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In Entsalzungsanlagen und bei der Kaliproduktion entstehen weltweit jährlich 6806 Millionen Tonnen Salz als Abfall. Ziel des Forschungsprojektes ist es, das Abfallprodukt Salz als Ausgangsstoff für Baumaterialien zu nutzen. Die Forschung soll zeigen, wie sich die Verwendung von Salz in Kombination mit verschiedenen Bindemitteln, Stützstrukturen (Bewehrungen), Additiven sowie Herstellungsverfahren und Oberflächenbehandlungen auf relevante Baustoffeigenschaften (insbesondere Festigkeit und Steifigkeit) und die humanitäre Gesundheit (Mineralienanreicherung der Atemluft durch salzhaltige Baustoffoberflächen) auswirkt. Das Ziel des Projektes ist es, eine Grundlage für den Einsatz von Salz als Baustoff für Wand- und Verkleidungselemente in Gebieten mit geringen relativen Luftfeuchten zu schaffen.
Die erste Phase des Forschungsprojektes im Jahr 2023 widmete sich insbesondere der Entwicklung von geeigneten Bindemittel/Salz-Kombinationen sowie der Festigkeitsprüfung daraus hergestellter Probekörper. Im Rahmen des Projektes wurde zuerst festgestellt, welche Salze (chem. Zusammensetzung) in Entsalzungsanlagen und der Kaliproduktion vorkommen. Diese Salze wurden dann im Labor nachgestellt und für die weiteren Materialtests verwendet. Andere Ausgangstoffe, die für die salzhaltigen Mischungen ohne Bewehrung und Zusatzstoffe ausgewählt wurden, waren Zement (CEM II/A-LL 42,5 R), Sand (CEN-Normsand gemäß DIN EN 196), Gips (CaSO4 · 2 H2O) und Lehm (Lehm-Unterputz mit Stroh). Während der Experimente wurde festgestellt, dass ein Teil des zur Mischungsherstellung benötigten Wassers aus den salzhaltigen Bindemittelmaterialien deutlich langsamer entwich wie aus dem Referenzmaterial. Als Grund hierfür ist die reduzierte physikalische und chemische Wasserbindekapazität des Salzes im Vergleich zu Zement als Bindemittel zu nennen. Daher wurden neu hergestellte Materialien in einem Klimaschrank bei lediglich 50 % relativer Luftfeuchtigkeit und 23 °C gelagert, um das Abtrocknen der Proben zu beschleunigen.
Für die Untersuchung wurden vier verschiedene Mörtelzusammensetzungen mit den folgenden Bindemittel/Salz-Verhältnissen vorbereitet: 100/0, 75/25, 50/50 sowie 25/75 (jeweils M.-%/M.-%). Jede Mörtelzusammensetzung wurde mit unterschiedlichen Mengen destillierten Wassers gemischt. Die Mischungen aus Zement als Bindemittel und Salz wiesen die besten Verarbeitungseigenschaften (Konsistenz) des Frischmörtels sowie die höchsten Festigkeiten auf. Dies ist für die spätere Anwendung zur Herstellung von Wandpaneelen zwingend erforderlich. Daher wurde Zement als Bindemittel für die weitere Bearbeitung in diesem Forschungsprojekt ausgewählt. Die weiteren Materialkombinationen (Gips-Salz, Lehm-Salz) wiesen lediglich unzureichende mechanische Eigenschaften auf, oder besaßen selbst nach 2 monatiger Lagerung bei 60 % relativer Luftfeuchtigkeit und 20 °C noch keine Verfestigung.
Bei dem Projekt vorangegangen Untersuchungen hat sich herausgestellt, dass steigenden Salzanteile in einem nachhaltigen Beton dessen Dichte erhöhen, jedoch die Druckfestigkeit senken. Zur Verbesserung der Festigkeitseigenschaften auch bei hohen Salzanteilen wurde die Wirkung unterschiedlicher erhärtender Additive (Na-Alginat und Maltodextrin) sowie der Einsatz von Stützstrukturen (Bewehrung mit Glasfasern, Polyvinylalkoholfasern sowie Jutematten) untersucht. Erste Ergebnisse hierzu zeigen, dass insbesondere die Verwendung der Additive enormes Verbesserungspotenzial aufweist.
Die Kristallisation von Salz in Zement-Salz-Materialverbünden hängt stark von der Oberflächengeometrie und den Lagerbedingungen ab. Die Zugabe von Salz beeinflusst die Oberflächenstruktur und die Kristallisation beginnt mit der Keimbildung bei einer bestimmten Temperatur und Feuchtigkeit. Um das optimale Verhältnis für salzbasierte nachhaltige Betone zu bestimmen, wurden und werden derzeit die Einflüsse unterschiedlicher Lagerungsbedingungen und Oberflächengeometrien auf die Kristallbildung systematisch untersucht.
Projektstandort: Technische Universität München, School of Engineering and Design, Lehrstuhl für Werkstoffe und Werkstoffprüfung im Bauwesen, Prof. Dr.-Ing. Prof. h.c. Christoph Gehlen, Stellvertretende Institutsleitung: Dr.-Ing. Thomas Kränkel, Franz-Langinger-Straße 10, 81245 München
Forschende Post-Doc-Stelle und Projektleitung: Dr.-Ing. Vesna Pungerčar
Projektdauer: 2023–2026