Einfluss von Zumahlstoffen auf die Wirkung von Fließmitteln in CEM II- und CEM III-Zementen

• Applicant: Professor Dr. Johann Plank
• Subject Area: Construction Material Sciences, Chemistry, Building Physics
• Term: from 2007 to 2010
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 40444368

In den letzten Jahren ging in Deutschland der Anteil reiner Portlandzemente aus energie- und umweltpolitischen Gründen deutlich zurück. An Stelle der reinen Portlandzemente CEM I werden verstärkt Portlandkompositzemente (CEM II) und Hochofenzemente (CEM III) eingesetzt. Sie enthalten neben dem sehr energieintensiv herzustellenden Portlandzementklinker auch größere Mengen an Zumahlstoffen wie gemahlenen Hüttensand, natürliche und synthetische Puzzolane, Kalksteinmehl und Flugasche. Man schätzt, dass ca. 40% des Portlandzementklinkers durch derartige Zumahlstoffe ersetzt werden können, was einer gewaltigen Energieeinsparung und Reduzierung der CO2-Emission entspricht. Bei der Substitution von CEM I-Zement durch CEM II- und CEM III-Zemente kommt es aufgrund der deutlich unterschiedlichen chemisch-mineralogischen Zusammensetzung zu einem veränderten Reaktionsverhalten und unterschiedlichen Hydratphasen. Veränderungen speziell in der Verarbeitungsphase, für die bauchemische Zusatzmittel und insbesondere Fließmittel verantwortlich sind, wurden bisher ausschließlich dem Zementklinker zugeordnet. Dies ist jedoch eine vereinfachende Annahme, da die Zumahlstoffe keineswegs immer inert sind, sondern auch mit Fließmitteln starke Wechselwirkungen eingehen können. Die Ursachen für die Wechselwirkung Zumahlstoffe - Fließmittel sind bislang noch weitgehend unerforscht. Im Rahmen des beantragten Projektes sollen deshalb die chemischen und physikalischen Wechselwirkungen zwischen unterschiedlichen Fließmitteln und verschiedenen Zumahlstoffen systematisch untersucht werden. Des Weiteren soll erforscht werden, ob es einen generellen Zusammenhang zwischen chemisch-mineralogischer Zusammensetzung eines Zumahlstoffes und seiner Wechselwirkung mit Zusatzmitteln gibt. Dabei kommen selbst synthetisierte Fließmittel auf Basis von Polykondensaten sowie von strukturell unterschiedlichen Polycarboxylaten der ersten und zweiten Generation zur Anwendung. Die Interaktionen werden durch pH-abhängige Messung der Oberflächenladung (Zeta-Potential) der reinen Zumahlstoffe, durch Bestimmung der Adsorption der Fließmittel am Bindemittel sowie anhand rheologischer Parameter, Hydratationswärmeentwicklung und der Art, Menge und Bildungsgeschwindigkeit der Hydratationsprodukte charakterisiert. Die aus diesen Grundlagenuntersuchungen mit reinen Zumahlstoffen gewonnenen Erkenntnisse sollen in einer zweiten Projektphase an kommerziell verfügbaren CEM II/M- und CEM III-Zementen überprüft und praktische Einsatzempfehlungen entwickelt werden. Die Untersuchungen können nachhaltig zu einer intensiveren Nutzung von CEM II/M- und CEM III-Zementen beitragen, die unter geringerem Energieaufwand und CO2-Emission hergestellt werden.

• DFG Programme: Research Grants