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Ein zentrales Fundament moderner Gesellschaften ist eine intakte Abwasserinfrastruktur. Schäden infolge biogener Schwefelsäurekorrosion von konventionellen Betonen haben jedoch zu einem erheblichen Sanierungsbedarf geführt. Alkaliaktivierte Mörtel besitzen aufgrund eines hohen Säurewiderstands das Potential, einen Beitrag zur langfristigen Lösung dieses Problems zu leisten. Dazu müssen jedoch zunächst die Faktoren, die den Haftverbund zwischen diesen Mörteln und dem Betonsubstrat bestimmen, besser verstanden werden, um die Eigenschaften der Beschichtungssysteme gezielt anpassen und verbessern zu können. Die vorliegende Arbeit liefert hierzu einen Beitrag und zeigt dadurch Wege zu einer technisch machbaren und nachhaltigen Sanierung von Abwasserbauwerken auf.
This chapter aims to give a brief introduction into the field of alkali activated materials (AAM) and their physicochemical material behavior when exposed to sulfuric acid and in biochemically aggressive sewer environments. Additionally, the differences in material behavior within chemical (abiotic) and microbially induced acid environments are highlighted. Finally, existing data on overall performance of AAM, compared to conventional concrete-based building materials in sewer systems will be discussed.
The aim of this chapter is to give an overview of basic and advanced state-of-the-art microstructural and spectroscopic analytics to investigate inorganic material corrosion in the context of biochemically aggressive sewers. The chapter covers optical methods, electron beam, X-ray and neutron techniques (SEM, MLA, XRF, XRD, CT, Neutron radiography and tomography), and spectroscopic methods (MAS-NMR, FT-IR, and Raman). For each technique, a short section on the fundamental scientific background of the method precedes and examples of data output from the latter in respect to the corrosion of cementitious materials including reinforced concrete is presented.
Hydrothermale Herstellung von Filter- und Speichermaterialien aus SiO2- und CaO-reichen Reststoffen
(2019)
Aus SiO2- und CaO-reichen Sekundärrohstoffen können in einem hydrothermalen Stoffumwandlungsprozess poröse Körnungen (Hydrothermalgranulate HTG) hergestellt werden. Die Erhärtung der HTG erfolgt dabei in einem Autoklav bei ca. 200 °C und 1,6 MPa Sattdampf ähnlich dem Prozess der Kalksandsteinherstellung. Festigkeit und Gefüge der HTG entwickeln sich durch die Ausbildung von Calciumsilicathydraten (CSH-Phasen), die durch die Reaktion zwischen Quarzpartikeln (SiO2) und Kalk (CaO) entstehen. SiO2-Lieferant ist ziegelhaltiger Mauerwerkbruch, der als Hauptmineralphase Quarz enthält. Papierasche kann mit ihren Anteilen an Freikalk und anderen reaktive Calciumverbindungen als Kalkersatz dienen. Über die Mischungszusammensetzung und die Reaktionsbedingungen werden die Eigenschaften der Reaktionsprodukte gezielt gesteuert. Die HTG haben Rohdichten kleiner als 2000 kg/m³. Ihr Gefüge ist durch ein eher ungeordnetes System an Mesoporen und kleinen Makroporen mit Porenweiten kleiner 100 nm gekennzeichnet. Diese Porenstruktureigenschaften legen eine Anwendung der HTG als Filter- oder Speichermaterial nahe. Sie können natürliche Rohstoffe, wie Bims, Lavasand und fluviale Sande, aus Primärrohstoffen hergestellte Produkte, wie Blähton, Keramik und Aktivkohle, sowie erdölbasierte Kunststoffadditive ersetzen, wobei die typischen Filter- und Speichereigenschaften der herkömmlichen Produkte nahezu erreicht werden. Dadurch wird einerseits für Reststoffe, die gegenwärtig ein hohes Verwertungsdefizit aufweisen, eine hochwertige Wieder- bzw. Weiterverwertungsmöglichkeit geschaffen und die Abfallmenge vermindert. Andererseits erfolgt eine Schonung von knapper werdenden natürlichen mineralischen Rohstoffen und Erdöl. In einem Forschungsprojekt werden derzeit die technischen Möglichkeiten der hydrothermalen Herstellung von leichten porösen Körnungen aus Mauerwerkbruch, Kalk und Papierasche sowie die Anwendung der HTG als Filtermaterial in Bodenfiltern zur Abwasserreinigung und als Wasserreservoir in Substraten von Pflanzwänden und zur inneren Nachbehandlung hochfester Betone systematisch untersucht. Der Beitrag berichtet insbesondere über die experimentelle Entwicklung der hydrothermalen Synthesestrategie, die nachfolgende Charakterisierung der HTG und die Beziehungen zwischen Gefügekennwerten und technischen Eigenschaften der Körnungen.
The present study aims to investigate the use of geopolymer mortars as passive fire protection system for steel structures. Coal fly ashes were used as aluminosilicate source and perlite was employed as aggregate to obtain a lightweight system. In addition, a geopolymer mortar containing quartz aggregate was produced for comparison. The geopolymer mortars were applied on stainless steel plates and exposed to both, cellulosic and hydrocarbon standard fire curves, according to ISO 834-1 and EN 1363-2, respectively. Acoustic emission measurements were conducted to analyze cracking phenomena during the high temperature exposure. The resulting temperature-time curves showed that the investigated system is effective in retarding the temperature rise of the steel plates. When the cellulosic fire curve was applied, a 20 mm [0.79 in.] thick layer of lightweight geopolymer mortar protected the steel substrate from reaching the critical temperature of 500 °C [932 °F] for at least 30 minutes, avoiding the rapid decrease of its mechanical properties and thus representing an important safety measure against accidental fires. No spalling phenomena on heating were detected; however, significant cracking was observed on cooling.