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2025-09-02T20:54:04Z

Ausgangsstoffe und Aktivatoren ergänzt; Beständigkeit konkretisiert; Zitate hinzugefügt

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Als '''Geopolymere''' werden anorganische [[Bindemittel]] ([[Silikattechnologie]]) bezeichnet. Geopolymere können unter anderem für die Abdichtung und Reprofilierung von Abwasseranlagen genutzt werden.

== Geschichte ==

Bereits 1975 wurden Geopolymere als Naturbeton durch den Chemiker [[Joseph Davidovits]] benutzt. Zu dieser Zeit wurde der Begriff für die Reaktion von [[Kaolin|Metakaolinen]] in alkalischen Medien unter Bildung alumosilikatischer Polymere verwendet. Durch den Zusatz „Geo“ sollte die Nähe zu geologischen Materialien, also natürlichen Gesteinen und Mineralien, verdeutlicht werden. Bereits Ende der 1950er Jahre untersuchte Gluchovski unter dem Begriff ''Soil Cements'', wie thermisch aktivierte [[Tonminerale|Tone]], [[Asche]]n, natürliche [[Puzzolan]]e und auch [[Schlacke]]n als latenthydraulische Bindemittel verwendet werden könnten. Hierbei wird allgemein von einer alkalischen Aktivierung als Verfestigungsreaktion gesprochen. Bereits für die Konstruktion der ägyptischen Pyramiden wurde durch Davidovits ein [[Steinguss]]verfahren diskutiert, das auf derartigen Bindemittelsystemen beruhen sollte.<ref>{{Literatur |Autor=Joseph Davidovits |Titel=They built the pyramids |Verlag=Institut Géopolymère |Ort=Saint-Quentin |Datum=2008 |ISBN=2-9514820-2-7}}</ref> Die These fand in der Naturwissenschaft sowohl Unterstützung<ref>{{Internetquelle |url=http://www.livescience.com/1554-surprising-truth-great-pyramids-built.html |autor= Sheila Berninger, Dorilona Rose |titel=The Surprising Truth About How the Great Pyramids Were Built |werk=Live Science |sprache=en |datum=2007-05-18 |zugriff=2017-07-29}}</ref> als auch Ablehnung.<ref>{{Literatur |Autor=Dipayan Jana |Titel=Evidence from detailed petrographic examinations of casing stones from the great pyramid of khufu, a natural limestone from tura, and a man-made (Geopolymeric) limestone |Sammelwerk=Proceedings of the Twenty-Ninth Conference on Cement Microscopy |Datum=2007-05 |Online=[http://nebula.wsimg.com/1b249a805d9a5573e0ccdfa1da597c66?AccessKeyId=D94D99729EAEC69E9267&disposition=0&alloworigin=1 PDF]}}</ref>

Neue Entwicklungen geopolymerer Silikatbindemittel wurden durch die [[Bauhaus-Universität Weimar]] untersucht. Darüber hinaus basieren innovative Systeme auf einkomponentigen, hoch chemikalienbeständigen Silikatsystemen, die durch alkalische Aktivierung von [[Hüttensand]], Flugasche oder kalziniertem Ton mit [[Wasserglas|Pulverwasserglas]] (Na₂SiO₃), [[Natronlauge]] (NaOH) oder [[Kalilauge]] (KOH) realisiert werden. Die druckwasserdichten, schrumpffreien, umweltfreundlichen Systeme sind frei von Calciumhydroxid und haben somit eine ausgezeichnete Säure- und Laugenbeständigkeit (pH 0–14). Kombinationen und Konzentrationen von Ausgangsstoff und Aktivator beeinflussen Verarbeitbarkeit und [[Festigkeit]] maßgeblich.<ref name=":0">{{Literatur |Autor=Strijov, Michail |Titel=New Binder Systems and Concrete Concepts for Low-Emission Construction |Verlag=Technische Universität Dresden, Institut für Baustoffe |Ort=Dresden |Datum=2019-08 |Seiten=10, 21 |Online=https://oceanweb.io/MS-BSc.pdf}}</ref>

Anders als bei zementgebundenen Baustoffen bildet sich bei den Alkali-Silikat-Mörteln ein amorphes Silikatgel (SiO2 • nH2O) in der erhärteten [[Verbundwerkstoff#Matrix|Matrix]] des Bindemittels. Diese Alkali-Silikate, auch als [[Hydrogel]]e bezeichnet, sind im Gegensatz zu zementgebundenen Baustoffen beständig gegen alle anorganischen und organischen Säuren (außer [[Flusssäure]]).

