de.wedoany.com-Bericht: Forscher des Masic-Labors am Massachusetts Institute of Technology (MIT) und des Unternehmens CarbonCure Technologies haben mithilfe der In-situ-Raman-Mikrospektroskopie den genauen chemischen Mechanismus aufgeklärt, durch den Kohlendioxid (CO₂) während des Anmischens von Zementleim die frühe Hydratation fördert und eine gleichmäßigere, dicht verwobene Mikrostruktur von Mörtel oder Beton erzeugt. Die entsprechende Studie mit dem Titel „In-Situ Raman Spectroscopy of Silica Gel Templated Hydration Pathways in CO₂-Activated Cement" wurde im Journal of the American Ceramic Society veröffentlicht.
Das Team nutzte die In-situ-Raman-Mikrospektroskopie – eine Beobachtungsmethode, die einzelne chemische Phasen im Mikrometerbereich identifizieren kann –, um den Hydratationsprozess von CO₂-aktiviertem Zement über 24 Stunden zu verfolgen und die molekulare Sequenz zu klären, durch die CO₂ im Bindemittelsystem eine frühzeitige Festigkeitssteigerung bewirkt. Die Studie ergab, dass CO₂ die Bindemittelchemie in der frühen Hydratation nicht stört, sondern die Bildung einer dicht verbundenen Bindemittelmikrostruktur fördert.
Yuliya Kravtsov, CEO von CarbonCure, erklärte, die Studie liefere den bislang stärksten experimentellen Nachweis für die Kohlenstoffmineralisierung in Beton und zeige, wie die Kohlenstoffnutzungstechnologie Herstellern helfe, Zementverbrauch und -kosten zu senken und gleichzeitig einen gleichbleibend leistungsfähigen Beton zu erhalten. Sie ergänzte, die Technologie sei in der Praxis bereits bei über 11 Millionen Fahrmischerladungen kommerziell validiert worden, mit Projekten von Wohngebäuden bis hin zu komplexen Hochhausentwicklungen und Infrastrukturprojekten.
Professor Admir Masic vom Fachbereich Bau- und Umweltingenieurwesen des MIT wies darauf hin, dass Forscher seit Jahren eine höhere Frühfestigkeit von CO₂-aktiviertem Beton beobachtet hätten, der genaue Mechanismus jedoch schwer zu fassen gewesen sei, da die beteiligten Phasen transient und schwer direkt zu beobachten seien. Mithilfe der In-situ-Raman-Mikrospektroskopie habe das Team die chemischen Prozesse der Kohlenstoffmineralisierung in Echtzeit verfolgt und eine hochgradig geordnete, kunstvoll choreografierte Sequenz entdeckt: CO₂ erzeuge im gesamten Material ein Silicagelgerüst, das als Vorlage für ein stärker vernetztes Bindemittel diene. Diese Erkenntnisse böten einen neuen Rahmen für die Verbesserung der Betoneigenschaften durch CO₂-Mineralisierung.
Das Forschungsteam stellte fest, dass CO₂ beim Einmischen in den Zementleim während des Mörtel- oder Betonmischens nicht, wie bisher angenommen, lediglich die Porenräume mit Calciumcarbonat-Partikeln füllt. Stattdessen löse die Verbindung eine grundlegend andere, dreistufige Hydratationssequenz aus. In der Mineralisierungsphase (innerhalb von vier Stunden nach der Injektion) bilde CO₂ schnell nanoskalige Calciumcarbonat-Partikel, die Calcium vorübergehend von seiner üblichen Rolle abziehen und die Entwicklung eines glatten, gleichmäßig verteilten Silicagelnetzwerks ermöglichen. In der Übergangsphase (vier bis acht Stunden nach der Injektion) werde CO₂ verbraucht, die normale Hydratation setze wieder ein, und Calciumhydroxid reagiere mit dem Silicagelnetzwerk zu gleichmäßig verteiltem Calciumsilikathydrat – der grundlegenden Festigkeitsverbindung in Mörtel oder Beton. In der Stabilisierungsphase (nach acht Stunden) setze sich die Hydratation auf konventionelle Weise fort, fülle die Struktur und erzeuge ein gleichmäßigeres, vernetzteres Bindemittel, das schneller abbinde und im Vergleich zur Referenzprobe eine um etwa 13 % höhere Frühfestigkeit aufweise. Entscheidend sei, dass das MIT- und das CarbonCure-Team den ersten direkten visuellen Nachweis der frühen CO₂-Mineralisierung erbracht hätten, der zeige, dass die Calciumcarbonat-Partikel im Laufe der Zeit chemisch stabil blieben und dauerhaft in der Matrix eingeschlossen seien.
Dean Forgeron, Chief Technology Officer von CarbonCure, fasste zusammen, dies sei ein Durchbruch für das Verständnis der Kohlenstoffmineralisierung in der Branche. Die Studie zeige, dass die Mineralisierung nicht nur Kohlendioxid dauerhaft im Beton speichere, sondern von den ersten Momenten der Hydratation an aktiv die Bindemittelmikrostruktur beeinflusse. Die Industrie könne diese Chemie nutzen, um die Zementeffizienz und Rentabilität zu steigern und gleichzeitig ein Produkt gleichbleibend hoher Qualität zu liefern, das die anspruchsvollsten Projektspezifikationen erfülle.
Dieser Artikel wurde von Wedoany übersetzt und bearbeitet. Bei jeglicher Zitierung oder Nutzung durch künstliche Intelligenz (KI) ist die Quellenangabe „Wedoany“ zwingend vorgeschrieben. Sollten Urheberrechtsverletzungen oder andere Probleme vorliegen, bitten wir Sie, uns unverzüglich zu benachrichtigen. Wir werden den entsprechenden Inhalt umgehend anpassen oder löschen.
E-Mail: news@wedoany.com
