Alkalisch aktivierte Bindemittel aus industriellen Abfällen

Der Anteil des Baugewerbes an den weltweiten CO 2-Emissionen betrug im Jahr 2021 43%. Gleichzeitig bedingt der fortlaufend steigende Bedarf an Bauwerken und Infrastruktureinrichtungen eine zunehmende Ressourcen Knappheit und damit einhergehend, weitere Problematiken wie Boden- Versiegelung und Deponieanhäufungen. Dazu kommt, dass der mit Abstand am häufigsten eingesetzte Baustoff Beton Massemäßig nach Wasser die zweimeist genutzte Ressource oftmals unzulängliche Dauerhaftigkeiten aufweist. Parallel zum zunehmenden Wissen über die Umweltauswirkungen von Baumaterialien entstand das Konzept der Kreislaufwirtschaft, das als regeneratives System verstanden werden kann, in dem Ressourcenverbrauch und Emissionen durch Verlangsamung, Schließung und/oder Verkleinerung von Material- und Energiekreisläufen minimiert werden. Vor diesem Hintergrund weist die Inwertsetzung von mineralischen Abfällen in Baumaterialien ein hohes Potenzial auf. Speziell alkalisch-aktivierte Bindemittelsysteme besitzen das Potential große Mengen an mineralischen Abfällen zu integrieren. Vereinfacht bestehen alkalisch aktivierte Materialien (AAMs) aus zwei Hauptkomponenten - einem mineralischen Bindemittel und einem/r alkalischen Aktivator (Lösung). Das gemischte System kann ähnlich wie Beton verwendet werden und weist analoge Verarbeitungseigenschaften auf. Es gibt anorganische Rohstoffe, welche für die Herstellung von AAM verwendet werden können, z. B. aufbereitete Gesteine (z. B. Metakaolin, kalzinierte Tone, Vulkanasche), industrielle Nebenprodukte aus der Kohle- und Stahlindustrie (z. B. Flugasche und Schlacke) sowie verschiedene Si- und Al-reiche Abfälle. Je nach Wahl der Rohstoffe können die Eigenschaften von AAMs sehr unterschiedlich sein, so dass sie für verschiedene Anwendungen adaptiert werden können. Die Hauptziele dieses Projekts ist die grundlegende Charakterisierung des Materialverhaltens von 6 wesentlichen anorganischen Abfallströmen in alkalisch-aktivierten Systemen. Diese sollen einerseits für die Verwendung als Bindemittelkomponenten sowie auch als Rohstoffe für die Synthese von reststoffbasierten alkalischen Aktivatoren verwendet werden. Dafür wird initial die chemische Zusammensetzung und Mineralogie der Abfälle charakterisiert. In einem nächsten Schritt werden Experimentelle Setups zur Aktivator Synthese entwickelt, um das Lösungsverhalten der Reststoffe unter alkalischen (= hohen pH) Bedingungen zu verstehen. Relevante Versuchsparameter dafür sind Temperatur, Druck, Auslagerungsdauer und pH-Wert und Laugenart. Spezieller Fokus wird auf mögliche Abscheidungsmechanismen von potenziell umweltschädlichen Elementen, wie Schwermetallen, gelegt. Die entwickelten, abfallbasierten alkalischen Aktivatoren werden in einem weiteren Schritt mit Bindemittelsystemen (reststoffbasiert und Primärrohstoffen) gemischt, um AAMs herzustellen. Charakteristische Materialeigenschaften wie Festigkeit, Porosität und grundlegende Dauerhaftigkeitsaspekte wie Auslaugverhalten und Säurebeständigkeit werden charakterisiert, um die grundlegende Funktionalität der neuen Systeme zu verstehen. Der im Projekt gewählte Ansatz trägt wesentlich zur Erhöhung der Kreislauffähigkeit von mineralischen Reststoffen, sowie zur Reduktion Materialproduktions-bedingter CO2 Emissionen bei. Das Projekt wird in enger, interdisziplinärer Zusammenarbeit zwischen der Technischen Universität Graz (Österreich) und dem Slovenian National Building and Civil Engineering Institut durchgeführt.