Qualitative und quantitative chemisch-mineralogische Charakterisierung von Portlandzementklinkern im Rasterelektronenmikroskop

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Horst-Michael Ludwig; Dr. Bernd Möser
• Fachliche Zuordnung: Baustoffwissenschaften, Bauchemie, Bauphysik
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 265735853

Im vorangegangen Projekt wurde die EBSD Methode zur Charakterisierung von Zementklinkern etabliert. Wie im Arbeitsbericht beschrieben, bietet die gekoppelte EBSD-EDX Analyse erstmals die Möglichkeit Zementklinker ortsaufgelöst chemisch-kristallografisch zu charakterisieren. Das bedeutet, dass für alle Klinkerphasen zukünftig deren Anteil, chemische Zusammensetzung (inkl. Neben- und Spurenelementgehalt), Kristallinität und Kristallitgrößen erfasst werden können. Erstmals sind auch Kristallitgrößen der feinkörnigen Klinkerphasen zugänglich (1-10µm). In der Fortführung des Projekts soll die im ersten Projektteil erfolgreich im Zementbereich etablierte EBSD-EDX Technik weiterentwickelt werden, um hochauflösende, statistisch abgesicherten Analysen aller Klinkerphasen zu ermöglichen. Dazu soll eine neue, hochauflösende EBSD Kamera genutzt werden. Belit: Im vorangegangen Projekt wurde festgestellt, dass die EBSD Muster von Beliten auf geringe Kristallinität hinweisen bzw. dass, auch wenn Belite in idiomorpher Kristallform auftreten, nur sehr kleine kristalline Bereiche identifiziert wurden. Mit Hilfe einer sensibleren, hochauflösenden EBSD Kamera soll im Folgeprojekt die Feinstruktur von Belit in Portlandzementklinkern analysiert werden. Darüber hinaus sollen auch alternative, klimafreundliche Klinker charakterisiert werden, bei denen eine Variabilität der Belitkristallinität vermutet wird. Dabei handelt es sich um Klinker auf Basis von Belit-Calcium-Sulfoaluminat-Ternesit (BCT) und Belit-Ye’elemit-Ferrit (BYF), die bisher noch nicht mittels EBSD-EDX charakterisiert wurden. Alit: Im ersten Projektteil wurde die gekoppelte EBSD-EDX Analyse bereits erfolgreich dazu genutzt, verschiedene Alitmodifikationen ortaufgelöst chemisch-kristallografisch zu charakterisieren (Anteil, chemische Zusammensetzung, Kristallgrößen). Mit der neu etablierten Technik soll nun der Einfluss von Fremdionen auf die Ausbildung und Leistungsfähigkeit des Alits untersucht werden. Calciumaluminat- (C3A) und -ferritphasen (C4AF): An diesen Phasen waren grundlegende chemisch-kristallografische Analysen bislang nur eingeschränkt möglich. Insbesondere der Einfluss der Variation der Kristallitgrößen und der chemischen Zusammensetzung auf die Reaktivität der Phasen werden deshalb nach wie vor kontrovers diskutiert. Im beantragten Projekt wird vor diesem Hintergrund die chemisch-kristallografische Charakterisierung von C3A und C4AF Phasen in Abhängigkeit des Eisen-, Magnesium- und Alkaligehalts des Klinkers erfolgen. Alle Charakterisierungen sollen begleitet werden von Hydratationsuntersuchungen, um die Korrelation der eruierten Daten mit der Reaktivität der Materialien zu ermöglichen. Im Ergebnis wird die gekoppelte EBSD-EDX-Klinkeranalyse zur Praxistauglichkeit geführt und aufgezeigt wie diese genutzt werden kann um rundlegende Zusammenhänge zwischen Klinkerphasenzusammensetzung, -kristallinität und reaktivität zu erfassen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen