Zur Eignung und Wirkungsweise calcinierter Tone als reaktive Bindemittelkomponente im Zement

Von:

Nancy (Dr.-Ing.) Beuntner

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Der angestrebte vermehrte Einsatz klinkerreduzierter Bindemittel erfordert zukünftig leistungsfähige Zementzumahl- und Betonzusatzstoffe (SCM, engl. für supplementary cementitious materials) in ausreichender Quantität und Qualität. Ein entsprechend großes Potenzial wird calcinierten Tonen zugesprochen. Im Fokus stehen dabei insbesondere Tongemische, die in ihrer mineralogischen Zusammensetzung sehr komplex, aber aufgrund ihrer globalen Verfügbarkeit äußerst interessant sind. Natürliche Tonvorkommen weisen nach einem auf die Mineralogie abgestimmten Calcinierungsprozess puzzolane Eigenschaften auf. Die Beurteilung der Eignung und Leistungsfähigkeit calcinierter Tongemische als zukünftige SCM erfordert Kenntnisse zur Wirkungsweise im zementären System. In der vorliegenden Arbeit werden sowohl ein grundlegendes Verständnis der puzzolanen Effizienz und der Unterschiede der puzzolanen Reaktionsmechanismen herausgearbeitet als auch die Wirkungsweise eines ausgewählten calcinierten Tongemisches von der eines hochreaktiven Metakaolins abgegrenzt. Dafür wurden chemisch-mineralogische Untersuchungen zur Beurteilung der Reaktivität und der ablaufenden puzzolanen Reaktionsmechanismen im klinkerfreien Modellsystem und im zementären System durchgeführt. Die puzzolane Effizienz des calcinierten Tongemisches liegt deutlich unter der von hochreaktivem Metakaolin. Der maßgebliche Anteil an Hydratphasen wird jedoch bei beiden Tonen in den ersten 28 Tagen gebildet. Beide calcinierte Tone beeinflussen deutlich die aluminatische Klinkerreaktion über eine sehr ausgeprägte AFt-AFm-Phasenbildung in der frühen Hydratation. Auch im weiteren Hydratationsverlauf zeigt sich mit zunehmendem Gehalt an reaktiven Aluminium-Ionen im Bindemittelgemisch eine stark favorisierte AFm-Phasenbildung gegenüber den C-S-H-Phasen. Die klassische Formulierung der puzzolanen Reaktion für Si-reiche SCM muss vor diesem Hintergrund für calcinierte Tone entsprechend erweitert und spezifiziert werden. Die gefügeverdichtende Wirkung calcinierter Tone zeigt sich auch in einer Festigkeitssteigerung als Bindemittel. Die vorliegende Arbeit bestätigt die puzzolane Reaktivität von calcinierten Tongemischen, welche nicht nur auf den Gehalt an Kaolinit in den Tonen zurückzuführen ist, sondern auch auf dem Beitrag von Drei- und Vierschichtsilikaten basiert.