WikiDer > Puzzolan
Puzzler sein Kieselsäure oder Kieselsäure und aluminiumoxidreich Stoffe, die in feinverteilter Form und in Gegenwart von Wasser chemisch mit Calciumhydroxid reagieren (gelöschte Limette) zu Verbindungen mit Bindungseigenschaften. Die Reaktion von Puzzolanen nur mit Wasser ist begrenzt, daher gelten Puzzolane nicht als hydraulisches Bindemittel an sich. Die weite Definition eines Puzzolans bezieht sich nicht auf die Herkunft des Materials, sondern nur auf seine Fähigkeit, mit Calciumhydroxid und Wasser zu reagieren. Puzzolane werden als Zusatzstoffe in Zement um die ökonomischen und ökologischen Kosten des Produktes zu senken, aber auch um die Bindemitteleigenschaften zu verbessern wie Druckfestigkeit und Lebensdauer verbessern.
Geschichte
Anorganische Bindemittel aus Kalk und fein gemahlenen reaktiven (Alumino-)Silikaten wurden erstmals entdeckt und weiterentwickelt Antike im östlichen Mittelmeer. Die ältesten bekannten Überreste, die die bewusste Verwendung von fein gemahlenem Vulkanmaterial belegen, stammen aus dem 6. Jahrhundert v. und wurden gefunden in Kamiros, auf der griechischen Insel Rhodos. Bisherige Verwendung von zerkleinerten Tonscherben in Kombination mit Kalk bei der wasserdichten Besetzung von Bädern und Stauseen durch die Minderjährige auf Kreta scheint zu zeigen, dass die Technologie bereits vorher bekannt war. Es war jedoch der Römer die die Technologie übernommen und weiterentwickelt haben. Die Römer verwendeten hauptsächlich fein gemahlenes Vulkangestein Tephra oder Tuff aus den umliegenden gebieten, die berühmtesten aus pozzuoli (Campi Flegrei-Komplex, Neapel), daher der Name Puzzolan, und von Segnia (Latein). Bevorzugt wurden natürliche Puzzolanquellen (wie z trass von dem Eifel), wenn keine natürlichen Vorkommen vorhanden waren, wurden gemahlene Keramikabfälle verwendet. Die außergewöhnliche Dauerhaftigkeit von Konstruktionen wie dem Pantheon oder der Pont du Gard gebaut mit Granatwerfer und Römischer Beton aus Kalk-Puzzolan-Mischungen zeugt sowohl von der Kompetenz der römischen Baumeister als auch von der hervorragenden Haltbarkeit des verwendeten Bindemittels.
Ein wichtiger Teil des technologischen Wissens über Puzzolan-Kalk-Bindemittel ging während der frühes Mittelalter. Die Wiederentdeckung der römischen Baupraxis in der Renaissance bei frühen Ausgrabungen und wie beschrieben in Die Architektur durch Vitruvian führte zur Wiedereinführung von Kalk-Puzzolan-Mischungen als relativ starke, dauerhafte und unter Wasser aushärtende Bindemittel. In den Niederlanden wurden hauptsächlich trass importiert aus dem Eifelregion. Der Aufstieg von hydraulische Zemente und schlussendlich Portland-Zement, die eine schnellere Festigkeitsentwicklung aufweisen, führte im 18. und 19. Jahrhundert zu einem allmählichen Rückgang der Verwendung von Kalk-Puzzolan-Bindemitteln.
Im Laufe des 20. Jahrhunderts kam die Verwendung von Puzzolanen als Zusatz in Portlandzementbetonmischungen in Mode. Aufgrund der Kombination von wirtschaftlichen, technischen und neuerdings auch umweltbedingten Faktoren machen sogenannte Mischzemente, Zemente mit einem erheblichen Anteil an Zuschlagstoffen, den Großteil der Zementproduktion im 21. Jahrhundert aus.
Puzzolan-Materialien
Die allgemeine Definition eines Puzzolans umfasst eine Vielzahl von Materialien unterschiedlicher Herkunft, Zusammensetzung und Eigenschaften. Sowohl natürliche als auch künstliche Materialien weisen puzzolanische Aktivität auf und werden als Zementzusatzstoffe verwendet. Künstliche Puzzolane lassen sich gezielt herstellen, zum Beispiel durch thermische Aktivierung von Kaolin-Tonen zu metakaolin fallen aber häufiger als Abfall oder Nebenprodukt an, wie z Flugasche von Kohlekraftwerke vor dem Stromproduktion. Die am häufigsten verwendeten Puzzolane sind industrielle Nebenprodukte wie Flugasche, Mikrosilika aus Siliziumherstellung, hochreaktiv metakaolin, und die Asche organischer Stoffe, die reich an Kieselsäure sind, wie z Reispelas. Die Verwendung von Puzzolanen ist mittlerweile in den meisten Ländern weit verbreitet und reglementiert. Der lokale Verbrauch ist stark vom verfügbaren Angebot bzw. den gewinnbaren Vorräten abhängig. Heute ist das Volumen an hochwertigen Rätseln oft begrenzt und das lokale Angebot wird voll ausgeschöpft. Alternativen zu den bekannten Puzzolan-Nebenprodukten finden sich in der Erweiterung des Angebots an industriellen Nebenprodukten bzw. Abfällen und in einer zunehmenden Verwendung natürlicher Puzzolane.
