Lafarge arbeitet an der Entwicklung immer innovativerer Baustoffe. Aus diesem Grund möchte die Gruppe die Eigenschaften von Baustoffen besser verstehen. Deshalb werden sowohl Grundlagenforschung als auch komplexe Experimente durchgeführt.
Nanotechnologie: das Innenleben der Stoffe
Die Forschungs- und Entwicklungsteams von Lafarge nutzen ausgereifte Technologie zur Untersuchung der Mikrostruktur von Stoffen auf der Nanoebene, also im unvorstellbar kleinen Bereich*.
*Nanoebene: 10-9
Technologien zur Betrachtung der Nanoebene bieten wertvolle Möglichkeiten:
- Untersuchung der Mechanismen, die für Widerstandsfähigkeit, Festigkeit und Haltbarkeit von Stoffen eine Rolle spielen
- Verständnis der zugrunde liegenden physikalischen und chemischen Eigenschaften, um diese besser zu kontrollieren und zu nutzen
Folglich können Nanotechnologien die Produktleistung verbessern und neue Perspektiven für Architekten eröffnen, da Baustoffe zur Verfügung stehen, die eine verbesserte Struktur mit optimierten Eigenschaften aufweisen. Durch vermehrtes Wissen über Stoffe können wir die Ressourcen unseres Planeten schonender einsetzen. Durch die Optimierung der Wärmeträgheit sinken beispielsweise der Energiebedarf und die CO2-Emissionen, die durch Heizung und Klimatisierung entstehen.
Die Gruppe nutzt hochmoderne Technologien, zum Beispiel die Atommikroskopie, die Rasterelektronenmikroskopie und die Röntgenmikroskopie.
Zentrale Forschungsobjekte:
- Wasseraufnahmeprozesse in Stoffen,
- Haltbarkeit,
- Empfindlichkeit gegenüber extremen Temperaturen oder Feuchtigkeit.
P. J. M. Monteiro, Leiter der Abteilung Bauingenieurwesen, Mechanik und Stoffe an der University of California in Berkeley.
"Über einen langen Zeitraum hinweg nahmen wir an, dass Baustoffe homogen sind. Durch Arbeiten auf mikroskopischer Ebene ist uns aber bewusst geworden, dass Baustoffe hochkomplex und heterogen sind. Heute nutzen wir die modernsten Verfahren, um wertvolle Informationen über die Mikrostruktur der Stoffe zu erhalten. Die Forschung konzentriert sich nun auf die Nanoebene, und die dadurch entstehenden Herausforderungen sind riesig."
Superbetonverflüssiger: das Wunder des flüssigen Betons
Beton ist ein besonders schwer zu verarbeitender Baustoff, da die einzelnen Partikel sich anziehen, wenn sie mit Wasser in Berührung kommen. Die dem Beton eigene Festigkeit und Viskosität führt dazu, dass die Handhabung problematisch ist, insbesondere wenn hochwertige Oberflächen erforderlich sind. Superbetonverflüssiger werden eingesetzt, um die Fluidität des Betons zu erhöhen, ohne Wasser hinzuzufügen. Diese Moleküle trennen die Zementkörner auf physikalische Weise, indem die Anziehungskraft neutralisiert wird. Somit bleibt der Beton über zwei Stunden lang flüssig und kann einfacher verwendet werden, ist widerstandsfähiger und länger haltbar.
Körnerstapel für noch widerstandsfähigen Beton
Wasser, das während des Setzens des Betons nicht verdunstet, führt zu Porenbildung. Dadurch können Risse entstehen und die Stabilität des fertigen Materials kann vermindert werden. Das Stapeln von Körnern ist ein Prozess, der Kompaktheit und Widerstandsfähigkeit des Betons durch Verringerung der Porosität erhöht.
Bei dieser Technik wird ein Teil des Wassers, das üblicherweise zur Bereitung von Beton zum Einsatz kommt, durch feine und ultrafeine Körner ersetzt, die die Räume zwischen den größeren Körnern einnehmen. Das Ergebnis ist ein flüssigerer Beton, der nach dem Setzen kompakter ist. Da die kleineren Poren bessere Beständigkeit gegenüber Witterungseinflüssen (zum Beispiel Wasser, Luft und CO2) bieten, ist das Stapeln von Körnern eine Möglichkeit, die mechanischen Eigenschaften und die Haltbarkeit des Betons zu verbessern.
