Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Ressourceneffizienter Einsatz von sulfathaltigen Prozessstäuben zur Sulfatoptimierung unter Verwendung der isothermen Wärmeflusskalorimetrie

Ein Ziel ist es, zu untersuchen, ob auf Basis der isothermen Wärmeflusskalorimetrie eine schnelle, einfache und damit auch kostengünstige Methode zur Sulfatoptimierung von Zementen möglich ist, insbesondere für Zemente mit mehreren Hauptbestandteilen und unter Verwendung sulfatreicher Prozessstäube als Nebenbestandteil. Zugleich soll untersucht werden, ob sich vermehrt Prozessstäube zur Sulfatabstimmung einsetzen lassen und bei den genannten Zementen Frühfestigkeiten verbessert und/oder geringere Klinkergehalte ermöglicht werden können.

Die isotherme Wärmeflusskalorimetrie erfasst die Wärmefreisetzung der Zemente bei der Hydratation und ist ein Maß für die ablaufenden chemischen Vorgänge. Eine optimierte Sul-fatanpassung erlaubt nicht nur die Umsetzung der weiteren Hauptbestandteile, sondern auch die Hydratation der Calciumsilikate, die für die Festigkeitsentwicklung wesentlich ist. Dieses spiegelt sich im Verlauf und der Höhe der Wärmefreisetzung wider. Aus dem Vergleich mit den üblichen Methoden zur Sulfatoptimierung, wie Festigkeits- und Verarbeitbarkeitsuntersuchungen sowie Ermittlung der Phasenzusammensetzung, soll die angestrebte schnelle und einfache Optimierungsmethode abgeleitet werden. Variierende Zusammensetzungen, wie sie insbesondere bei Prozessstäuben auftreten, können so wesentlich besser berücksichtigt werden.

Die Untersuchungen werden an den gängigsten Zementarten mit mehreren Hauptbestand-teilen, an hüttensand- und kalksteinhaltigen Zementen (CEM III/A, CEM II/B-M (S,LL), CEM II/A-LL, CEM II/B-M /Q,LL) durchgeführt. Isotherme Wärmeflusskalorimeter werden bereits heute von vielen Zementherstellern zur Bestimmung der Hydratationswärme einge-setzt. Daher können die Ergebnisse direkt von den KMU der Zementindustrie zur effiziente-ren Nutzung von Zementhaupt- und Nebenbestandteilen genutzt werden.

Ergebniszusammenfassung:

Es wurde gezeigt, dass die isotherme Wärmeflusskalorimetrie zur Optimierung der Sulfatträgerzugabe geeignet ist.

Des Weiteren wurde gezeigt, dass alkalisulfathaltige Prozessstäube zur Optimierung der Frühfestigkeit von insbesondere Zementen mit mehreren Hauptbestandteilen genutzt werden können.

Die isotherme Wärmeflusskaorimetrie ist eine einfache, schnell und kostengünstig einzusetzende analytische Methode. Zementhersteller können die im Forschungsprojekt gewonnenen Erkenntnisse zeitnah für ihre Produkte anwenden. Falls noch kein Wärmeflusskalorimeter im Unternehmen vorhanden ist, kann dieses ohne hohe Investitionskosten neu angeschafft werden.

Aus den Untersuchungsergebnissen geht hervor, dass in Gegenwart von Alkalisulfat die Anregung aluminathaltiger Bestandteile früher stattfinden kann und damit die Hydratation im Zeitraum zwischen rund 10 und 30h intensiviert wird. Für die Optimierung von Zementen mit aluminathaltigen Hauptbestandteilen in Richtung höherer Frühfestigkeit bietet sich somit die Verwendung von alkalisulfathaltigem Prozessstaub an. Wieviel Staub neben dem verfügbaren, üblichen Sulfatträger zugesetzt werden sollte und ob auch der calciumsulfathaltige Sulfatträger angepasst werden müsste, lässt sich dann durch Versuche mittels der isothermen Wärmeflusskalorimetrie ermitteln.