Grundlagenuntersuchungen zur Reaktivität von Hüttensand
Final Report Abstract
Hüttensand ist ein industrielles Anfallprodukt, welches traditionell als Hauptbestandteil für die Herstellung von Komposit- und Hochofenzementen verwendet wird. Trotz umfangreicher Praxiserfahrungen sind die chemischen Ursachen der Reaktivität nicht genau bekannt. In Anbetracht der vermehrten Anwendung von Zementen mit mehreren HauptbestandteUen sind derartige Kenntnisse wichtig, um mögliche Reaktionsverzögerungen durch Interaktion mit anderen Zementbestandteilen oder Zusatzmitteln beurteilen zu können. Aufbauend auf ein Grundlagenverständnis der Hüttensandreaktion ist eine Entwicklung geeigneter Beschleuniger möglich. Die einzelnen kinetischen Schritte der Reaktion von Hüttensand mit Wasser und verschiedenen Anregern wurden durch thermodynamische Berechnungen, Messung der Auflösungsgeschwindigkeit und die Bestimmung von Hydratationsgraden mittels Wärmeleitungskalorimetrie und Kernresonanzspektroskopie (NMR) untersucht. Es können folgende Schlussfolgerungen gezogen werden: Im Gegensatz zur Hydratation von C3S zeigt Hüttensand bei Untersuchungen mittels Wärmeleitungskalorimetrie (DCA) keine Induktionsperiode (dormante Phase) beobachtet. Die Reaktion begirmt sofort. Das erste Hydratationsprodukt ist offensichtlich Hydrotalkit, danach werden (bei Anwesenheit von Portlandit) C-S-H Phasen gefällt. Der spektroskopische Nachweis von Hydrotalkit erfordert allerdings zusätzliche Analysen. Während der Haupthydratation wird die Reaktionsgeschwindigkeit von der Auflösungsgeschwindigkeit des Hüttensandes bestimmt. Diese hängt von der spezifischen Oberfläche des Hüttensandes, der Zusammensetzung des Hüttensandes, dem pH-Wert und der Calciumionenkonzentration der Lösung ab. Die Reaktion kommt durch Bildung dichter Schichten aus Hydratationsprodukten um die Hüttensandpartikel zum Erliegen. Kleine Partikelgrößen begünstigen (bei gleicher Stärke des Hydratsaumes) höhere Umsatzraten. Die Morphologie der gebildeten Hydratationsprodukte (calciumreiche C-S-H, siliziumreiche C-S-H, Hydrotalkit etc.) bestimmt die Permeabilität des Hydratsaumes und somit den Hydratationsgrad, bei dem die Reaktion zum Erliegen kommt. Offensichtlich führt die Anwesenheit von Calciumhydroxid zur Bildung von caiciumreichen C-S-H Phasen, die eine lockere Anordnung aufweisen und einen Hydratsaum mit guter Permeabilität bilden. In diesem Fall sind höhere Umsatzgrade erreichbar als bei der Anregung mit Wasser und der Bildung von dichten Strukturen aus siliziumreichen C-S-H Phasen. Im Zentrum weiterer Untersuchungen soll die Bestätigung des dargestellten Modells stehen. Auf der Basis dieser Ergebnisse sollen chemische Beschleunigungsmechanismen für hüttensandhaltige Zemente entwickelt werden, die auf einer Modifizierung der Zusammensetzung der Porenlösung beruhen.
Publications
- Basic studies of GBFS hydration. In: Tagungsbeiträge der 18. Internationalen Baustofftagung-ibausil, 12.-14.9.2012, Weimar
D. Dressel, F. Bellmann, H.-M. Ludwig
