Neuartige Fließmittel für thermisch aktivierte (calcinierte) Tone

Die Verwendung thermisch aktivierter (calcinierter) Tone als Zusatzstoffe im Zement stellt eine leistungsfähige ökologische und energetische Optimierung für herkömmlichen Portlandzement dar.

Calcinierte Tone, die durch großtechnische Calcinierung von natürlichen, in großen Mengen zur Verfügung stehenden Tonmineralien hergestellt werden, bestehen aus einem Gemisch unterschiedlicher Schichtsilikate wie Kaolinit, Illit und Glimmer sowie aus vielfältigen inerten Mineralien wie Quarz, Feldspäten, Sulfaten und Carbonaten.

Diese Zusatzstoffe können die Verarbeitbarkeit von Mischungen mit Zement reduzieren. Infolgedessen müssen Fließmittel zugesetzt werden, um ihre Fließeigenschaften zu kontrollieren. Die große Herausforderung bezüglich der Entwicklung neuer Fließmittelstrukturen für calcinierte Tone besteht darin, den relativ hohen Wasseranspruch bestimmter calcinierter Tone zu senken und gleichzeitig mit den chemisch und ladungsmäßig sehr unterschiedlichen Oberflächen von Zementklinker und Tonmineralien zu wechselwirken.

Die Wirkweise von polycarboxylatbasierten Fließmitteln (PCE) basiert auf der Adsorption auf den Oberflächen der Bindemittelsysteme. Aufgrund der eher heterogenen Oberflächenladung von Zementen mit calcinierten Tonen rücken amphotere (zwitterionische) Fließmittel in den Mittelpunkt des Interesses für solche Zemente.

Die Einführung von kationischen funktionellen Gruppen, wie zum Beispiel quaternären Ammoniumgruppen, in die negativ geladenen PCE erzeugt Polymere, die gleichzeitig kationische und anionische Ladungen in einem Molekül aufweisen (Abb.). Mit diesen neuartigen PCE ist es möglich, sowohl die große Vielfalt der Ionenschichten auf den Oberflächen der Tonmineralien als auch die der Zementhydrate adsorptiv zu belegen.

Untersuchungen zur Interaktion dieser zwitterionischen (amphoteren) Polymere mit reinen calcinierten Tonen als auch in Zementen mit Substitutionsraten zwischen 20-30 M.-% an calcinierten Tonen zeigten eine optimierte, PCE-Fließmitteln vergleichbare Verflüssigungswirkung.

Zusammenfassend stellt die Entwicklung neuartiger Fließmittel für diese Anwendung ein großes Forschungsgebiet für die Zukunft dar, insbesondere die Adaption für verschiedene calcinierte Tongemische, welche eine sehr unterschiedliche Oberflächenchemie aufweisen können.