01.02.2020
Rasterelektronenmikroskopische Aufnahme eines calcinierten Ziegeltons mit den typischen Aggregaten plattiger (dehydroxylierter) Tonpartike

Rasterelektronenmikroskopische Aufnahme eines calcinierten Ziegeltons mit den typischen Aggregaten plattiger (dehydroxylierter) Tonpartikel

Quelle: BAM Abteilung Bauwerkssicherheit, Fachbereich Baustofftechnologie

Beton ist mit einer weltweiten Produktion von etwa 6 Milliarden m³/Jahr der wichtigste Werkstoff der Menschheit. Die Herstellung von Beton ist an den Einsatz von Zement gebunden, dessen Produktion für 5–10 % der weltweiten, anthropogenen CO2-Emissionen verantwortlich ist. Dementsprechend ist es erklärtes Ziel der deutschen Politik und der deutschen Zementindustrie, den mit der Zementherstellung verbundenen CO2-Ausstoss stark zu senken.

Das nach gegenwärtigem Stand technisch-wirtschaftlich sinnvollste Vorgehen, um dieses Ziel zu erreichen, ist die Verringerung des Klinkeranteils im Zement („Klinkerfaktor“) durch Austausch des Klinkers durch andere reaktive Komponenten. Dies sind derzeit insbesondere Sekundärrohstoffe aus der Energieerzeugung und dem Hüttenwesen. Allerdings nimmt die verfügbare Menge an solchen Zementkomponenten wegen Veränderungen bei den Produktionsstandorten und -prozessen kontinuierlich ab und wird in absehbarer Zukunft auf ein für die Zementproduktion vernachlässigbares Niveau sinken. Bei der Suche nach einem Ersatz für diese Stoffe spielen calcinierte Tone eine zentrale Rolle. Ein wichtiger Fokus waren bisher calcinierte Kaoline (Metakaoline), die sich durch eine hohe Reaktivität auszeichnen. Geeignete kaolinitreiche Tone sind aber nur begrenzt verfügbar und für die Zementindustrie ökonomisch nicht attraktiv.

Vor diesem Hintergrund sind an der BAM verschiedene Ziegeltone, deren Nutzung zur Ziegelherstellung in Deutschland stark zurückgegangen ist, mit kaolinitreicheren Tonen hinsichtlich ihrer Nutzbarkeit als Zementkomponente untersucht worden. Es konnte gezeigt werden, dass Ziegeltone bei geeigneter Zusammensetzung und optimaler Calcinierung eine ähnliche Leistungsfähigkeit wie die kaolinitreicheren Tone aufweisen. Dabei spielte der Eisengehalt der Tone eine wichtige Rolle, in erster Linie über die Wirkung des Eisens als Flussmittel, was zu einer starken Verringerung der spezifischen Oberfläche durch Agglomeration bzw. Versinterung der Tone bei der Calcinierung führen kann. Darüber hinaus wurde eine Methode vorgeschlagen, die es erlaubt, den Fortschritt der Calcinierung (Dehydroxylierung) von Illit, des wichtigsten Tonminerals in den Ziegeltonen, zuverlässig und einfach zu ermitteln. Hiermit wird ein geeignetes Mittel zur Kontrolle der Prozessbedingungen bei der Calcinierung im industriellen Maßstab zur Verfügung gestellt.

Comparison of calcined illitic clays (brick clays) and low-grade kaolinitic clays as supplementary cementitious materials
Nsesheye S. Msinjili, Gregor J. G. Gluth, Nico Vogler, Hans-Carsten Kühne
erschienen in Materials and Structures, vol. 52, article No. 94, October 2019
BAM Abteilung Bauwerkssicherheit, Fachbereich Baustofftechnologie