Im Jahr 2008 wurden in Deutschland 46 Mio. t Steinkohle in Kraftwerken zur Stromerzeugung verfeuert. Dabei fielen 3,92 Mio. t Steinkohlenflugasche an, die nahezu vollständig verwertet wurden [web_vgb]. Der Großteil dieser Flugasche ist nach DIN EN 450 zertifiziert und wurde als Betonzusatzstoff nach DIN EN 206-1 und DIN 1045-2 verwendet. Etwa 10 M.-% fanden Einsatz als Sekundärrohstoff zur Zementklinkerherstellung, aber nur ein geringer Anteil wurde zur Herstellung flugaschehaltiger Zemente genutzt. Diese Option wird durch die steigende Bedeutung klinkerarmer Bindemittel aus ökologischen und ökonomischen Gründen für die Zementindustrie jedoch zunehmend interessanter. Durch den Einsatz von Steinkohlenflugasche als Zementbestandteil eröffnet sich den Zementwerken die Möglichkeit, neben primären Roh- und Brennstoffen auch elektrische Energie (z. B. für Rohstoff- und Zementmahlung) einzusparen. Zur Herstellung leistungsfähiger Zemente mit Flugasche ist ein grundlegendes Verständnis der Hydratationsreaktionen von Flugaschen unerlässlich, das in dieser Arbeit erweitert wurde.
Steinkohlenflugaschen reagieren sowohl puzzolanisch zu Calciumsilicat- und Calciumaluminathydraten (CSH- und CAH-Phasen) als auch infolge alkalischer Aktivierung zu alumosilicatischen Reaktionsprodukten. Bei der Verwendung als Zementhauptbestandteil oder Betonzusatzstoff wird ihre puzzolanische Reaktivität ausgenutzt. Der Reaktionsweg, den eine im alkalischen Medium reagierende Flugasche einschlägt, und auch die Zusammensetzung der bei der Hydratation der Flugasche entstehenden Produkte sind bis heute weitgehend unbekannt bzw. werden kontrovers diskutiert. Eine Ursache hierfür ist, dass diesbezügliche Fragestellungen mit herkömmlichen Analysemethoden nur schwer zu beantworten sind und daher auf indirekte Methoden zurückgegriffen werden muss.
Die Forschung beschränkte sich bisher hauptsächlich auf die Beschreibung des Einflusses von Flugasche auf die technischen Mörtel- und Betoneigenschaften unter Berücksichtigung der Parameter Gehalt an unverbranntem Kohlenstoff, Freikalkgehalt und Gehalt an reaktiver Kieselsäure. Darüber hinaus wurde der Einfluss der Kornform und der Feinheit auf die puzzolanische Reaktion untersucht und die eingesetzten Zemente sowie das alkalische Milieu variiert. Es herrscht Einigkeit darüber, dass die Elemente Silicium, Calcium, Aluminium und die Alkalimetalle die Reaktionsfähigkeit der Flugaschen und die Art der entstehenden Hydratationsprodukte wesentlich mitbestimmen. Dennoch wurden der Einfluss der chemischen Zusammensetzung der Flugaschen auf die ablaufenden Reaktionen, die Reaktionsprodukte in verschiedenen Medien und auf den Druckfestigkeitsbeitrag der Aschen bisher nur wenig untersucht. Diese Parameter sind für die Herstellung leistungsfähiger flugaschehaltiger Bindemittel von großer Bedeutung, weil sie zur Beurteilung der Flugaschereaktivität unerlässlich sind. Diese gewinnt bei zunehmendem Steinkohlenflugascheanteil im Zement an Einfluss, da die Flugasche in solchen Systemen einen höheren Festigkeitsbeitrag leisten muss.
Ein großer Teil der für diese Arbeit verwendeten Ergebnisse stammt aus dem IGFVorhaben 16206 N der Forschungsvereinigung Verein Deutscher Zementwerke e.V. [VDZ2012]. Dieses Projekt wurde über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung und -entwicklung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie gefördert. Die Ergebnisse aus diesem Forschungsprojekt und alle weiteren eigenen Ergebnisse werden in dieser Arbeit nicht mit einer Quellenangabe versehen.
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