Projekt 22382/01

Verminderung der CO2-Emissionen bei der Zementproduktion durch die Herstellung eines weiterentwickelten Sulfathüttenzementes

Projektträger

dornburger zement GmbH & Co. KG
In der Oberaue
07778 Dornburg
Telefon: 036427/861-120

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

? Ziel des Vorhabens ist die Weiterentwicklung des traditionellen Sulfathüttenzementes zu einem nachhaltig und leistungsfähigen Baustoff, der alle modernen Ansprüche hinsichtlich Dauerhaftigkeit und Anwendungssicherheit erfüllt.
? Durch Anwendung von Sulfathüttenzement ist eine Reduktion der CO2.Emission möglich. Das Prinzip dieses Bindemittels basiert auf der von KÜHL 1908 entdeckten Möglichkeit der sulfatischen Anre-gung von Hüttensanden.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten Methoden(1) Grundlagenuntersuchungen mit dem Ziel der Auswahl einer geeigneten chemischen Zusammensetzung des Bindemittels als Grundlage für weitere Optimierungen
a) Hydratationsuntersuchungen
? Phasenanalytische Untersuchungen zum Hydratationsverhalten in Abhängigkeit der gewählten Einflussgrößen
b) Dauerfestigkeitsuntersuchungen
? Untersuchungen zur Frost-/Frost-Tausalzbeständigkeit und zum Carbonatisierungsverhalten
? Prüfung der Frost-/Frost-Tausalzbeständigkeit der einzelnen Bindemittelvarianten
? Gefüge- und phasenanalytische Untersuchungen zur Carbonatisierung und zur Frost-/Frost-Tausalzbeständigkeit
? Untersuchungen der Porenlösungszusammensetzung für Aussagen zur Korrosionsbeständigkeit der Bewehrung und zur Gefährdung von Gesteinen hinsichtlich der Alkali-Kieselsäure-Reaktion
(2) Optimierung des Bindemittels mit dem Schwerpunkt Frost-/Frost-Tausalzbeständigkeit unter Verwendung der im Jahr 1 erhaltenen Vorzugsvariante
? Optimierung der Frost-/Frost-Tausalzbeständigkeit des Bindemittels durch Variationen von vorwiegend physikalischen Einflussgrößen (w/b-Wert, Nachbehandlungsdauer, Aufbringen eines Nachbe-handlungsmittels)
? Gefüge- und phasenanalytische Untersuchungen zur Carbonatisierung und Hydratationsverhalten
(3) Weitere systematische Nachweise zur Dauerhaftigkeit des Bindemittels
? Nachweis der Sulfatbeständigkeit, Beständigkeit gegenüber der Alkali-Kieselsäure-Reaktion, der Witterungsbeständigkeit und der Korrosionsbeständigkeit der Bewehrung
(4) Herstellung von Applikationsbeispielen
? Herstellung von großformatigen Bauteilen unter Verwendung des weiterentwickelten Sulfathüttenzements
? Nachweis der Festbeton- und Dauerhaftigkeitseigenschaften unter praxisnahen Bedingungen


