Prof. Dr. Jürgen Neubauer

JN

Naturwissenschaftliche Fakultät

Adresse

Schlossgarten 591054 Erlangen
Zimmer: 2.210, Geschoss: 02

Kontakt

Scopus Author ID: 7006452280

Forschungsschwerpunkte

Die Forschung konzentriert sich auf Fragen, wie sich Qualität und Nachhaltigkeit unterschiedlicher Zemente und Materialien, u.a. für Betone, bauchemische Formulierungen und Feuerfestmaterialien verbessert werden können. Im Einzelnen werden…

  • Hydratations- oder Reaktionsmechanismen erforscht mit QXRD, WF-Kalorimetrie, TGA, DVS, Simulationsrechnungen, Modellierungen etc.,
  • Zusammenhänge aufgeklärt bei der Interaktion der Mineralphasen mit H2O oder organischen Additiven,
  • Materialien und Mischungen für CO2-neutrale Baustoffe untersucht und entwickelt,
  • CO2-Bindung an klassische Ca-basierte Zemente und an Mg-Silikat Zemente untersucht.

Forschungsprojekte

(seit 2020)

  • Olivin-basierte Zemente – Grundlagenuntersuchungen für ein CO2-neutrales Bindemittel


    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
    Laufzeit: 1. November 2023 - 28. Februar 2026
    Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)

  • Die Kinetik der C3S-Hydratation – Physikalisch-chemische Modellierung unter Berücksichtigung von K+, Al(OH)4-und SO42- in der Porenlösung


    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
    Laufzeit: 1. Oktober 2023 - 30. September 2025
    Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)

  • Entschlüsselung von Karbonatisierungs- und Hydratisierungsmechanismen kalkarmer Zementklinker


    (Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
    Titel des Gesamtprojektes: Kohlendioxidreduktion durch kalkarme Klinker und Karbonisierungshärtung
    Laufzeit: 1. August 2021 - 31. Juli 2025
    Mittelgeber: Bundesministerium für Forschung, Technologie und Raumfahrt (BMFTR)
    Abstract
    Der Klimaschutzplan 2050 der Bundesregierung spiegelt das Pariser Klimaschutzabkommen vom Dezember 2015 als nationale Verpflichtung wider, mit dem Ziel bis ins Jahr 2030 die Treibhausgasemissionen um 55% gegenüber 1990 zu senken. Die weitgehende Treibhaus-gasneutralität für Deutschland wird bis 2050 angestrebt. Einen maßgeblichen Anteil an den entstehenden Emissionen hat mit ca. 20% der Sektor Industrie, wobei ca. 5% der CO2-Emissionen auf die Zementindustrie entfallen. Diese Emissionen haben ihre Ursache zum einen im prozessbedingten Verbrauch von Brennstoffen und Energie, vor allem aber im Einsatz von primärem Kalkstein bei der Herstellung des Zementklinkers. Vor diesem Hintergrund hat die Zementindustrie während der letzten Jahre bereits große Anstrengungen unternommen, die energetisch bedingten CO2-Emissionen zu minimieren und die CO2-Bilanz der Zemente durch eine Verringerung des Klinkeranteils bei gleichzeitiger Erhöhung des Anteils von Zumahlstoffen zu verbessern.Bei der Herstellung des Portlandzementklinkers selbst ist die Komponente „Kalkstein“ ein bisher unverzichtbarer Bestandteil des Rohmehls, da es derzeit keine andere natürliche Kalziumquelle in vergleichbarer Menge und globaler Verteilung gibt. Dem Rohmehl werden zur Einstellung des gewünschten Mineralphasenbestandes weitere Materialien zur Bereitstellung von Silizium, Aluminium und Eisen zugegeben. Dies sind i.d.R. tonhaltige Gesteine, Quarzsande und industrielle Nebenprodukte wie Aschen sowie Hütten- und Gießereisande. Das Rohmehl wird im anschließenden Klinkerbrennprozess thermisch entsäuert. Aus diesem Schritt resultieren rund 63% der bei der Zementklinkerherstellung freigesetzten CO2-Emissionen. Anders ausgedrückt führt die Kalzinierung von Kalkstein zu ca. 530 kg CO2 pro Tonne Klinker, bei einer Gesamtemission von ca. 840 kg CO2 pro Tonne Klinker.Ein Material, das bisher als Rohmehlkomponente und potentieller Ersatz für primären Kalkstein kaum Beachtung fand, ist hydratisierter, erhärteter Zementstein in Altbeton, sogenannter RCP (Recycled Concrete Paste). Dieser kann während des Recyclings von Abbruchbeton und selektiver Trennung von Grobzuschlag und Sandfraktion gewonnen werden. Der im Beton vorliegende, hydratisierte Zementstein hat eine dem Klinker ähnliche chemische Zusammensetzung und ist potenziell in großen Mengen verfügbar. Auch wenn sich bereits Technologien für eine verbesserte selektive Trennung abzeichnen, wird die Trennung des Zementsteins von feinstem Sand und Füllstoffen nicht zu 100% möglich sein und die Zusammensetzung des Rezyklats auf einen kalkärmeren Chemismus hinauslaufen. Pro Tonne produziertem Portlandzementklinker besteht ein Bedarf an ca. 1,2 Tonnen primärem Kalkstein als Rohmehlkomponente. Jede Tonne Kalkstein emittiert hierbei ca. 440 Tonnen CO2. Bei der Herstellung von Portlandzementklinker ist ein Ersatz von Kalkstein durch RCP auf ca. 25% limitiert, u.a. aufgrund der Anforderungen an den kalkreichen Chemismus. Dies würde unter Berücksichtigung einer Vorkarbonatisierung von 20% zu einer CO2-Ersparnis von ca. 105 kg pro Tonne Klinker führen.

  • Maßgeschneiderte Fließgrenze für den 3D-Druck mit klinkerarmen Zementen


    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
    Laufzeit: 1. Juni 2021 - 31. Mai 2024
    Mittelgeber: DFG / Schwerpunktprogramm (SPP)
    Abstract
    Mit diesem Vorhaben werden zwei wesentliche Ziele verfolgt. Zunächst soll mit einer Zeitauflösung von ca. 10 min die Entwicklung der relevanten, die Rheologie definierenden, Parameter während der frühen Zementhydratation verfolgt und evaluiert werden. Dabei spielt die Entwicklung der Oberfläche der Klinkerphasen, die Morphologie und Menge der sich bildenden Hydratphasen sowie der verbleibende Gehalt und die Verfügbarkeit an ungebundenem und rheologisch wirksamem Wasser eine maßgebliche Rolle. Diese und weitere Parameter werden mit einer Kombination aus verschiedenen physikalischen, chemischen und rheologischen Messmethoden verfolgt und quantifiziert. Wichtig ist dabei auch hervorzuheben, dass die vorgeschlagenen Methoden mitunter überlappende Informationen liefern, sodass eine wechselseitige Validierung die Konsistenz der Messdaten bestätigen kann. Im zweiten Abschnitt soll dann der Einfluss verschiedener rheologisch aktiver Additive auf die zuvor genannten Parameter evaluiert werden. Dabei sind wichtige Informationen zur Wirkungsweise bauchemischer Additive und den grundsätzlichen Mechanismen der Überlagerung der Zementhydratation und der zeitlichen Entwicklung der Baustoffrheologie zu erwarten. Diese Informationen bilden die unverzichtbare Grundlage für ein vertieftes Verständnis der Rheologie in Frischbetonen.

Publikationen