Projekt 19970/01

Reduzierung der Co2-Emissionen bei der Kalksandstein-Herstellung durch Verwendung von Ton-Mineralen als Optimierungszuschlag

Projektträger

Forschungsvereinigung Kalk-Sand e. V.
Entenfangweg 15
30419 Hannover
Telefon: +49 511 2795460

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Hauptziel dieses Vorhabens ist die Reduzierung der Kalkdosis in Kalksandstein-Rezepturen durch Einsatz von getrockneten und gemahlenen Tonmineralen und daraus resultierend die Absenkung der CO2-Emissionen und des Energieverbrauchs bei der Kalksandstein-Produktion. Praxisumsetzbare, ökologische und kostengünstige Ansatzpunkte zur Beibehaltung bzw. Steigerung der Rohlingsstandfestigkeit werden aufgezeigt.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenUm einen Überblick über die Eigenschaften und die Wirkung handelsüblicher Tonminerale zu erhalten, wurden insgesamt 19 verschiedene Tonsorten aus Deutschland in die Untersuchungen einbezogen. Unter Verwendung von 5 verschiedenen Sanden aus Deutschland und den Niederlanden und unter breiter Variation der Herstellbedingungen wurden Kalksandstein-Prüfkörper hergestellt und nach baustofftechni-schen Gesichtspunkten analysiert. Unter Variation der Herstellparameter wurde sukzessive Kalk gegen Tonminerale ausgetauscht. Im ersten Schritt wurden unter reproduzierbaren Randbedingungen Laborversuche zu den einzelnen Einflussgrößen und deren Zusammenwirken durchgeführt. Im zweiten Schritt wurden im großtechnischen Maßstab Versuche unter Praxisbedingungen in einem Kalksandsteinwerk angeschlossen. Für die Verwendbarkeit von Tonen als Zuschlagstoff für die Kalksandstein-Herstellung wurden Beurteilungskriterien erarbeitet.


Ergebnisse und Diskussion

Durch die Zugabe von getrockneten, gemahlenen Tonen bis zu einer maximalen Menge von bis zu 2 M.-% der Kalksand-Rohmischung wurde im Labor die Rohlingsstandfestigkeit und die Steindruckfestigkeit gegenüber den jeweiligen Nullserien deutlich erhöht. Bei einer Zugabemenge von 3 bzw. 5 M.-% stellen sich teilweise Einbußen ein. Die anderen qualitätskennzeichnenden Eigenschaftswerte wurden nicht erkennbar nachteilig beeinflusst. Die Wirkung der Tonminerale hängt eng von deren chemisch-mineralischer Zusammensetzung ab. Während Alkalien (Na2O und K2O) einen negativen Einfluss auf die mineralische Beschaffenheit der CSH-Bindemittelphasen haben, wirkt sich die Anwesenheit von Aluminium- und Eisenoxiden nicht zwangsläufig störend auf die Bindemittelbeschaffenheit aus.
Durch die Zugabe der Tonmehle zur Kalksand-Rohmischung konnte bei einer Beibehaltung des Qualitätsniveaus (zum Beispiel eine Steindruckfestigkeit von ßD,St = 15,0 N/mm2) einer Reduzierung der Kalkdosis erreicht werden. Bei einer exemplarischen Zugabemenge von 2 M.-% Tonmehl zur Kalksand-Rohmischung und einer parallelen Reduzierung der CaO-Dosis in gleicher Höhe können die herstellbe-dingten CO2-Emissionen rechnerisch um rd. 14 % und der Primärenergiegehalt von Kalksandsteinmate-rial rechnerisch um rd.9.% reduziert werden.
Im Rahmen dieser Untersuchungen sind zwar immerhin 19 verschiedene Tone berücksichtigt worden, eine Verallgemeinerung hinsichtlich der Wirkung von Tonen auf die Eigenschaften von Kalksandsteinen und deren Herstellung ist jedoch grundsätzlich nicht möglich. Es ist jedoch sehr wahrscheinlich, dass die Tone mit vergleichbarem Mineralbestand sich ähnlich verhalten werden. Trotzdem ist die Anwendung der im Rahmen dieser Untersuchungen ermittelten Grundlagenerkenntnisse auf die Produktionsbedingungen in Kalksandsteinwerken in jedem Einzelfall unter Berücksichtigung werksspezifischer Gegebenheiten durch eingehende Voruntersuchungen im Kalksandsteinwerk und im Labor zu überprüfen.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Die Ergebnisse der Forschungsprojekte werden den Bereichen Produktionstechnik und Bauanwendung als Bericht zur Verfügung gestellt. Darüber hinaus werden sie in Fachbroschüren veröffentlicht und auf Seminaren und Tagungen der Kalksandsteinindustrie sowie im Rahmen von direkten Beratungsgesprä-chen den Mitgliedern der Forschungsvereinigungen vorgestellt. Die Ergebnisse werden derart aufbereitet, dass sie direkt für die Optimierung des Kalksandstein-Herstellprozesses herangezogen werden können. Ein besonderer Umsetzungsschwerpunkt sind die Meisterseminare Produktionstechnik für die Betriebsleiter und Meister der Kalksandstein-Werke, die seit geraumer Zeit im Abstand von drei Jahren vom Bundesverband Kalksandsteinindustrie e. V. ausgerichtet werden. Des weiteren fließen die Ergebnisse in die akademische Lehre ein.


Fazit

Als Fazit lassen sich für die zugrunde gelegten Herstellparameter folgende Aussagen festhalten: Die Zugabe von Tonmehlen führt zu höheren Rohlingsstandfestigkeiten. Die Zudosierung führt bis zu Zugabe-mengen von 2 M.-% zu höheren Steindruckfestigkeiten. Die Zugabe von Tonmehlen führt zu Veränderungen bei der Steinrohdichte (Einbußen bzw. Zunahmen) und zu höheren Biegezugfestigkeiten. Andere Steineigenschaftswerte (Wasseraufnahme, Bezugsfeuchtegehalt, Wärmeleitfähigkeit, usw.) werden nicht nachteilig beeinflusst. Die Eigenfarbe der Tone führt in manchen Fällen zu einer Veränderung der Steinfarbe. Gravierende Ausblühungen und Verfärbungen wurden nicht festgestellt, können jedoch nicht grundsätzlich ausgeschlossen werden. Die verschiedenen Tone beeinflussen die Beschaffenheit des CSH-Bindemittels in unterschiedlicher Weise. Insbesondere bei hoher Dosierung (z. B. 5 M.-% der KS-Rohmischung) ist Vorsicht geboten, da teilweise starke Veränderungen des Bindemittels auftreten. Durch die Zugabe von Tonmehl ist die CaO-Dosis reduzierbar. Dies führt zu einer reduzierten Menge an ausgestoßenem CO2 pro Tonne Kalksandstein-Material und zu einem geringeren Primärenergieverbrauch.