6 Materialchemie
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Organisationseinheit der BAM
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Einkomponentige alkaliaktivierte Bindemittel (AAB), d. h. AAB, bei denen der Aktivator als Feststoff im Bindemittel vorliegt, weisen Vorteile hinsichtlich der praktischen Anwendung im Bauwesen gegenüber konventionellen AAB auf. Einkomponentige AAB lassen sich als Gemische aus reaktiver Silica und Natriumaluminat herstellen, wobei die Reaktionsprodukte von der eingesetzten Silica und den Verhältnissen Na2O/Al2O3/SiO2/H2O abhängen: Während Mikrosilica und ähnliche Reststoffe zu zeolithreichen Produkten führen, erhält man aus Reisschalenasche vollständig amorphe Gele (sog. «Geopolymere »). Mörtel auf Basis solcher Bindemittel entsprechen den Anforderungen von DIN 19573:2016-03 hinsichtlich des Widerstands gegen Schwefelsäureangriff (Prüfung bei pH = 1 für 70 d) und sind damit potentiell als Reparatursysteme für Abwasserinfrastruktur geeignet. Untersuchungen mittels 29Si-MAS-NMR und 1H-29Si-Kreuzpolarisations(CP)-MAS-NMR sowie REM-Aufnahmen von erhärteten und dem Schwefelsäureangriff ausgesetzten AAB zeigen, dass der hohe Säurewiderstand v. a. auf die Fällung von Silicagel an der Grenzfläche Mörtel/Säure zurückzuführen ist, wodurch der Korrosionsfortschritt in darunterliegenden Schichten verlangsamt wird.
Mixing and curing of geopolymers and related alkali-activated materials without storage and handling of highly alkaline solutions possesses advantages regarding safety and economic viability. One possible approach is to produce these materials from solid silica feedstocks and solid sodium aluminate, and subsequent mixing with water. We present a comparison between geopolymers and aluminosilicate gel-zeolite composites synthesized by this route from different silica feedstocks (by-product silica from chlorosilane production, microsilica, rice husk ash) and with different SiO2/Al2O3 ratios, using results from XRD, NMR, SEM, thermal analysis, mechanical and acid resistance testing. The use of rice husk ash favors formation of a fully amorphous geopolymer with high strength. Utilization of the other silica feedstocks leads to formation of aluminosilicate gel-zeolite composites, the amount and kind of zeolites depending on the feedstock and the SiO2/Al2O3 ratio. These composites show beneficial dehydration behavior, viz. no distinct dehydration step of thermal strain, with the phase assemblage after heating to 1000°C controlled by the starting composition. Mortars produced from both, the geopolymers as well as the composites, exhibit high resistance to sulfuric acid attack, making them promising materials for the construction and the repair of industrial and sewer structures.