Prof. Dr. Jürgen Neubauer

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Prof. Dr. Jürgen Neubauer

Faculty of Sciences

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Schlossgarten 5 91054 Erlangen
Room: 2.210

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Scopus Author ID: 7006452280

Research Topics

Research focuses on questions such as how to improve the quality and sustainability of a wide variety of cements and materials used in construction and refractories. In more detail, we are

  • exploring hydration or reaction mechanisms using QXRD, WF calorimetry, TGA, DVS, simulation calculations, modelling, etc.,
  • clarifying correlations in the interaction of mineral phases with H2O and organic additives,
  • investigating and developing materials and mixtures for CO2-neutral building materials,
  • investigating CO2 immobilization in Ca-based cements as well as in Mg-silicate cements.

Research Projects

(since 2020)

  • Olivin-basierte Zemente – Grundlagenuntersuchungen für ein CO2-neutrales Bindemittel


    (Third Party Funds Single)
    Project leader:
    Term: 1. November 2023 - 28. February 2026
    Funding source: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)

  • Die Kinetik der C3S-Hydratation – Physikalisch-chemische Modellierung unter Berücksichtigung von K+, Al(OH)4-und SO42- in der Porenlösung


    (Third Party Funds Single)
    Project leader:
    Term: 1. October 2023 - 30. September 2025
    Funding source: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)

  • CO2 reduction by use of low lime clinkers and carbonation hardening. (K4)Teilprojekt 2: Clarifying carbonation and hydration mechanisms of low lime clinkers.


    (Third Party Funds Group – Sub project)
    Overall project: Kohlendioxidreduktion durch kalkarme Klinker und Karbonisierungshärtung
    Project leader:
    Term: 1. August 2021 - 31. July 2025
    Acronym: K4
    Funding source: Bundesministerium für Forschung, Technologie und Raumfahrt (BMFTR)
    Abstract

    Der Klimaschutzplan 2050 der Bundesregierung spiegelt das Pariser Klimaschutzabkommen vom Dezember 2015 als nationale Verpflichtung wider, mit dem Ziel bis ins Jahr 2030 die Treibhausgasemissionen um 55% gegenüber 1990 zu senken. Die weitgehende Treibhaus-gasneutralität für Deutschland wird bis 2050 angestrebt. Einen maßgeblichen Anteil an den entstehenden Emissionen hat mit ca. 20% der Sektor Industrie, wobei ca. 5% der CO2-Emissionen auf die Zementindustrie entfallen. Diese Emissionen haben ihre Ursache zum einen im prozessbedingten Verbrauch von Brennstoffen und Energie, vor allem aber im Einsatz von primärem Kalkstein bei der Herstellung des Zementklinkers. Vor diesem Hintergrund hat die Zementindustrie während der letzten Jahre bereits große Anstrengungen unternommen, die energetisch bedingten CO2-Emissionen zu minimieren und die CO2-Bilanz der Zemente durch eine Verringerung des Klinkeranteils bei gleichzeitiger Erhöhung des Anteils von Zumahlstoffen zu verbessern.

    Bei der Herstellung des Portlandzementklinkers selbst ist die Komponente „Kalkstein“ ein bisher unverzichtbarer Bestandteil des Rohmehls, da es derzeit keine andere natürliche Kalziumquelle in vergleichbarer Menge und globaler Verteilung gibt. Dem Rohmehl werden zur Einstellung des gewünschten Mineralphasenbestandes weitere Materialien zur Bereitstellung von Silizium, Aluminium und Eisen zugegeben. Dies sind i.d.R. tonhaltige Gesteine, Quarzsande und industrielle Nebenprodukte wie Aschen sowie Hütten- und Gießereisande. Das Rohmehl wird im anschließenden Klinkerbrennprozess thermisch entsäuert. Aus diesem Schritt resultieren rund 63% der bei der Zementklinkerherstellung freigesetzten CO2-Emissionen. Anders ausgedrückt führt die Kalzinierung von Kalkstein zu ca. 530 kg CO2 pro Tonne Klinker, bei einer Gesamtemission von ca. 840 kg CO2 pro Tonne Klinker.

    Ein Material, das bisher als Rohmehlkomponente und potentieller Ersatz für primären Kalkstein kaum Beachtung fand, ist hydratisierter, erhärteter Zementstein in Altbeton, sogenannter RCP (Recycled Concrete Paste). Dieser kann während des Recyclings von Abbruchbeton und selektiver Trennung von Grobzuschlag und Sandfraktion gewonnen werden. Der im Beton vorliegende, hydratisierte Zementstein hat eine dem Klinker ähnliche chemische Zusammensetzung und ist potenziell in großen Mengen verfügbar. Auch wenn sich bereits Technologien für eine verbesserte selektive Trennung abzeichnen, wird die Trennung des Zementsteins von feinstem Sand und Füllstoffen nicht zu 100% möglich sein und die Zusammensetzung des Rezyklats auf einen kalkärmeren Chemismus hinauslaufen. Pro Tonne produziertem Portlandzementklinker besteht ein Bedarf an ca. 1,2 Tonnen primärem Kalkstein als Rohmehlkomponente. Jede Tonne Kalkstein emittiert hierbei ca. 440 Tonnen CO2. Bei der Herstellung von Portlandzementklinker ist ein Ersatz von Kalkstein durch RCP auf ca. 25% limitiert, u.a. aufgrund der Anforderungen an den kalkreichen Chemismus. Dies würde unter Berücksichtigung einer Vorkarbonatisierung von 20% zu einer CO2-Ersparnis von ca. 105 kg pro Tonne Klinker führen.

  • Low-Clinker-Cement-3D-Print (LCC3D)


    (Third Party Funds Single)
    Project leader:
    Term: 1. June 2021 - 31. May 2024
    Funding source: DFG / Schwerpunktprogramm (SPP)
    Abstract

    Two substantial goals are pursued in this proposal.Initially the highly time resolved (ca. 10 min) evolution of the relevant rheology determining parameters during the early cement hydration will be traced and evaluated. Here the evolution of the specific surface area of the clinker phases, the evolution of the morphology and the amount of the forming hydrate phases as well as the availability and amount of the residual unbound and rheology active water fraction play a significant role. These parameters and others will be traced and quantified by a combination of different physical, chemical and rheological analytic methods. Important to highlight that most of the proposed analytic methods provide overlapping information, allowing a cross validation in order to confirm the consistency of the measured results.In the second part the influence of different rheology active additives on the above mentioned parameters will be evaluated. Thereby important information on the effect of building additives and the fundamental working mechanisms of the superimposition of cement hydration and the development of rheological properties over time are expected. These information are compulsory for further in deep understanding of the rheology in fresh concretes. 

Publications