Die Arbeit befasst sich mit den Möglichkeiten, die die Nanotechnologie für das Bauwesen und insbesondere für die Entwicklung innovativer Baustoffe liefert. Einleitend werden die Besonderheiten von Nanomaterialien zusammengefasst und ein Überblick über bereits realisierte Einsätze im Bauwesen gegeben, die an ausgewählten Beispielen näher beschrieben werden. Der erste Teil der eigenen Arbeiten beschreibt die Entwicklung eines verbesserten, auf Nanopartikeln und Sol-Gel-Prozessen basierenden Verfahrens zur Synthese reiner Phasen des Portlandzementklinkers. Dieses in der Baustoffkunde neue Verfahren ermöglicht eine schnelle und effiziente Synthese hochreiner Klinkerphasen und bildet damit die Grundlage für den zweiten Teil der Arbeit. Dieser befasst sich mit der Synthese und Untersuchung einfach und mehrfach dotierter Klinkerphasen. Dabei wurden erstmals gleichzeitig systematische Untersuchungen zum Einfluss des Einbaus von Fremdionen auf die kristalline Struktur und die Hydratationseigenschaften der für den Portlandzement wichtigen Klinkerphasen Alit und Aluminat durchgeführt. Völlig neu ist, dass dabei die gegenseitige Beeinflussung der eingebauten Fremdionen berücksichtigt wurde. In der Praxis ermöglichen die gewonnenen Erkenntnisse eine Abschätzung der Reaktivitätsänderung der Klinkerphasen aus den Röntgendiffraktogrammen des Portlandzementklinkers bzw. eine gezielte Steuerung der Prozessparameter bei der Zementherstellung zur Steuerung der Reaktivität des Zementes. Dies bedeutet, dass die Eigenschaften des Zementes und auch des daraus hergestellten Betons wesentlich schneller und mit geringerem Aufwand vorhergesagt werden können. Der dritte Teil der Arbeit befasst sich mit TiO2-basierten Nanomaterialien zur Anwendung in der Photokatalyse. Die Synthese und Untersuchung nanoskaliger TiO2-Photokatalysatoren ermöglicht die Herstellung multifunktionaler 'smarter Baustoffoberflächen. In der Arbeit konnte nachgewiesen werden, dass mit nanoskaligem TiO2 prinzipiell transparente Beschichtungen auf Baustoffoberflächen hergestellt werden können. Die synthetisierten Core-Shell-Systeme ermöglichen darüber hinaus die Anwendung der Photokatalyse mit sehr geringen Mengen an TiO2, da die Core-Shell-Partikel aus einem günstigen Kern aus SiO2 mit einer dünnen, photokatalytisch aktiven Schale aus TiO2 aufgebaut sind. An den Probekörpern wurde der Abbau von Modellsubstanzen nachgewiesen, die fest, gelöst oder gasförmig vorlagen. Die Photokatalyse auf Baustoffoberflächen eröffnet neue Möglichkeiten zur Herstellung multifunktionaler Baustoffe, die nicht nur selbstreinigend sind, sondern auch noch unter Einwirkung von Sonnenlicht Luftschadstoffe zersetzen können. Die Arbeit schließt mit einem Ausblick und Zukunftsperspektiven zur Anwendung von Nanomaterialien im Bauwesen, die eine Inspiration für weitere praktische Umsetzungen liefern.

This work gives attention to the possibilities of nano technology in regard to civil engineering and especially to the prospective of developing innovative building materials. The introduction gives a general outline of the specific properties of nano materials, followed by a comprehensive outline of the potential applications of nano materials for construction, which are profoundly described in different examples. The first chapter describes the development of an improved process of synthesizing pure clinker phases of ordinary Portland cement clinker, based on nano particles and a sol-gel process. This synthesis is an innovation in building material science and allows a fast and efficient production of high-purity clinker phases. For this reason, it is the basis for the second chapter of the work, which is about the synthesis and analysis of numerousness samples of single and multiple doped clinker phases. For the first time there was simultaneous research done on the influence of the incorporation of foreign ions on the crystal structure as well as on the hydration behavior of the most important clinker phases alite and aluminate. It is absolutely new, that the interactions of the different doped ions were taken into account. In practice the results allow to estimate the shift in reactivity of the clinker phases from the X-ray diffraction data or a controlled regulation of the process parameters during cement production in order to optimize the reactivity of cement. As a consequence, the properties of the cement and the concrete produced thereof can be predicted very fast. The third chapter of this work deals with the application of photo catalysis of TiO2 based nano materials. The synthesis and analysis of nano scaled TiO2 photo catalysts enables the production of multi functional building materials. In this work it was demonstrated, that it is possible to produce a nearly transparent coating for building materials. The core shell particles which were synthesized here allow the application of photo catalysts with very bw content of TiO2, because die material consists of a cheap core of SiO2 and a thin and photo catalytic active shell of TiO2. The decomposition of model compounds, either solid, in aqueous solution or gaseous, was detected for different samplies. The photo catalysis on the surface of building materials offers the opportunity to produce multi functional building materials, which are not only self cleaning, but also decompose airborne pollutant under the exposure to sunlight. The work ends with a summery and future perspective of the application of nano materials in construction, which gives inspirations for further practical implementations.