BioResComp - Neue Geopolymerbeton-Verbundkonstruktionen mit erhöhter Resistenz gegen biogene Schwefelsäurekorrosion in Abwassersystemen

Die enormen Schäden an Kanal- und Klärsystemen aufgrund von biogener Schwefelsäure-Korrosion (BSK) stellen eine globale, technische und volkswirtschaftliche Herausforderung dar. Einerseits entstehen hohe Kosten durch Schäden an Bauteilen aus Beton und Metall, und andererseits birgt die Freisetzung von toxischen Gasen ein großes gesundheitliches Gefahrenpotential. Schätzungen zufolge sind in Deutschland ca. 10 % der Kanalisation von BSK betroffen. Daraus resultierende Sanierungsaktivitäten verursachen allein in Deutschland jährliche Kosten von über 450 Millionen Euro. Für die Sanierung von Bestandsbauwerken werden derzeit zwei Wege beschritten: Einerseits der Einbau von Kunststoff-Inlinern und andererseits das Aufbringen innenliegender Beschichtungen. Für Letzteres kommen in den meisten Fällen kunststoff-modifizierte Mörtel (organische Polymere) und Kunstharze (z.B. Epoxidharze) zum Einsatz. Da sich in vielen Fällen solche Reparaturmaßnahmen als aufwändig und kurzlebig erwiesen haben, wurden anorganische Alternativmaterialien auf Basis der Silikat-Technologie entwickelt. Dabei handelt es sich durchwegs um sehr dünne Beschichtungen. Der Nachweis ihrer langfristigen Funktionalität muss noch erbracht werden. Im Gegensatz zu herkömmlichem Sulfat Angriff wird BSK über den Transport und die Diffusion von korrosiven Gasen, hauptsächlich H2S und CO2 sowie anschließende biogene Umwandlungsprozesse kontrolliert. Dünnwandige Beschichtungen mit Silikat-basierenden anorganischen Materialien sind generell wasserdicht, jedoch Gasdiffusionsoffen und bilden daher keinen ausreichenden Schutz des dahinterliegenden Normalbetons gegenüber BSK. Geopolymere zählen ebenfalls zu dieser Materialgruppe, können jedoch je nach Zusammensetzung stark unterschiedliche physikalische und mikrostrukturelle Eigenschaften aufweisen. Werden Geopolymere mit Zuschlägen vermischt, spricht man von Geopolymerbeton. Bei geeigneter Rezeptur besitzt dieser eine herausragende chemische Resistenz und Stabilität gegen BSK. In eigenen Vorarbeiten konnte gezeigt werden, dass durch die Zugabe von geeigneten metallischen Zusatzstoffen in die Geopolymerbeton-Rezeptur, das Wachstum jener Bakterien, die den hochkorrosiven Angriff des Betons verursachen, stark gehemmt werden kann. Darauf aufbauend wird im Projekt BioResComp der Ansatz verfolgt, derartige neue antibakterielle Geopolymerbetone als Baustoff jenseits von Dünnbeschichtungen sowohl für Sanierungsmaßnahmen als auch im Neubau einzusetzen. Es ist davon auszugehen, dass aus wirtschaftlichen Gründen das Bauen ganz ohne Normalbeton keine Zukunft haben wird. Somit verfolgt das Projekt eine neue Verbundbauweise mit Normalbeton und Geopolymerbeton, bei der es auf eine kraftschlüssige, stabile Verbundwirkung zwischen den beiden Materialien ankommt. Zur Erforschung derselben wird ein ganzheitlicher, interdisziplinärer und experimentell dominierter Ansatz gewählt, in dem nicht nur das mechanische Verbundverhalten und die chemischen Korrosionsvorgänge untersucht werden, sondern auch die Veränderung der mikrobiologischen Vorgänge im Vergleich zu „State of the Art“-Anwendungen analysiert werden. Die Arbeitshypothese ist hierbei, dass sich bei entsprechend dicken Schichten im Bereich mehrerer Zentimeter in Kombination mit antibakteriellen Geopolymerbetonen ein stationärer Zustand zwischen dem biogenen Angriff und der entsprechenden Material- bzw. Systemresistenz einstellt. Die bei Verbundkonstruktionen nahezu unvermeidbare Rissbildung wird als Bestandteil des Systems betrachtet und im Forschungsprogramm entsprechend berücksichtigt.