TY - THES

T1 - Ein mineralisches Bindemittel auf Basis Olivin

AU - Lackner, Lena

N1 - gesperrt bis 01-02-2026

PY - 2024

Y1 - 2024

N2 - Die CO2-Bilanz von Prozessen und Produkten ist in den letzten Jahren durch die anhaltende Klimaproblematik vermehrt in den Fokus gerückt. Die Herstellung der für die moderne Bauindustrie essenziellen Zemente und Zementprodukte ist mit einem erheblichen Energieaufwand und CO2-Emissionen verbunden. Um Alternativen für die herkömmlichen Produktionswege und Produkte zu finden, wird die Eignung von Olivin ((Mg,Fe)2SiO4) und Oxalsäure Dihydrat (C2H2O4 · 2 H2O) als Rohstoffe für Säure-Base Zemente untersucht. Der verwendete Olivin wurde gebrochen, gemahlen und die Mahlfeinheit mittels Blaine-Gerät und lasergranulometrischer Messung überprüft. Die Dichte des Olivins wurde mittels Gaspyknometer bestimmt. Der Chemismus und die Mineralzusammensetzung des Rohstoffes wurde röntgendiffraktometrisch und durch energiedispersive Röntgenspektroskopie ermittelt und das Gefüge im Auflichtmikroskop und Rasterelektronenmikroskop untersucht. Im weiteren Verlauf wurden Mischungen aus Olivin, Oxalsäure und deionisiertem Wasser hergestellt, die in einer folierten Stahlform zu 20x20x20 mm großen Würfeln geformt wurden. Durch Veränderung der Parameter (spezifische Oberfläche, Massenverhältnis Olivin zu Oxalsäure und W/C-Wert) wurden unterschiedliche Mischungen hergestellt. Der Einfluss der Mischungsreihenfolge der Komponenten sowie der Einfluss der Lagerungsbedingungen auf die Ergebnisse wurden analysiert. Das Erstarrungsende der einzelnen Mischungen wurde mittels Vicat-Nadelversuch bestimmt und die Würfel hinsichtlich ihrer Druckfestigkeit und Volumen- sowie Längenänderungen bei der Trocknung und Lagerung untersucht. Zusätzlich zu den Versuchen mit Olivin wurden Wollastonit (CaSiO3) und Schlacke als Rohstoffe erprobt, eine Mörtelmischung aus Olivin und Quarzsand hergestellt und ein Vergleichsversuch zur Wasserbeständigkeit mit CEM II durchgeführt. Im Verlauf dieser Arbeit wurden darüber hinaus Formen aus unterschiedlichen Materialien getestet, da sich eine Stahlform (unfoliert) nicht für diese Art von Bindemittel eignet. Die Versuchsplanung basierend auf dem Box-Behnken Design wurde mittels MATLAB durchgeführt und die Ergebnisse der Versuchsreihe graphisch dargestellt. Zur weiteren Analyse der Ergebnisse wurde eine Korrelationsmatrix in Microsoft-Excel erstellt. Folgende Erkenntnisse konnten gewonnen werden: Vor allem bei einem niedrigen Olivin zu Oxalsäure Verhältnis kann eine hohe Volums- / Längenzunahme der Würfel beim Erstarren beobachtet werden. Die Druckfestigkeit wird von den konkurrierenden Einflüssen der auftretenden Porosität und der Menge an gebildetem Magnesiumoxalat beeinflusst. Die Druckfestigkeit steigt mit steigender spezifischer Oberfläche der basischen Komponente (Olivin), da das Reaktionsausmaß und die bindende Komponente gesteigert wird. Die Erstarrungszeit wird insbesondere von der spezifischen Oberfläche und dem W/C-Wert beeinflusst. Der Einfluss des W/C-Werts auf die Druckfestigkeit und Erstarrungszeit ist abhängig von den anderen Parametern und es besteht keine lineare Abhängigkeit. Die höchsten Werte der Druckfestigkeit können bei hoher spezifischer Oberfläche, einem mittleren Ol/Ox-Verhältnis und einem niedrigen W/C-Wert erreicht werden.