Die Verbreitung natürlicher Puzzolane ist stark abhängig von der lokalen Geologie. In Ländern mit wichtigen Reserven wie such Italien, Deutschland, Griechenland, Truthahn und China erhebliche Mengen werden als Zementzusatzstoffe verwendet. Die meisten der abgebauten natürlichen Rätsel stammen von vulkanisch Ursprung. Vulkanasche und Tephra die größtenteils bestehen aus vulkanische Glassplitter werden häufig verwendet, ebenso wie Materialien, in denen die Vulkanglas wurde umgewandelt in Zeolithe durch Interaktion mit alkalischGrundwasser. Puzzolan-Ablagerungen von sedimentär Herkunft sind seltener. Kieselgur, bestehend aus einer Ansammlung von kieselsäurereichen Kieselalge Mikroskelette ist hier eine interessante Quelle.
Benutzen
Die Verwendung von Puzzolanen als Zusatzstoff in Zement bietet mehrere Vorteile. Erstens führt der Ersatz eines wesentlichen Teils des Portlandzements durch billigere natürliche Puzzolane oder industrielle Nebenprodukte zu geringeren wirtschaftlichen Kosten. Zweitens bedeutet es auch eine geringere Belastung der Umgebung, eine Steuer, die hauptsächlich aus Emissionen besteht Treibhausgase in der Portlandzementproduktion. Ein dritter Vorteil ist die Verbesserung der Haltbarkeit des Endprodukts. Darüber hinaus erfordert die Zugabe von Puzzolanen nur eine geringfügige Änderung des konventionellen Herstellungsverfahrens von Portlandzement und bietet die Möglichkeit, große Mengen an Industrieabfällen als nachhaltig aufzuwerten Baumaterial.
In der Praxis ist eine Reduzierung des Portlandzementgehalts um bis zu 40 Prozent zulässig. Bei richtiger Vorbereitung der Betonrezeptur können Puzzolane kurzfristig ohne nennenswerten Druckfestigkeitsverlust in Beton eingesetzt werden. Üblicherweise trägt die puzzolanische Reaktion zwischen Calciumhydroxid und dem Puzzolan nur mittelfristig zur Druckfestigkeit bei und langfristig kann eine deutlich höhere Festigkeit erreicht werden. Kurzfristig kompensiert es Fülleffekt des Puzzolans teilweise für die langsamere Puzzolan-Reaktion. Der Füllstoffeffekt führt zu einer schnelleren Hydratationsreaktion des Portlandzements, auch das Auffüllen von Zwischenräumen zwischen Zementkörnern durch kleine Puzzolanpartikel erklärt zum Teil den Ausgleich des Festigkeitsverlustes.
Einer der Hauptvorteile von Puzzolan-Zementen ist die erhöhte Beständigkeit gegen Eindringen und Beschädigung durch korrosive und aggressive äußere Lösungen. Die verbesserte Haltbarkeit von Puzzolan-Zementbindemitteln ermöglicht eine längere Lebensdauer von Bauwerken und verringert die teure und unbequeme Notwendigkeit, beschädigte Bauwerke zu reparieren oder zu ersetzen. Einer der Hauptgründe für die verbesserte Haltbarkeit ist die verringerte Permeabilität des Bindemittels, das dadurch besser gegen das Eindringen von schädlichen Ionen wie Chloriden und Sulfaten geschützt ist. Darüber hinaus trägt der reduzierte Gehalt des reaktiven Calciumhydroxids auch zu einem geringeren Risiko schädlicher expansiver Reaktionen bei. Die Anwesenheit von Puzzolanen kann auch das Risiko einer Alkali-Kieselsäure-Reaktion, Schwellung von Granulate unter dem Einfluss der alkalischen Zementporenflüssigkeit durch Änderung der Porenflüssigkeitszusammensetzung. Somit ist eine Reduzierung der pH und eine erhöhte Konzentration von Aluminat in Lösung zu einer stark reduzierten und unterdrückten Auflösung und Quellung der Granulatfraktion.