Eine aktuelle Studie von den Autoren Chaoyang Luo und Jing Bi untersucht die Machbarkeit, thermisch aktivierten Steinkohlenabraum (KGA) als teilweisen Ersatz für Portlandzement zu nutzen. Dabei wird eine kombinierte Aktivierungsstrategie mit rotem Schlamm und Natriumsilikat angewendet, um die Hydratationskinetik und die mechanischen Eigenschaften des zementären Systems zu beeinflussen.
Versuchsaufbau
Die Untersuchung verwendet ein orthogonales Versuchsdesign, ergänzt durch isotherme Kalorimetrie, Niedrigfeld‑NMR, Röntgendiffraktion und Rasterelektronen‑Mikroskopie mit energiedispersiver Spektroskopie. Diese Methoden ermöglichen eine systematische Bewertung von Hydratationsverhalten, mikrostruktureller Entwicklung und Druckfestigkeit.
Hydratationsverhalten
Die Ergebnisse zeigen, dass Natriumsilikat die Hydratationskinetik signifikant beeinflusst, indem es die Haupthydratationsphase verzögert und das exotherme Peak verbreitert. Die Niedrigfeld‑NMR‑Analyse bestätigt, dass Systeme mit Natriumsilikat auch in den späten Hydratationsstadien kontinuierlich Wasser verbrauchen, was auf einen langanhaltenden Hydratationsprozess hinweist.
Einfluss des roten Schlams
Roter Schlamm trägt zur Regulation der Hydratation bei und kompensiert teilweise den Festigkeitsverlust, der durch die Beimischung von thermisch aktiviertem KGA entsteht. Durch diese Wirkung wird die Gesamtreaktivität des Gemischs modifiziert, ohne die grundlegenden Hydratationsprozesse zu unterbrechen.
Mechanische Eigenschaften
Im Vergleich zur alleinigen Aktivierung mit Natriumsilikat führt die kombinierte Zugabe von rotem Schlamm und Natriumsilikat zu einer geringeren Druckfestigkeit über alle Aushärtezeiten hinweg. Diese Beobachtung wird durch die gemessenen Druckfestwerte bei verschiedenen Kurbelzeiten bestätigt.
Mikrostrukturanalyse
Röntgendiffraktion und Rasterelektronen‑Mikroskopie mit EDS zeigen, dass das ko‑aktivierte System eine relativ heterogene Verteilung der Hydratationsprodukte aufweist und eine weniger kompakte Mikrostruktur besitzt. Diese Merkmale korrelieren mit der beobachteten niedrigeren mechanischen Leistung.
Praktische Implikationen
Die Studie liefert wertvolle Einblicke in das Zusammenspiel von rotem Schlamm und Natriumsilikat in KGA‑basierten zementären Materialien. Sie unterstützt die Optimierung von Aktivierungsstrategien und fördert die effiziente Nutzung industrieller Feststoffabfälle im Bausektor.
Dieser Bericht basiert auf Informationen von PLOS ONE, lizenziert unter Creative Commons BY 4.0 (Open Access). Wissenschaftliche Inhalte, offen zugänglich.
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