Bindemittel konzentriert sich das IfB auf die Reduzierung des benötigten Zementvolumens durch den Ersatz durch granulometrische Optimierung der Betonzusammensetzung und durch Verwendung hochwirksamer Betonzusatzmittel. Die Gefügedichtigkeit und somit die Dauerhaftigkeit von Beton kann außer durch den Gehalt und die Art des Bindemittels durch seine granulometrische Zusammensetzung positiv beeinflusst werden. In jüngeren Arbeiten wurde an verschiedenen Spezialbetonen gezeigt, dass sich der Portlandzementanteil bei Erhöhung der Partikelpackungsdichte des Betons deutlich verringern lässt, ohne die technische Leistungsfähigkeit nennenswert herabzusetzen. Derartige Konzepte werden bisher allerdings zumeist für hoch- und ultrahochfeste Betone oder für erdfeuchte Betone für spezielle Anwendungen eingesetzt.
Eine häufig angewendete Vorgehensweise ist die genaue Abstimmung der Gesamtsieblinie aller Rezepturkomponenten sowie die Berücksichtigung der Kornform und der Kornrauigkeit. Es wird eine höhere Partikelpackungsdichte erzeugt, mithin eine verringerte Porosität, welche den Festigkeits- und Dauerhaftigkeitsverlust aufgrund der Zementreduzierung kompensieren kann.
Eine granulometrische Optimierung hat jedoch auch Auswirkungen auf die Viskosität des Betons aufgrund der erhöhten spezifischen Oberfläche des gesamten Partikelsystems, der geringen Wasserfilmdicke auf den benetzten Partikeloberflächen und der erhöhten Anzahl von Partikelkontakten. Die notwendige Anpassung der Wasser- und Fließmittelgehalte muss noch weiter erforscht werden.
Projektpartner: TU Clausthal; TU Braunschweig
