PCE-Fließmittel für Komposit-Zemente mit calciniertem Ton

Die weltweite Zementproduktion beläuft sich aktuell auf ca. 4,4 Milliarden t pro Jahr. Leider sind damit auch enorme CO₂-Emissionen verbunden, die etwa 7 % des gesamten anthropogenen CO₂-Ausstoßes ausmachen. Eine bedeutende Quelle (rund 60 %) der CO₂-Emissionen in der Zementproduktion ist die Dekarbonatisierung von Kalkstein. Daher ist ein umweltfreundlicheres Bindemittel erforderlich.

Thermisch aktivierte (calcinierte) Tone (CT) wurden als vielversprechende Alternative für die Reduzierung des Klinkerfaktors im Zement und für die Verringerung seines CO₂-Fußabdrucks identifiziert. Ein typisches Beispiel eines solchen umweltfreundlichen Bindemittels ist LC³, der 50 % Klinker, 30 % CT, 15 % Kalksteinmehl und 5 % Gips enthält.

Die Schwierigkeit beim Einsatz calcinierter Tone besteht in den hohen Schwankungen der Tonzusammensetzungen zwischen den einzelnen Lagerstätten. Abhängig von der Art des Tones sind für die Calcinierung unterschiedliche Temperaturen erforderlich. Zudem sind CT mit einem hohen Gehalt an calciniertem Kaolin (Metakaolin) in Bezug auf die Frühfestigkeitsentwicklung als günstig zu beurteilen, führen jedoch zu einem signifikant erhöhten Wasseranspruch. Daher müssen solchen Zementen dispergierende Polymere (Fließmittel) zugegeben werden. Andererseits haben Meta-Illite und -smektite nur einen begrenzten Einfluss auf den Wasseranspruch, führen jedoch zu einer relativ niedrigen Frühfestigkeit, was den Einsatz von Hydratationsbeschleunigern erfordert.

Im Vortrag werden die bis dato erzielten Fortschritte bei der Überwindung der oben angeführten Probleme erläutert und mögliche Lösungen auf Grundlage gezielt angepasster Polycarboxylat-Kammpolymere aufgezeigt. Dabei werden die chemische Zusammensetzung, die molekularen Eigenschaften und die physikochemischen Wechselwirkungen mit Zement und CT dargestellt.

Als Fazit lässt sich ableiten, dass calcinierte Tone unterschiedlichster Zusammensetzung erfolgreich in Stoffgemischen mit Portlandzementklinker verwendet werden können – unter der Voraussetzung, dass sie in Kombination mit Fließmitteln zum Einsatz kommen, die gezielt auf ihre spezifische Oberflächenchemie abgestimmt sind. So erscheint bei der Zementproduktion eine potenzielle Minderung des CO₂-Ausstoßes um ca. 1 bis 1,3 Mrd. t erreichbar – und ein „grünerer“ Zement ist möglich.