Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Auswirkungen von Vorhydratation auf die Leistungsfähigkeit von Zementen unter Berücksichtigung verschiedener Klinkereigenschaften

In Deutschland werden derzeit zur Zementmahlung meist Kugelmühlen eingesetzt (über 100 Mühlen, teilweise über 40 Jahre alt). Die Fertigmahlung von Zementen auf deutlich energieeffizienteren Vertikal-Wälzmühlen ist international insbesondere bei Neubauprojekten bereits heute verbreitet, wird in Deutschland jedoch kaum praktiziert (weniger als fünf Mühlen). Ein Grund, warum Zementhersteller in Deutschland auf Investitionen in Vertikal-Wälzmühlen zum Ersatz bestehender Mühlen verzichten, ist die Befürchtung einer Veränderung der Zementeigenschaften durch Vorhydratation.

Das Forschungsvorhaben verfolgt zwei Ziele. Zum ersten soll untersucht werden, ob bestimmte zementchemische Eigenschaften einen Klinker robuster gegenüber einer Vorhydratation machen. Dazu wird im Versuchsprogramm eine Auswahl unterschiedlicher Klinker verwendet, die ein breites mineralogisches Spektrum abdeckt. Es soll geklärt werden, in welcher Größenordnung sich die Effekte einer Vorhydratation in Abhängigkeit vom Klinker, seiner Feinheit und der Intensität der Vorhydratation bei Hydratationsreaktionen und Zementeigenschaften bemerkbar machen. Klinkermehle werden systematisch vorhydratisiert. Aus den entstandenen Materialien werden Laborzemente hergestellt, deren Hydratationsreaktionen und Normeigenschaften charakterisiert werden.

Zum zweiten soll untersucht werden, mit welchen Maßnahmen möglichen negativen Auswirkungen entgegengewirkt werden kann, insbesondere durch Anpassung der Sulfatträgerzusammensetzung. Dazu werden aus ausgewählten vorhydratisierten Klinkern Serien an Laborzementen mit unterschiedlicher Sulfatträgerzusammensetzung hergestellt und untersucht.

Besonders die kleinen und mittelständischen Unternehmen der deutschen Zementindustrie würden dadurch in ihrer Wettbewerbsfähigkeit gestärkt, da sie nicht auf Erfahrungen mit Vertikal-Wälzmühlen an anderen Standorten zurückgreifen können, um Investitionsentscheidungen zu treffen oder Strategien zur Optimierung von Zementen zu entwickeln.

Ergebniszusammenfassung:

Ein Ziel des Forschungsvorhabens war es, Eigenschaften eines Klinkers zu identifizieren, die zu einer größeren Anfälligkeit bzw. zu einer größeren Robustheit gegenüber einer Vorhydratation durch flüssiges Wasser während der Zementmahlung führen. Ein weiteres Ziel war es, Maßnahmen zu identifizieren, die den möglichen negativen Auswirkungen einer Vorhydratation entgegenwirken können.

Als wichtigste Faktoren für die Anfälligkeit eines Klinkers gegenüber einer Vorhydratation wurden höhere Gehalten an orthorhombischem C3A oder an besonders reaktivem C4AF identifiziert. Nachrangig wirkte sich bei mittleren Gehalten reaktiver Aluminate möglicherweise eine geringe Kristallgröße von Alit in einer größeren Anfälligkeit gegenüber einer Vorhydratation aus. Bei mehrmonatiger Lagerung vorhydratisierter Klinker waren vor allem Klinker mit höheren Gesamtgehalten an C3A und vermutlich geringen Kristallgröße von Alit anfällig gegenüber einer Vorhydratation.

Die Möglichen Strategien zur Minderung der beobachteten Effekte (höhere Feinheit, veränderte Sulfatisierung, Maßnahmen zur Minderung des Wassereintrags) konnten bewertet werden.

Die Ergebnisse tragen dazu bei, dass Zementhersteller besser einschätzen zu können, ob bei einer gegebenen Klinkerzusammensetzung mit einem hohen oder geringeren Risiko bezüglich einer Veränderung der Zementeigenschaften zu rechnen ist, wenn eine energieeffiziente Vertikal-Wälzmühle zur Zementmahlung eingesetzt werden soll. Außerdem können die Ergebnisse unmittelbar für Maßnahmen zur gezielten Optimierung der Zementeigenschaften genutzt werden.