AB - Die CO2-Bilanz von Prozessen und Produkten ist in den letzten Jahren durch die anhaltende Klimaproblematik vermehrt in den Fokus gerückt. Die Herstellung der für die moderne Bauindustrie essenziellen Zemente und Zementprodukte ist mit einem erheblichen Energieaufwand und CO2-Emissionen verbunden. Um Alternativen für die herkömmlichen Produktionswege und Produkte zu finden, wird die Eignung von Olivin ((Mg,Fe)2SiO4) und Oxalsäure Dihydrat (C2H2O4 · 2 H2O) als Rohstoffe für Säure-Base Zemente untersucht. Der verwendete Olivin wurde gebrochen, gemahlen und die Mahlfeinheit mittels Blaine-Gerät und lasergranulometrischer Messung überprüft. Die Dichte des Olivins wurde mittels Gaspyknometer bestimmt. Der Chemismus und die Mineralzusammensetzung des Rohstoffes wurde röntgendiffraktometrisch und durch energiedispersive Röntgenspektroskopie ermittelt und das Gefüge im Auflichtmikroskop und Rasterelektronenmikroskop untersucht. Im weiteren Verlauf wurden Mischungen aus Olivin, Oxalsäure und deionisiertem Wasser hergestellt, die in einer folierten Stahlform zu 20x20x20 mm großen Würfeln geformt wurden. Durch Veränderung der Parameter (spezifische Oberfläche, Massenverhältnis Olivin zu Oxalsäure und W/C-Wert) wurden unterschiedliche Mischungen hergestellt. Der Einfluss der Mischungsreihenfolge der Komponenten sowie der Einfluss der Lagerungsbedingungen auf die Ergebnisse wurden analysiert. Das Erstarrungsende der einzelnen Mischungen wurde mittels Vicat-Nadelversuch bestimmt und die Würfel hinsichtlich ihrer Druckfestigkeit und Volumen- sowie Längenänderungen bei der Trocknung und Lagerung untersucht. Zusätzlich zu den Versuchen mit Olivin wurden Wollastonit (CaSiO3) und Schlacke als Rohstoffe erprobt, eine Mörtelmischung aus Olivin und Quarzsand hergestellt und ein Vergleichsversuch zur Wasserbeständigkeit mit CEM II durchgeführt. Im Verlauf dieser Arbeit wurden darüber hinaus Formen aus unterschiedlichen Materialien getestet, da sich eine Stahlform (unfoliert) nicht für diese Art von Bindemittel eignet. Die Versuchsplanung basierend auf dem Box-Behnken Design wurde mittels MATLAB durchgeführt und die Ergebnisse der Versuchsreihe graphisch dargestellt. Zur weiteren Analyse der Ergebnisse wurde eine Korrelationsmatrix in Microsoft-Excel erstellt. Folgende Erkenntnisse konnten gewonnen werden: Vor allem bei einem niedrigen Olivin zu Oxalsäure Verhältnis kann eine hohe Volums- / Längenzunahme der Würfel beim Erstarren beobachtet werden. Die Druckfestigkeit wird von den konkurrierenden Einflüssen der auftretenden Porosität und der Menge an gebildetem Magnesiumoxalat beeinflusst. Die Druckfestigkeit steigt mit steigender spezifischer Oberfläche der basischen Komponente (Olivin), da das Reaktionsausmaß und die bindende Komponente gesteigert wird. Die Erstarrungszeit wird insbesondere von der spezifischen Oberfläche und dem W/C-Wert beeinflusst. Der Einfluss des W/C-Werts auf die Druckfestigkeit und Erstarrungszeit ist abhängig von den anderen Parametern und es besteht keine lineare Abhängigkeit. Die höchsten Werte der Druckfestigkeit können bei hoher spezifischer Oberfläche, einem mittleren Ol/Ox-Verhältnis und einem niedrigen W/C-Wert erreicht werden.

KW - Bindemittel

KW - Säure-Base-Zement

KW - Olivin

KW - Oxalsäure

KW - Oxalsäurezement

KW - Alternative Baustoffe

KW - Binders

KW - Acid-base cement

KW - Olivine

KW - Oxalic acid

KW - Oxalic acid cement

KW - Alternative building materials

M3 - Masterarbeit

ER -