Herstellung

Calciumarme Ausgangsmischung

Die Rohstoffe, ein Calcium- und ein Silizium-Träger, müssen für den Herstellungsprozess aufbereitet und in vorher genau festgelegten Verhältnissen gemischt werden. Der Calcium-Träger (CaO z.B. aus CaCO3) muss in einer reaktiven Form zur Verfügung stehen, was durch eine Entsäuerung von Kalkstein zu Calciumoxid erfolgen kann. Als Silizium-Träger eignen sich Silikate wie z.B. Sand. Das molare Verhältnis von Calcium zu Silizium liegt zwischen 0,5 und 2. Entsprechend niedrig ist der Bedarf am Rohstoff Calciumcarbonat.

Hydrothermalsynthese

In einem Autoklaven entstehen aus den Rohstoffen und Wasser bei Temperaturen zwischen 150 und 300°C unter Sättigungsdampfdruck Calcium-Silikat-Hydrate (CSH). Nach der Trocknung können diese weiterverarbeitet werden. Die entstandenen Calcium-Silikat-Hydrate sind nicht hydraulisch aktiv.

Aktivierungsmahlung

Das im Autoklaven erzeugte Zwischenprodukt wird unter Mischung mit weiterem Silikatträger durch eine spezielle Reaktionsmahlung aktiviert und auf die gewünschten Produkteigenschaften eingestellt. Zur Steuerung der Reaktivität oder anderer wichtiger Produkteigenschaften können auch weitere Zusatzstoffe zugegeben werden.

Bindemittel

Als Ergebnis der Reaktionsmahlung erhält man ein bereits wasserhaltiges Bindemittel, welches genau wie klassischer Zement verarbeitet und eingesetzt werden kann. Auch Abmischungen mit Portlandzementen oder anderen hydraulisch aktiven Stoffen sind möglich. Bei der Anwendung erhält man in großer Menge die aus der Hydratation von Zementen bekannten Klebestoffe des Betons, die sogenannten CSH-Phasen (Calciumsilikathydrate).

Prozesskontrolle

Analytisch sind Celitemente sehr aufwändig zu charakterisieren oder zu identifizieren. Die dafür benötigten Verfahren sind komplex. Für die Entwicklung und Optimierung von Celitement wird daher besondere analytische Expertise benötigt. Diese wird derzeit zusammen mit dem KIT entwickelt. Denn nur die analytische Kontrolle aller Prozessstufen bei der Produktion erlaubt den Schritt in die industrielle Praxis.

Die Herstellung von Celitement erfolgt bei Temperaturen bis 300°C. Die im Vergleich zur Herstellung von Portlandzementklinker (Drehrohr, 1.450°C) deutlich niedrigere Prozesstemperatur und die verringerte Kalkmenge führen zu einer wesentlichen Energieeinsparung. Celitemente sind mit Portlandzement kompatibel und besitzen hervorragende Materialeigenschaften. Die Phasenzusammensetzung ist sehr homogen. Dies vereinfacht die Steuerung der Eigenschaften, z.B. die zeitliche Entwicklung der Festigkeit.

Eine sichere Verfahrensführung, Qualitätskontrolle und Optimierung des Produktes bis zur Marktreife ist nur dann möglich, wenn alle anfallenden Materialien auch hinreichend genau charakterisiert und objektiv beurteilt werden können. Die Wirtschaftlichkeit einer Industrieanlage hängt ganz wesentlich vom Einsatz automatisierbarer Systeme zur Produktions- und Qualitätsüberwachung ab. Einige Verfahren der bisher manuell durchgeführten Analytik von Celitementen sind in der Automation so noch nie in die Prozesskontrolle von Industrieanlagen integriert worden. Zusammen mit dem KIT wurden hier auch industriell einsetzbare Verfahren und Techniken entwickelt. Diese werden derzeit entweder beim Industriepartner SCHWENK oder in der Pilotanlage getestet.

Die stofflichen Grundlagen und das Verfahren zur Herstellung von Celitement sind eine Entwicklung des Karlsruher Institut für Technologie.