Chemische Additive

Moderne Baumaterialien sollten so nachhaltig wie möglich gestaltet werden. Dabei leisten chemische Additive einen ganz wesentlichen Beitrag. Sie erlauben z.B. die Herstellung von Betonen mit erheblich reduzierten Zementmengen bei ansonsten gleichbleibenden Eigenschaften und helfen so, die benötigten Zementmengen signifikant zu reduzieren. Dabei müssen keine Einbußen in den Materialeigenschaften hingenommen werden. Wir wollen die Struktur-Wirkungs-Beziehungen von chemischen Additiven in Baumaterialien verstehen und weiter entwickeln. Dazu synthetisieren wir funktionale Polymere und Moleküle, welche die Oberflächen- und Grenzflächeneigenschaften der Materialien verändern. Mit modernen Methoden der chemischen Analytik charakterisieren wir die Wechselwirkungen zwischen chemischen Additiven und den Bindemitteln.

Materialverarbeitung

Ein wesentlicher Aspekt der Herstellung von Baumaterialien ist deren Verarbeitung. Im Gegensatz z.B. zur Stahlproduktion entstehen die Eigenschaften von Beton vor Ort auf der Baustelle. Komplexe chemische Reaktionen des Bindemittels (oft Portlandzement) laufen in der frühen Phase der Zementerhärtung ab. Dies geschieht bereits während der Betonmischer noch zur Baustelle fährt. Die Reaktivität der verschiedenen Zementphasen und der wechselseitiger Einfluss der Reaktionen aufeinander sind ein aktives Forschungsfeld. Eine wesentliche Funktion von synthetischen Additiven wie Dispergiermitteln ist die Veränderung der kolloidalen Wechselwirkungen zwischen den Oberflächen während der Verarbeitungszeit. Durch ein gezieltes Design der molekularen Eigenschaften von Additiven kann man die Verarbeitungseigenschaften gezielt steuern. Wir studieren die Einflüsse des molekularen Designs und optimieren die Strukturen. Dabei ist eine Forschungsrichtung die Erarbeitung von chemischen Konzepten zur Formulierung Betonen, welche für additive Fertigungsverfahren wie den 3D-Druck geeignet sind.

Materialeigenschaften

Die Möglichkeiten zur Formulierung moderner Betone unter maximal effizienter Ressourcennutzung sind nach unserer Überzeugung noch nicht ausgeschöpft. Wir wollen dazu beitragen, dass das Potential der synthetischen Chemie in Form von funktionalen Additiven der Fachgemeinschaft aus Bau-Ingenieuren und Materialwissenschaftlern noch transparenter gemacht wird. Die von uns erarbeiteten Prototypen bringen wir aktiv in industrielle und akademische Kooperationen ein. Gemeinsam arbeiten wir an den Baumaterialien von morgen, so dass diese weniger wertvolle Ressourcen verbrauchen und gleichzeitig einen signifikant niedrigeren CO₂ Fußabruck haben.