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Nachhaltige zementäre Materialien

Die Materialforschung bildet einen Schwerpunkt unserer Arbeitsgruppe. Unser Ziel ist es, den Übergang zu einer umweltfreundlicheren Bauindustrie durch die detaillierte Charakterisierung neuartiger oder aufkommender Materialkonzepte zu unterstützen.

Tatsächlich ist Portlandzement der weltweit am häufigsten verwendete Baustoff; aufgrund der Klinkerherstellung trägt er jedoch erheblich zu den globalen CO₂-Emissionen bei. Ergänzende zementartige Stoffe (Supplementary Cementitious Materials, SCMs) stellen eine vielversprechende und nachhaltigere Alternative zu herkömmlichen Bindemitteln dar. Sie reduzieren die Umweltbelastung zementbasierter Baustoffe und gewährleisten gleichzeitig die für strukturelle Anwendungen erforderlichen mechanischen Eigenschaften. Zudem fördern sie die stoffliche Verwertung industrieller Nebenprodukte sowie lokal verfügbarer Ressourcen.

Unsere Forschung konzentriert sich auf die Charakterisierung von SCMs, darunter Hüttensand und kalzinierter Ton mit Kalkstein (LC³). Wir untersuchen diese Materialien sowohl im frischen (als Zementleim) als auch im erhärteten Zustand, um ihre Nano- und Mikrostruktur, ihre Elementzusammensetzung sowie ihre lokale chemische Umgebung zu analysieren. Diese Erkenntnisse ermöglichen es uns, die Reaktivität zu verstehen, Materialeigenschaften miteinander in Beziehung zu setzen und die Dauerhaftigkeit zu bewerten.

Ein wesentliches Ziel unserer Forschung ist ein tieferes Verständnis der Mechanismen und der Kinetik des Hydratationsprozesses von SCMs – jener Abfolge chemischer Reaktionen, die für das Erstarren des Zements, die Festigkeitsentwicklung und das Langzeitverhalten verantwortlich sind.

Um diese Ziele zu erreichen, setzen wir fortschrittliche, multimodale Charakterisierungsverfahren ein, die ex-situ- und in-situ-Röntgenbildgebung, Spektroskopie und Beugungsmethoden über verschiedene Längenskalen hinweg kombinieren. Diese Untersuchungen führen wir sowohl in unseren eigenen Laboren als auch an Synchrotronstrahlungsquellen durch; die dabei gewonnenen komplementären Informationen unterstützen die Einführung und Anwendung nachhaltigerer zementgebundener Bindemittel.