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grundstruktur einer Geopolymerverbindung

Geopolymer

Ein Begriff, eine Stoffgruppe, die in den letzten Jahren in vielen Bereichen des Bauwesens und der Industrie aufgrund seiner Eigenschaften immer mehr an Bedeutung gewonnen hat.

Wir sind Technologieentwickler und Berater in Sachen Immobilisierung ihrer Rückstände mit Geopolymer.

Wir sind Dienstleister in Sachen Schulungen zum Erlernen des Umgangs mit dem Material Geopolymer.

Wir sind Lieferant der Komponenten für Geopolymer.

Unter Geopolymeren versteht man amorphe Aluminosilicate, deren polymere Struktur durch Raumnetze ohne kristallographische Fernordnung beschrieben werden kann. Chemisch betrachtete ist Geopolymer ein Kondensationsprodukt aus rein anorganischen Ausgangskomponenten. Die Vorsilbe "Geo" der Bezeichnung weist auf den anorganisch-mineralischen Charakter der Komponenten hin. Ausgehend vom Kaolin (Kaolinit: Al2O3 · 2SiO2 · 2H2O), dem „klassischen“ Ausgangsmineral (2-Schicht-Tonmineral), sind zur Herstellung von Geopolymer-Bindemitteln zwei Aktivierungsschritte erforderlich.

  1. Thermische Aktivierung bei Temperaturen unter 900 °C
  2. Chemische (alkalische) Aktivierung mit stark basischen Lösungen

Die moderate Wärmebehandlung (Schritt 1) des kristallinen 2-Schicht-Tonminerals bei Temperaturen im Bereich min. 750 C bis max. 900 C führt über die Entwässerung gemäß nachfolgender Reaktion zur Ausbildung einer amorphen Struktur („Metakaolin“).


Die Erstarrung und Verfestigung erfolgt durch Vernetzung der gelösten Monomere. Die Polykondensation, unter Bildung von Wasser und den bekannten Merkmalen einer Polymerbildung (zeitliche Folge von unabhängigen Reaktionsschritten für Kettenwachstum mit mehrfacher Verzweigung), stellt den Grundprozess dar. Die nachfolgende Abbildung verdeutlicht einen solchen Kondensationsschritt.


Die Geopolymer-Binderwirkung wird, nicht durch die Bildung von Hydraten wie bei der Zementhydration sondern, durch die oben beschriebene Bindungsreaktion unter Abgabe von Wasser realisiert. Dadurch ist es einerseits nicht möglich, absolut porenfreie geopolymergebundene Werkstoffe zu erzeugen und andererseits aber – im Gegensatz zu Zement-Bindern – wird unter anderem eine merkliche Temperaturbeständigkeit der Materialien vom Niedrigtemperaturbereich (<-18°C) bis in den Hochtemperaturbereich (>250°C) möglich.

Geopolymere zeichnen sich unter anderem durch Folgendes aus:

  • Rein anorganische Basis
  • Hydraulisches Bindemittel
  • Druckwasserdichtheit
  • Schrumpffreiheit
  • Sehr gute Chemikalienbeständigkeit
  • Positive Umweltaspekte durch günstige CO2-Bilanz und das Fehlen von Calciumhydroxid
  • Verarbeitung analog zu zementbasierten Systemen
  • hohe strukturelle Stabilität

In den 1990er Jahren konnte B.P.S. Engineering GmbH gemeinsam mit Professor Joseph Davidovits vom Institut Gèopolymère St. Quentin, Frankreich, anhand von Laborstudien und in einem großtechnischen Versuch den Nachweis erbringen, dass Geopolymer zur langzeitstabilen und sicheren Einbindung radioaktiver und toxischer Rückstände aus Wasserbehandlungsanlagen der Wismut GmbH geeignet ist.

Basierend auf diesen Ergebnissen haben wir über die Jahre unser Wissen und unsere Erfahrungen zum Einsatz von Geopolymer auf andere relevante Stoffgruppen (z. B. NORM – Natural Occurring Radioactive Material, TENORM – Technologically Enhanced Natural Occurring Radioactive Material)* übertragen und erweitern können.

Von 2012 bis 2014 haben wir uns im Rahmen eines Forschungsprojektes gemeinsam mit der Bauhaus-Universität Weimar mit der Entwicklung anwendungsrelevanter, alternativer Bindemittel zur Immobilisierung auf der Basis von Geopolymer beschäftigt.

Wir sind Technologieentwickler und Berater in Sachen Immobilisierung ihrer Rückstände mit Geopolymer.

Wir sind Dienstleister in Sachen Schulungen zum Erlernen des Umgangs mit dem Material Geopolymer.

Wir sind Lieferant der Komponenten für Geopolymer.

Ingenieurbüro, B.P.S.Engineering GmbH, Brunnenstraße 68, 07580 Ronneburg, Germany, Phone +49 (0)36602-40929-0