Aufgrund der dreidimensionalen Vernetzung der Silikatstrukturen lassen sich sehr stabile Systeme erzeugen, die bereits ohne [[Faserarmierung]] Druckfestigkeiten von bis zu 95,3 N/mm² (7 Tage), 131 N/mm² (28 Tage) und Biegezugfestigkeiten von bis zu 10,41 N/mm² (7 Tage) bzw. 11,67 N/mm² (28 Tage) erreichen können. Bei Untersuchungen an der Universität in Dresden<ref>M. Curbach, E. Lorenz: [http://silicatetechnology.files.wordpress.com/2011/11/prc3bcfbericht-sinnotec.pdf ''Untersuchungen zur Anwendbarkeit von „Sinnodur-UHPC-Gießmörtel“ als hochfeste Feinbetonmatrix für Textilbeton.''] (PDF; 753 kB) Technische Universität Dresden, Fakultät für Bauingenieurwesen, Institut für Massivbau, Dresden 2010.</ref> konnte gezeigt werden, dass diese dreidimensionale Vernetzung sehr gut dazu geeignet ist, sogar die sehr glatten [[Kohlenstofffaser]]n sehr fest zu binden (Erstrissspannung >200 N/mm², Spannungs-Dehnungs-Beziehung bei 13,3 ‰ Dehnung >1.200 N/mm²). Man erkennt darüber hinaus in [[Rasterelektronenmikroskop|REM]]-Aufnahmen<ref>J. Rathenow: ''Abschlussbericht zu HA-Projekt 181/09-11, Silikattechnologie auf Basis von Nanotechnologie für Beschichtungen und Rohrleitungsbau.'' Sinnotec Innovation Consulting GmbH, Wiesbaden 2010.</ref> den ausgezeichneten Randschluss zum eingebetteten Füllstoffkorn und der druckwasserdichten Silikatmatrix.

== Synthesewege ==

Man kann zwischen zwei Synthesewegen unterscheiden:

#In alkalischem Medium (Na+, K+, Li+, Ca2+, Cs+ und dergleichen)
#Im sauren Medium mit [[Phosphorsäure]], [[Fruchtsäuren]]<ref>{{Internetquelle |url=http://karls-geopolymers.proboards.com/thread/78/organic-acid-geopolymers |titel=Organic Acid Geopolymers |werk=karls-geopolymers.proboards.com |sprache=en |offline=ja |archiv-url=https://web.archive.org/web/20170729184752/http://karls-geopolymers.proboards.com/thread/78/organic-acid-geopolymers |archiv-datum=2017-07-29 |archiv-bot= |zugriff=2017-07-29}}</ref> und [[Huminsäuren]].

Fruchtsäuren können auch verwendet werden, um Mineralien in alkalischem Medium reaktiver zu machen,
indem sie Metalle aus den Mineralien herauslösen.<ref>{{Internetquelle |url=http://karls-geopolymers.proboards.com/thread/4/wet-activation-clays-calcination |titel=Wet Activation of Clays instead of Calcination |werk=karls-geopolymers.proboards.com |sprache=en |offline=ja |archiv-url=https://web.archive.org/web/20170729183640/http://karls-geopolymers.proboards.com/thread/4/wet-activation-clays-calcination |archiv-datum=2017-07-29 |archiv-bot= |zugriff=2017-07-29}}</ref>

Die Extraktion von Tonen mit Fruchtsäuren zur Erhöhung der chemischen Reaktivität wird oft bei der Herstellung von [[Bleicherde]] verwendet.

== Verwendung ==

Diese druckwasserdichten und hoch chemikalienbeständigen Strukturen können auch für die Abdichtung und Reprofilierung von Abwasseranlagen genutzt werden. Es hat sich hierbei gezeigt, dass die geopolymeren, silikatischen Strukturen eine höhere Dichtigkeit besitzen als entsprechende zementäre oder polymere Abdichtungssysteme.<ref>B. Bosseler, M. Gillar, M. Liebscher: [http://silicatetechnology.files.wordpress.com/2011/11/seiten-aus-ka-2011-09-s-814ff-2.pdf ''Sanierung von Abwasserschächten – Untersuchung von Materialien und Systemen zur Abdichtung und Beschichtung.'' Teil 2 ''Lokale Abdichtungsmaßnahmen.''] In: ''Korrespondenz Abwasser.'' Band 58, Nr. 9, 2011, S. 814–824 (PDF; 608 kB).</ref><ref>M. Liebscher, M. Gillar: [http://www.ikt.de/website/down/f0180langbericht.pdf ''Sanierung von Abwasserschächten, Untersuchung von Materialien und Systemen zur Abdichtung und Beschichtung, Endbericht zum Forschungsprojekt Sanierung von Abwasserschächten.''] (PDF; 15,8 MB) AZ: I-2-ZV-2.1-08/068 und I-2-ZV-2.1-08/068.1 (IV-7-041 105 0251), IKT, Gelsenkirchen 2011.</ref>

