Tagungsband - BFT International

PLENUM 2 // PROCEEDINGS
� INTRODUCTION For quite some time, a grow-
ing number of publications on so-called “green
cements” have been addressed to the public,
containing the information that building mate-
rials such as concrete and cement had a con-
siderable “environmental footprint” at least on
the public perception level – although these
basic materials can be used to construct build-
ings that have a very low environmental impact
when considering their entire life cycle.
For this reason, the whole industry has long
been looking for commercially viable solutions
that reduce the environmental impact of ce-
ment, which is a commodity product, and thus
also of concrete. However, no revolutionary
breakthroughs had been reported previously.
In this respect, the statement made, at the
beginning of 2009, that the Celitement binder
was used to develop a revolutionary, innovative
“cement” that offered potential C0 2 and ener-
gy savings of up to 50% received much atten-
tion both in the industry and the general public
(FIG. 1).
AUTHOR //
AUTOR
A: CELITEMENT: A POSSIBLE SUCCESSOR TO CONVENTIONAL CEMENT
GRADES? – CONCEPT, PRODUCTION AND PROPERTIES
A: CELITEMENT: EIN MÖGLICHER NACHFOLGER DER KLASSISCHEN
ZEMENTE? – KONZEPT, HERSTELLUNG UND EIGENSCHAFTEN
Dr. rer. nat. Hendrik Möller,
Schwenk Zement, Ulm
Moeller.Hendrik@
Schwenk.de
Geb. 1965; 1985-1990 Studium der Chemie
an der Universität Siegen und Orléans; 1993
Promotion; danach Projekt- und Laborleiter im
Forschungszentrum der Thyssen Krupp Polysius AG;
seit 2000 Mitarbeiter der Schwenk Zement KG,
Ulm; als Bereichsleiter Produkttechnik Mitglied
der Geschäftsleitung
der Schwenk
Zement KG;
Geschäftsführer
der Schwenk
Spezialbaustoffe
und seit 2009 der
Celitement GmbH;
Mitglied diverser
Gremien und
Ausschüsse im
Baustoffbereich
66 BFT 02/2011 www.bft-online.info
� EINLEITUNG Seit einiger Zeit wird die Öffentlich-
keit durch eine steigende Anzahl von Veröffentli-
chungen zu so genannten „grünen“ Zementen
darüber informiert, dass Baustoffe wie Zement und
Beton einen durchaus beachtlichen „ökologischen
Rucksack“ in der öffentlichen Wahrnehmung mit
sich herumtragen – obwohl aus diesen Grundstof-
fen über den Lebenszyklus betrachtet sehr ökolo-
gische Bauwerke erstellt werden können.
Die gesamte Industrie sucht daher schon länger
nach wirtschaftlich praktikablen Lösungen zur Ver-
besserung der Ökobilanz des Massenprodukts
Zement und damit auch des Betons. Wirklich revo-
lutionäre Durchbrüche waren hier bislang aber
nicht zu vermelden.
Insofern hat die Aussage zu Beginn des Jahres
2009, das mit dem Bindemittel Celitement ein re-
volutionär neuer „Zement“ mit Einsparpotenzialen
von bis zu 50 % an C0 2 und Energie entwickelt
wurde, in Fachkreisen und der breiten Öffentlich-
keit sehr viel Aufmerksamkeit erfahren (ABB. 1).
WARUM ERST JETZT? Letztlich beruht die Entwick-
lung von Celitement auf völlig neuen Erkenntnissen
über die Hydratation klassischer Zemente. Die For-
scher am KIT haben den Hebel bei den rohstoffbe-
dingten Emissionen der klassischen Klinker- bzw.
Zementherstellung angesetzt. Dies wurde durch
Einsatz neuester Verfahren zur detaillierten Auf-
klärung der Erhärtung von Zement und der Identi-
fikation bislang unbekannter Zwischenphasen der
Zementhydratation ermöglicht (ABB. 2).
WIE FUNKTIONIERT ES? Der Prozess der Hydrata-
tion von klassischem Zement findet in zwei Stufen
statt: Zuerst laugt das umgebende Wasser aus ei-
ner dünnen, nur wenige Nanometer starken Schicht
der Klinkerpartikel, Calcium-Ionen aus den Haupt-
klinkerphasen heraus und ersetzt sie durch Pro-
tonen. Die so gebildete extrem dünne Schicht ist
„arm“ an Calcium. In einem zweiten Reaktions-
schritt mit Wasser entstehen aus dem „aus-
gelaugten“ Vorprodukt die so genannten Calcium-
Silikat-Hydrat-Phasen (CSH). Diese sind letztendlich
für die Festigkeit des Zementsteins entscheidend.
Die Idee war nun, ein neu gefundenes Vorprodukt
der CSH-Phasenbildung, „die ausgelaugte Schicht“,
WHY NOT EARLIER? Ultimately, the develop-
ment of Celitement relies on completely new
findings regarding the hydration of conventi-
onal cements. The KIT researchers have utilized
their leverage on the emissions generated by
the raw materials used in conventional clinker
and cement production. This approach was
enabled by state-of-the-art methods that were
applied in order to get detailed insights into
the setting process of cement and the identi-
fication of previously unknown intermediate
phases in cement hydration (FIG. 2).
HOW DOES IT WORK? The hydration process of
conventional cement proceeds in two stages:
first, the surrounding water leaches calcium
ions out of the main clinker phases, from a
clinker particle layer of only a few nanometers,
and replaces them with protons.
The resulting, extremely thin layer is “low” in
calcium. In a second step, a reaction with water
occurs in which the “leached” intermediate
product is converted to the so-called calcium-
silicate-hydrate phases (CSH), which are crucial
for the strength of the cement paste. Resear-
chers thus developed the idea of directly
producing a newly found intermediate product
of the CSH phase formation, i.e. the “leached
layer”.
In a system as complex as cement, the inves-
tigation of low-crystalline or non-crystalline
phases in extremely thin layers imposes very
demanding requirements on the analytical
equipment and the expertise of those carrying
out the analyzes. Hence, it does not come as
a surprise that only the large-scale research
framework provided by the Helmholtz Associ-
ation made it possible to arrive at these find-
ings from cement hydration and to implement
them in a new process.
The idea to use a prehydrated product low in
calcium as a cement and to eliminate the clink-
er burning step almost inevitably results in the
necessity of employing an autoclave system.
Such units are used, for instance, in the pro-
duction of aerated concrete and are thus wi-
dely known in the building materials industry.