Über das Potenzial von calciniertem Ton in zementgebundenen Systemen : Materialcharakterisierung und Reaktionsverhalten

Kira Weise untersucht das Potenzial von calciniertem Ton zur Verwendung im Bauwesen mit dem Ziel, den Einsatz von Portlandzement und die damit verbundenen CO 2 -Emissionen zu reduzieren. Die Autorin beschreibt die Herstellung sowie Eigenschaften von calciniertem Ton, erläutert den Begriff der puzzolanischen Aktivität und stellt Analysemethoden zur Beurteilung des Reaktionsverhaltens vor. Den Fokus der Arbeit bilden experimentelle Untersuchungen zur Materialcharakterisierung eines industriell im Drehrohrofen calcinierten Tons und zur Beurteilung des Reaktionsverhaltens in klinkerfreien und zementgebundenen Systemen. Kira Weise schlägt ein Reaktionsmodell puzzolanischer Stoffe mit Wasser und Calciumhydroxid zur Berechnung und Normierung von Ergebnissen aus thermogravimetrischen Analysen vor. Vorwort 7 Inhaltsübersicht 9 Inhaltsverzeichnis 10 Abbildungsverzeichnis 12 Tabellenverzeichnis 16 Abkürzungsverzeichnis 18 Kurzfassung 19 Abstract 21 1 Einleitung 23 2 Calcinierter Ton 26 2.1 Calcinierung 27 2.2 Chemische und mineralogische Eigenschaften 31 2.3 Puzzolanische Aktivität 35 2.3.1 Definition 35 2.3.2 Einflussfaktoren 37 2.3.3 Untersuchungsmethoden 38 2.3.3.1 Direkte Methoden 39 2.3.3.2 Indirekte Methoden 42 2.3.4 Weitere Methoden 43 2.3.4.1 Vergleich der unterschiedlichen Methoden 43 2.4 Stand der Forschung zum Reaktionsverhalten 46 2.4.1 Reaktionsverhalten im klinkerfreien System 47 2.4.2 Reaktionsverhalten im zementgebundenen System 51 3 Experimentelle Untersuchungen 54 3.1 Forschungskonzept 54 3.2 Materialien 58 3.2.1 Rohton (RT) 59 3.2.2 Ungemahlener calcinierter Ton (CTS) 60 3.2.3 Gemahlener calcinierter Ton (CT) 61 3.2.4 Portlandzement 61 3.3 Probenvorbereitung 61 3.3.1 Herstellung der pulverförmigen Ausgangsstoffe 61 3.3.2 Probenvorbereitung für Untersuchungen im Rasterelektronenmikroskop 63 3.3.3 Herstellung der Proben für den R3-Test 65 3.3.4 Herstellung der Proben für die Löslichkeitsuntersuchungen 66 3.3.5 Herstellung und Nachbehandlung der Zementleimproben 68 3.4 Untersuchungsverfahren und Methoden 70 3.4.1 Thermogravimetrische Analyse (TGA) 70 3.4.1.1 Allgemeine Beschreibung des Untersuchungsverfahrens 70 3.4.1.2 Durchführung und Vorversuche zur Festlegung der Heizrate 71 3.4.1.3 Auswertung der Ergebnisse 76 3.4.2 Röntgendiffraktometrie (XRD) 86 3.4.2.1 Allgemeine Beschreibung des Untersuchungsverfahrens 86 3.4.2.2 Durchführung und Auswertung der Ergebnisse 86 3.4.3 Rasterelektronenmikroskop (SEM und EDX) 88 3.4.3.1 Allgemeine Beschreibung des Untersuchungsverfahrens 88 3.4.3.2 Durchführung und Auswertung der Ergebnisse 88 3.4.4 Ionenlöslichkeit 89 3.4.5 R3-Test 89 3.4.5.1 Allgemeine Beschreibung des Untersuchungsverfahrens 89 3.4.5.2 Durchführung und Auswertung der Ergebnisse 90 3.4.6 Biegezug- und Druckfestigkeit 93 3.4.7 „Tunkversuch“ 93 4 Reaktionsmodell zur Auswertung von TGA-Ergebnissen der R3-Proben 95 5 Untersuchungsergebnisse 103 5.1 Analyse der Ausgangsstoffe 103 5.1.1 TGA 103 5.1.2 XRD 106 5.2 Untersuchung der einzelnen Schichten des calcinierten Tons 108 5.3 Untersuchung des Reaktionsverhaltens im klinkerfreien System 113 5.3.1 Ionenlöslichkeit 113 5.3.2 R3-Test 116 5.3.3 TGA der Proben des R3-Tests 117 5.4 Untersuchung des Reaktionsverhaltens im zementgebundenen System 125 5.4.1 Zug- und Druckfestigkeit der Zementleimproben 125 5.4.2 TGA der Zementleimproben 129 5.4.3 „Tunkversuch“ 138 6 Diskussion der Ergebnisse 145 6.1 Untersuchung der einzelnen Schichten des calcinierten Tons 145 6.2 Untersuchung des Reaktionsverhaltens im klinkerfreien System 148 6.3 Untersuchung des Reaktionsverhaltens im zementgebundenen System 153 7 Zusammenfassung und Ausblick 165 Literaturverzeichnis 168 Normen und Standards 172 Anhang 173 Ergänzende Tabellen 173 Ergänzende Abbildungen 177 Front Matter ....Pages I-XXIV Einleitung (Kira Weise)....Pages 1-3 Calcinierter Ton (Kira Weise)....Pages 5-32 Experimentelle Untersuchungen (Kira Weise)....Pages 33-73 Reaktionsmodell zur Auswertung von TGA-Ergebnissen der R3-Proben (Kira Weise)....Pages 75-82 Untersuchungsergebnisse (Kira Weise)....Pages 83-124 Diskussion der Ergebnisse (Kira Weise)....Pages 125-144 Zusammenfassung und Ausblick (Kira Weise)....Pages 145-147 Back Matter ....Pages 149-160