Die Verarbeitung der geopolymeren Silikatbindemittel ist identisch zu den bisher eingesetzten polymeren- oder zementären Systemen. Es können alle existierenden Beschichtungsverfahren und Maschinen eingesetzt werden. Im Gegensatz zu Zementmörteln lassen sie sich aber aufgrund ihrer dichten Packung und ausgezeichneten Haftung auf mineralischen und metallischen Untergründen auch als dünnschichtige Beschichtung und Kratzspachtelung einsetzen. Aufgrund der guten Wasserdampfdiffussionsfähigkeit besteht hierbei keine Gefahr der Kondensation von Feuchtigkeit hinter der Beschichtung, wie es häufig bei polymeren Beschichtungssystemen auf feuchten mineralischen Untergründen zu beobachten ist.

Aufgrund der ausgezeichneten Chemikalienbeständigkeit sowie der anorganischen, quasi [[Keramik|keramischen]] Verbundstruktur ist keine [[Korrosion]] der Oberfläche zu erwarten. Ferner zeigen Geopolymerbetone in vielen Untersuchungen eine erhöhte Säure- und Sulfatbeständigkeit gegenüber portlandzementgebundenen Systemen. Die Dauerhaftigkeit ist jedoch deutlich mischungs- und kurabhängig.<ref name=":0" />

Die Haftung auf mineralischen Oberflächen ist durch das flüssige Bindemittel Wasserglas ausgezeichnet. Auch auf Stahl lässt sich eine sehr gute Haftung erreichen. Lediglich für Polymere wird zur Haftvermittlung ein Polymer-[[Hybridprimer]] zur Haftungsvermittlung benötigt.

== Umweltverträglichkeit ==

Durch den Einsatz von Hüttensand oder anderen latenthydraulischen Bindemitteln wie z. B. Aschen und Schlacken als Basisrohstoff lassen sich so sehr umweltfreundliche Beschichtungen und Werkstoffe herstellen, die eine sehr günstige CO2-Bilanz aufweisen. Diese Produkte sind lösemittelfrei und nutzen Wasser als umweltverträgliches Lösemittel. Aufgrund des niedrigen [[pH-Wert]]es (kein Ca(OH)2) ist es auch für die Verarbeiter ohne zusätzlichen Arbeitsschutz leicht und sicher verarbeitbar.

Es gibt unterschiedliche Wassergläser, die sich durch das metallische [[Gegenion]] unterscheiden. Natrium-Wasserglas ist die preiswerteste, aber leider auch pflanzentoxische Variante. [[Lithium]]-Wasserglas ist die reaktivste Variante, aber sehr teuer und ebenfalls nicht pflanzenverträglich. Kaliumwasserglas ist preiswert als Massenrohstoff erhältlich, als einziger Vertreter mit dem Pflanzendünger Kalium als Gegenion ausgestattet und damit sehr umweltfreundlich.

== Weblinks ==
{{Commonscat|Silicates}}
* [[b:Praktikum Anorganische Chemie/ Silicat|Wikibooks]]: Praktikum Anorganische Chemie/ Silicat – Lern- und Lehrmaterialien
* [http://www.mineralienatlas.de/lexikon/index.php/Silikat Mineralienatlas: Silikat] (Wiki)
* [http://ruby.chemie.uni-freiburg.de/Vorlesung/silicate_0.html Komplette Vorlesung über Silikate von ruby.chemie.uni-freiburg.de]
* [http://www.min-web.de/silikate.htm Mineralogie]-web.de
* [http://silicatetechnology.wordpress.com/ Blog: Silikattechnologie]

== Einzelnachweise ==
<references />

[[Kategorie:Polymer nach Eigenschaft]]

Geopolymer - Versionsgeschichte

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