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OPTERRA_Forum_2_2016

20 | OPTERRA FORUM | 2- 2016 OPTERRA SPEZIAL zur Senkung des rohstoffbedingten CO2 dar. So werden weltweit zunehmend reine Portlandzemente durch soge- nannte Kompositzemente ersetzt. In Deutschland ist die Trendwende bereits vollzogen. Hier haben die Komposit- zemente den reinen Portlandzement innerhalb weniger Jahre als dominierende Zementart abgelöst [8] . Die in Zukunft erforderlichen Mengen an reaktiven Kompositmaterialien reichen jedoch nicht aus, um ehrgeizige Klinkereinsparziele zu erfüllen. Dies liegt vor allem an der begrenzten Verfüg- barkeit der zurzeit wichtigsten Zumahlstoffe Hüttensand und Flugasche. Zudem unterliegen diese Materialien kon- junkturellen und saisonalen Schwankungen, welche sich aus der Spezifik der jeweiligen Industriezweige ergeben. Aufgrund struktureller und technologischer Veränderungen in der Kohle- bzw. Stahlbranche ist es darüber hinaus fraglich, inwieweit die Qualität von Flugasche und Hütten- sand dauerhaft stabil bleibt. Calcinierte Tone — Potenzial und Grenzen Bereits heute werden calcinierte Tone in Form von Meta- kaolin in der Bauindustrie eingesetzt. Sie werden durch thermische Behandlung sehr reiner kaolinitischer Tone hergestellt und sind äußerst reaktiv. Die hohe Reinheit wie auch die weiße Farbe machen den Metakaolin sehr teuer, weswegen er in der Praxis nur in Spezialbetonen Anwen- dung findet. [9, 10] . Als günstige Alternative zu herkömmlichen zementären Materialien kommt er auch deswegen nicht in Frage, weil er aufgrund seiner plattigen Partikelform (siehe Abbildung 1, S. 19) die Verarbeitungseigenschaften des Betons deutlich verschlechtert. Entscheidender Faktor für den Einsatz als Massenkomposit im Zement sind die Herstel- lungskosten. Geeignet zeigen sich vor allem gemeine Tone mit geringer Reinheit, welche weltweit oberflächennah anzutreffen und demnach gut verfügbar sind [11] . Bei diesen Tonen geringerer Qualität gibt es keine Konkurrenzsituation zu anderen Anwendern wie z. B. der Keramikindustrie. Von Vorteil ist, dass solche bisher nicht verwerteten Tone häufig beim Abbau höherwertiger Materialien mit anfallen und deponiert werden. Diese Rohstoffe stehen in der Praxis bereits vielfach zur Verfügung und müssen nicht gesondert gewonnen werden. Über die Qualität eines Tons entscheiden die Tonminerale, welche deren aktive Komponente bilden und die für die vielfältigen Eigenschaften der Tone verant- wortlich sind (Quellfähigkeit, Plastizität, Kationenaustausch- kapazität etc.). Nach der Calcinierung sorgen sie für die puzzolanische Reaktivität im Zement. Historischer Abriss Seit der Antike kommen calcinierte Tone zur Herstellung hydraulischer Bindemittel zum Einsatz [1] . Von ihrer Lang- lebigkeit zeugen noch heute erhaltene Bauwerke wie das Pantheon in Rom [2] oder der Hadrianswall in Nordeng- land [3] , bei denen gebrannte und gemahlene Tone als Mörtelzusatzstoffe eingesetzt wurden. Ohne eine genaue Vorstellung von der Wirkungsweise der Bindemittelsyste- me zu haben, machten sich die Baumeister von damals die puzzolanischen Eigenschaften dieser Materialien zunutze. In Kombination mit gelöschtem Kalk und Wasser fand eine Erhärtungsreaktion statt, die zu einem wasserfesten Zementstein führte. Voraussetzung für die Reaktionsfähig- keit der Tone ist eine vorherige Calcinierung, bei der es sich um die thermische Behandlung bei > 400 °C handelt und die zur Abspaltung von chemisch gebundenem Wasser, zu Phasenumwandlungen und gegebenenfalls zu Kornwachs- tums- und Sinterprozessen führt [4] . Somit sind auch Ziegel- mehle als calcinierte Tone zu bezeichnen, welche die ersten künstlichen Puzzolane der Geschichte bildeten[1] . Mit Auf- kommen des modernen Zements und der damit einherge- henden sprunghaften Leistungssteigerung im Bereich der Bindemittel gerieten die historischen Materialien hierzu- lande in Vergessenheit. Als Zementzusatz konnten sich die calcinierten Tone jedoch in einigen Entwicklungsländern behaupten. Beispielsweise werden in Indien bis heute lokal gewonnene Tone gebrannt und dem Zement zugemischt [1] . Dies hat vor allem wirtschaftliche Gründe, da Portlandze- ment aufwendig herzustellen ist und zum Teil weit transpor- tiert werden muss. Neue Kompositmaterialien — Wozu? Das Einsparpotenzial von vergleichsweise teurem Portland- zement war es, welches bereits im ausgehenden 19. Jahr- hundert den europäischen Markt für Kompositmaterialien öffnete. Zum Einsatz kamen vor allem kostengünstige industrielle Nebenprodukte — allen voran Hüttensand. Außerdem wurden in einigen Regionen natürliche Puzzolane gewonnen, die mit geringem Aufwand der Zementindustrie verfügbar gemacht werden konnten. Heute kommt zu den wirtschaftlichen Gesichtspunkten der Faktor Ökologie hinzu. Die Herstellung von reinem Portlandzement ist mit einer erheblichen CO2 - Freisetzung verbunden, die zum überwie- genden Teil auf die technologisch notwendige Entsäuerung des Rohstoffs Kalkstein zurückzuführen ist [5] . Die Reduzie- rung des Klinkeranteils im Zement durch den Einsatz von Kompositmaterialien stellt also ein wesentliches Instrument >>

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