Einfluss des Recyclat-Einsatzes in Feuerbetonen auf deren Verarbeitungs- und Abbindeverhalten und Maßnahmen zur Steigerung der Kompatibilität von Feuerbetonen mit Recyclaten

Im FuE-Vorhaben wurde das Ziel verfolgt, das Verhalten von recyclat-haltigen Feuerbetonen während der Herstellung besser zu verstehen, so dass Feuerbetone mit erhöhter Recyclat-Kompatibilität entwickelt werden können. Dazu ist wichtig zu wissen, welche Verunreinigungen im alkalischen Milieu aus Recyclat-Rohstoffen für Feuerbetone herausgelöst werden und in welcher Konzentration diese dort gelöst werden. In erster Linie gehen die Hauptbestandteile der Rohstoffe und Verunreinigung in Lösung, die auch in den originären Rohstoffen vorhanden sind. Es lösen sich also vor allem Alkalien, Erdalkalien, Al₂O₃ und SiO₂ in alkalischer Lösung. Verunreinigungen aus der Anwendung, wie beispielsweise eisenreiche Verunreinigungen oder Schlacken aus der Metallurgie, wurden nicht in nennenswerter Konzentration nachgewiesen.

Die Stabilität von Matrixsuspension von Feuerbetonen wird durch die gelösten Verunreinigungen dahingehend beeinflusst, dass Wechselwirkungen zwischen Feinstpartikeln, sich auflösendem CA-Zement, Verflüssigermolekülen und gelösten Kationen auftreten. Die Verflüssigerstruktur nimmt dabei wesentlich Einfluss auf den Verflüssigungsmechanismus (sterische, elektrostatische oder elektrosterische Verflüssigung) und auch auf das Ansteifen der Matrixsuspensionen. Eine Verstärkung der Adsorption von Verflüssigern führt in der Regel zu einer stabilen Suspension bis die Hydratphasenbildung beginnt. Eine Fällung von Verflüssigermolekülen mit Ca²⁺ aus dem CA-Zement führt zu einem schnellen Ansteifen der Matrixsuspension durch Koagulation. Die Zugabe löslicher Kationen (als Chloride) verändert die Suspensionsstabilität durch die Adsorption der Kationen auf Feinstpartikeln. Für Verflüssiger, die grundsätzlich zur intensiveren Adsorption neigen, kommt es durch die Vermittlung durch Kationen zu einer verstärkten Adsorption der Verflüssiger auf Partikeloberflächen, sodass die Fließfähigkeit der Matrixsuspension sogar verbessert wird. Die Verflüssiger hingegen, die zur Fällung mit Ca²⁺ neigen, zeigen ein verschlechtertes Fließverhalten da die Oberflächenladungen der Partikel in der Matrixsuspension durch die Adsorption von Kationen deutlich reduziert werden und diese Verflüssiger eher flächig adsorbieren, sodass das elektrosterische Verflüssigungsverhalten in eine ineffizientere elektrostatische Verflüssigung übergeht. Die Fällung von Ca²⁺ und Verflüssigermolekülen wird durch die Kationen selbst weniger beeinflusst. Dagegen sind der pH-Wert der zugegebenen Salze und die spezifische Oberfläche der Feinstpartikel für ein verzögertes Ansteifen von Matrixsuspensionen von Feuerbetonen verantwortlich.

Das Herstellungsverhalten von Feuerbetonen, die gelöste Kationen (als Chloride) oder Recyclat-Rohstoffe beinhalten, wird dahingehend beeinflusst, dass deren Verflüssigung, über den Effekt poröser Recyclate hinaus, deutlich erschwert wird und ihr Fließverhalten so verschlechtert wird. Das erste Ansteifen solcher Feuerbetone wird etwas beschleunigt. Eine Systematik, nach Ladung und Konzentration der gelösten Kationen, war nicht zu erkennen. Die Hydratation der Feuerbetone scheint mehr durch die Temperatur des Feuerbetons nach dem Mischen als durch gelöste Kationen beeinflusst zu werden.

Die Beeinflussung der Verflüssigung und die Beschleunigung des ersten Ansteifens durch Recyclat-Rohstoffe kann abgemildert werden, wenn Recyclat-Rohstoffe in deionisiertem Wasser ausgewaschen werden. Damit ist eine deutliche Annäherung des Herstellungsverhaltens in Richtung der recyclat-freien Referenzfeuerbetonen zu beobachten.