title: Entwicklung und Charakterisierung von Miscanthus faserverstärkten Geopolymerschäumen
Creators: name: Walbrück, Katharina
Publisher: name: Technische Universität Berlin
Year: 2024
Subjects: subject: 600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften::690 Hausbau, Bauhandwerk::691 Baustoffe
subject: Miscanthus x giganteus
subject: geopoylmer foams
subject: insulation materials
subject: fiber-reinforced
subject: fly ash
subject: Geopolymerschäume
subject: Dämmstoffe
subject: faserverstärkt
subject: Flugasche

description: Die Nachfrage nach nachhaltigen, umweltfreundlichen und CO2-reduzierten Dämmstoffen steigt stetig. Insbesondere im Hinblick auf den fortschreitenden Klimawandel, sind die Reduzierung des CO2-Ausstoßes, die Verringerung des Energieverbrauchs von Gebäuden, sowie die Schonung natürlicher Ressourcen, wichtige Forderungen für den Erhalt der Umwelt. Zu den am häufigsten eingesetzten Wärmedämmstoffen zählen derzeit Polystyren, Polyurethan und Mineralwolle, für deren Herstellung jedoch eine erhebliche Menge an Energie eingesetzt werden muss. Eine sinnvolle Alternative stellen Dämmstoffe auf Basis nachwachsender Rohstoffe dar. Als sehr aussichtsreiche Gruppe von nachwachsenden Rohstoffen gelten mehrjährige, schnellwachsende Low-input Kulturen, wie das aus dem ostasiatischen Raum stammende Großgras Miscanthus. Ziel dieser Arbeit liegt in der Entwicklung und Charakterisierung Miscanthus faserverstärkter Geopolymerschäume für den Einsatz als Dämmstoff. Dazu wurden zunächst die Grundlagen aus Bereichen nachwachsender Rohstoffe, Dämmstoffe, Schaumtechnologie sowie Geopolymeren zusammengetragen. Ein besonderer Schwerpunkt lag dabei auf der Herstellung von naturfaserverstärkten Geopolymerschäumen. Ausgehend von den Grundlagen wurde der Ausgangsstoff Miscanthus hinsichtlich seiner Dämmeigenschaften, wie Wärmeleitfähigkeit und Porenstruktur charakterisiert und im Anschluss durch Kombination mit geschäumten Geopolymeren, Miscanthus faserverstärkte Dämmstoffplatten hergestellt. Mittels statistischer Versuchsplanung wurde im nächsten Schritt der Einfluss verschiedener Faktoren (Fasergehalt, Faserlänge, Aushärtungstemperatur, Menge an Schaumbildner, Gehalt an pyrogener Kieselsäure und spezifische Oberfläche der pyrogenen Kieselsäure) auf die Wärmeleitfähigkeit und Druckfestigkeit der hergestellten Dämmstoffe untersucht. Im Ergebnis konnte dabei ein signifikanter Einfluss des Fasergehalts, der Faserlänge und der Menge an Schaumbildner festgestellt werden. Untersuchungen zur Porosität, mineralogischen Zusammensetzung, Molekülstruktur, sowie Mikrostruktur ergänzen diese Ergebnisse. Abschließend wurde auf Grundlage der statistischen Daten eine optimale Zusammensetzung mit niedriger Wärmeleitfähigkeit und gleichzeitig hoher Druckfestigkeit ermittelt.
description: The demand for sustainable, environmentally friendly, and low-carbon insulation materials is constantly increasing. Especially considering the progression of climate change, reducing CO2 emissions, reducing the energy consumption of buildings, and conserving natural resources are all important requirements for preserving the environment. The most frequently used thermal insulation materials currently include polystyrene, polyurethane, and mineral wool, but a considerable amount of energy is used in their production. Insulation materials based on renewable raw materials are a sensible alternative. An extremely promising group of renewable raw materials includes multi-year, fast-growing low-input crops, such as the tall grass Miscanthus from East Asia. The aim of this paper is the development and characterization of Miscanthus fiber-reinforced geopolymer foams for use as insulation material. To this end, the basics of renewable raw materials, insulation materials, foam technology and geopolymers were compiled first. Particular attention was paid to the production of natural fiber stabilized geopolymer foams. Starting from the basics, the raw material Miscanthus was characterized with regard to its insulating properties such as thermal conductivity and pore structure, and subsequently Miscanthus fiber-reinforced insulation boards were produced by combining with foamed geopolymers. In the next step, the influence of various factors (fiber content, fiber size, curing temperature, foaming agent content, content of fumed silica and specific surface area of the fumed silica) on the thermal conductivity and compressive strength of the produced insulating materials was investigated by means of statistical experiment planning. As a result, it could be determined that the fiber content, fiber size and foaming agent content had a significant influence. Investigations concerning porosity, mineralogical composition, molecular structure, and microstructure complement these results. Finally, an optimal composition with low thermal conductivity, and at the same time high compressive strength, was determined based on the statistical data.