Ergebnisse und Diskussion

? Die hohen Festigkeiten korrelieren mit geringen Karbonatisierungstiefen und verbessertem Frostwiderstand. Anstelle einer Wasserlagerung ist auch die Verwendung eines Nachbehandlungsmittels zum Erreichen eines hohen Hydratationsgrades möglich.
? Der Einsatz von Sulfathüttenzement als wassergesättigtes Außenbauteil mit Exposition gegenüber Frost ist möglich, wenn die Anwesenheit von Taumitteln ausgeschlossen werden kann (XF3). Dafür müssen die Betone einen geringen Wasser/Zement-Wert aufweisen und lange nachbehandelt wer-den. Eine Betonage bei geringen Temperaturen und Frostbelastung im jungen Alter sind zu vermei-den.
? Die Ergebnisse von Laboruntersuchungen wurden bei der Anlage einer Probefläche unter praktischen Bedingungen bestätigt.
? Der Sulfatwiderstand von SHZ ist sehr hoch. Auch bei einer Verlängerung der Prüfdauer zeigten sich weder Dehnungen, noch äußere Schäden.
? Sulfathüttenzement zeigt in Kombinationen mit alkaliempfindlicher Gesteinskörnung (Typ slow/late) und Alkalizufuhr von außen eine deutlich geringere Dehnung als Portlandzement.
Sulfathüttenzement zeigte folgenden Vorzüge:
? Das Bindemittel besteht im Wesentlichen aus Anfallstoffen und verursacht dadurch deutlich weniger Kohlendioxid bei der Herstellung.
? Die Festigkeitsentwickung ist teilweise besser als von anderen Zementen mit ähnlich hohem Hüttensandanteil.
? Bei der Hydratation von Sulfathüttenzement wird eine geringere Reaktionswärme frei als bei anderen Zementen.
? Der Sulfatwiderstand ist höher und die Gefahr einer Alkali-Kieselsäure-Reaktion geringer.
? Eine Anwendung als Außenbauteil ist bis Expositionsklasse XF3 möglich.
Sulfathüttenzement zeigt folgenden Nachteile:
? Die Bindemittelrezepturen sind anfällig gegen geringe Schwankungen in der Zugabemenge an alkalischem Anreger (Portlandzement).
? Die Frühfestigkeitsentwicklung ist deutlich schlechter als bei Zementen mit hohem Klinkeranteil (z. B. Portlandzement). Dies erschwert die Anwendung als Massenbaustoff. Der Baufortschritt ist deutlich langsamer. Die Festigkeitsentwicklung ist eher vergleichbar mit der von anderen Zementen mit ho-hem Hüttensandanteil (CEM III/B).
? Beton auf Sulfathüttenzement ist aufgrund der langsamen Bindemittelreaktion sehr empfindlich gegen Austrocknung und benötigt eine lange und intensive Nachbehandlung.
? Ein ausreichender Frostwiderstandes wird erst im späten Alter erreicht.
? Durch die langsame Festigkeitsentwicklung kann es zu Überfestigkeiten im späten Alter kommen, die zu erhöhten Bewehrungsmengen führen können.
? Einsatz von Sulfathüttenzement bei geringen Temperaturen kann zu verminderten Festigkeiten führen.
? Sulfathüttenzement ist nicht verträglich mit anderen hydraulischen Bindemitteln.
? Aufgrund hoher Porositäten besteht eine höhere Neigung zur Karbonatisierung.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

? Veröffentlichungen in Fachzeitschriften sind durch Bauhaus-Universität Weimar, F. A. Finger-Institut für Baustoffkunde vorbereitet


Fazit

? Generell ist die Verwendung von Sulfathüttenzement bei der Herstellung von Bauteilen möglich, bei denen keine schnelle Erhärtung erforderlich ist.
? Im Hinblick auf die Eigenschaften von Sulfathüttenzement ist eine Anwendung für spezielle Einsatzgebiete sinnvoll, wobei eine Interaktion mit anderen Bindemitteln ausgeschlossen werden muss.
? Der hohe Sulfatwiderstand ermöglicht den Einsatz als Bindemittel zur Bodenverbesserung in gipshaltigen Baugründen.
? Die geringe Hydratationswärme ermöglicht die Herstellung von Bauteilen mit großen Abmessungen.
? Das geringe autogene Schwinden kann bei der Herstellung von Estrich ausgenutzt werden.
? Ein hoher Widerstand gegen Sulfate kann zu Anwendungen im Bereich von Wasser- und Abwasserbauwerken führen. Zu diesem Anwendungsbereich zählen u. a. Biogasanlagen, Wehre, Bohrpfähle und Kühltürme.
? Wird dieses optimierte Bindemittel in den möglichen Anwendungen eingesetzt, leistet er nachgewiesener Maßen einen merkbaren Beitrag zur Reduzierung von CO2 bei der Herstellung von Zement.