Ziele:
Zu Beginn sind konkrete Zielgrößen zu definieren, die für die alle nachfolgenden Arbeiten (d. h. Schlackenaufbereitung, Bindemittelaktivierung und geotechnische Baustoffe) relevant sind. Dazu zählen insbesondere: Qualitätskonstanz, Ausschlusskriterien, Verfügbarkeit und akzeptable Kosten.
Schritte & Ergebnisse:
- Auswertung chemischer und mineralogischer Analysen von Stahlwerksschlacken im Hinblick auf die Variation kennzeichnender Parameter, welche die Aktivierbarkeit und damit die Verwendbarkeit als Bindemittel maßgeblich beeinflussen (Qualitätskonstanz)
- Definition grundsätzlich denkbarer Ausschlusskriterien, die einer Verwertung in geotechnischen Baustoffen a priori entgegenstehen (z. B. chemische Belastung mit Kohlenwasserstoffen, eluierbare Schwermetallgehalte, mangelnde Raumbeständigkeit)
- Verfügbarkeit: Gegenüberstellung von Schlackenangebot und -nachfrage im Sinne einer zeitlichen und örtlichen Verfügbarkeitsbetrachtung
- Definition akzeptabler Kosten unter Einbeziehung von Transport und Zwischenlagerung sowie Schlackenaufbereitung, Bindemittelaktivierung etc.
- Sichtung bautechnischer Anforderungsprofile anderer Sekundärrohstoffe (z. B. Flugasche, REA-Gips) und Definition eines Anforderungskatalogs für Stahlwerksschlacken
Ziele:
Wesentliche Voraussetzung zur Realisierung geotechnischer Baustoffe auf der Basis von Stahlwerksschlacke ist die industrielle Herstellbarkeit des Bindemittels. In diesem Zusammenhang spielen sowohl die wirtschaftliche Aufbereitbarkeit als auch die alkalische Aktivierbarkeit eine zentrale Rolle. Beide Aspekte werden im Rahmen dieses APs grundlegend und umfassend untersucht, da beide KO-Kriterien für die weitere Entwicklungsarbeit darstellen können.
Schritte und Ergebnisse:
- Beschaffung unterschiedlicher Stahlwerksschlacken aus der LD- und der Elektroofenroute (ca. 10 Proben) unter Beteiligung der beiden assoziierten Stahlwerke
- Charakterisierung von Eigenschaften, welche einerseits den Aufbereitungsprozess maßgeblich beeinflussen (z. B. Reststahlgehalt, Bruchstückgröße/Korngröße, mechanische Festigkeit, Duktilität, Mahlbarkeit nach Zeisel) und die andererseits für die alkalische Aktivierung relevant sind (AP 3)
- Aufbereitung kleinerer Mengen in der Laborkugelmühle und Charakterisierung der Mehle bzgl. Feinheitsgrad. Bestimmung der minimal erforderlichen Feinheit, die für eine hinreichende alkalische Aktivierung benötigt wird (AP 3)
- Aufbereitung größerer Mengen von vier ausgewählten Schlacken in einer Technikumsanlage des Anlagenbauers KHD (Köln) zwecks Durchführung weiterer Labor- und Technikumsversuche bzgl. Bindemittelaktivierung (AP 3) bzw. Verwendung als geotechnischer Baustoff (AP 4)
- Ermittlung der verfahrentstechnisch maßgeblichen Kenngrößen Mahlbarkeit, Energiebedarf und Verschleiß im Hinblick auf eine industrielle Mahlung
- Konzeptionierung einer industriellen Aufbereitungsanlage mit Berücksichtigung neuralgischer Komponenten (u. a. Mahlwerk, Antrieb, Prozesssteuerung)
Ziele:
Als alkalische Aktivatoren sind im Zusammenhang mit Hüttensanden und Flugaschen vor allem Pottasche, Soda sowie Natrium- und Kalium-Wassergläser bekannt. Es gilt zu prüfen, inwieweit diese auch für Stahlwerkschlacken zielführend sind bzw. welche anderen Stoffe eine wirtschaftliche Alternative darstellen. In diesem Zusammenhang ist insbesondere zu berücksichtigen, dass der Baustoff robust ist, also auch bei Störeinflüssen annähernd gleichbleibende Eigenschaften aufweist. Letztliches Ziel des APs ist die Kenntnis zweckmäßiger Bindemittel-Aktivator-Kombinationen.
Schritte und Ergebnisse:
- Vorauswahl von potentiell geeigneten alkalischen Aktivatoren auf der Basis bauchemischer Betrachtungen unter Berücksichtigung der Ergebnisse zur chemischen und mineralogischen Zusammensetzung (AP 1.a)
- Bewertung der Aktivierbarkeit bei Variation maßgeblicher Einflussgrößen (u. a. Mahlfeinheit der Schlacken, Art und Menge des Aktivators) anhand von Indexversuchen, wie z. B. zeitabhängige Flügelscherfestigkeiten
- Identifikation potentiell zu bevorzugender Bindemittel-Aktivator-Kombinationen und anschließende detaillierte Untersuchung des Erhärtungsverhaltens unter Berücksichtigung möglicher Störeinflüsse aus angedachten Anwendungsbereichen (AP 4.a), wie z. B. die Umgebungstemperatur
- Untersuchung der Interaktion der Bindemittel mit weiteren Feinkornanteilen und Zusatzmitteln, die üblicherweise in geotechnischen Baustoffen zum Einsatz kommen (u. a. Gesteinsmehle, Stabilisatoren)
Ziele:
Eine Besonderheit von geotechnischen Baustoffen ist, dass diese im Kontakt zum Baugrund stehen und mit diesem beim Einbau interagieren, beispielsweise indem sie Filtratwasser abgeben und damit an Konsistenz verlieren. So gilt es zu beachten, dass diese für die in Abschnitt 1.1 aufgeführten Anwendungsfälle fließfähig und dennoch sedimentationsstabil sein müssen, um feingliedrige Elemente der speziellen Verfahrenstechniken (z. B. Manschettenrohröffnungen bei Injektionen oder Verpresslisenen beim maschinellen Tunnelvortrieb) passieren zu können. Ziel des AP ist es daher, den Nachweis der Einsetzbarkeit der innovativen geotechnischen Baustoffe unter baupraktischen Bedingungen zu erbringen.
Schritte und Ergebnisse:
- Auswertung von technischen Regelwerken und gesetzlichen Vorgaben im Bereich geotechnischer Baustoffe, die zu beachten sind
- Definition konkreter technischer Zielgrößen für die exemplarischen Anwendungsfälle Ringspaltmassen, Flüssigböden und Dichtwandmassen sowie für weitere zu recherchierende Einsatzmöglichkeiten
- Entwicklung baustofftechnologischer Mischungsentwürfe für die zuvor genannten exemplarischen Anwendungsfälle und Durchführung von Indexversuchen zwecks Bewertung der zeitabhängigen Festigkeits- und Steifigkeitsentwicklung (u. a. einaxiale Druckversuche bzw. Oedometerversuche)
- Festlegung endgültiger Mischungsentwürfe und Ermittlung verfahrensspezifischer Kenngrößen (z. B. Konsistenz bei Ringspaltmörteln, Fließgrenze bei Flüssigböden, Wasserdurchlässigkeitsbeiwerte bei Dichtwandmassen) und Gegenüberstellung mit konventionellen, bereits am Markt verfügbaren geotechnischen Baustoffen
- Konzeptionierung und Durchführung verfahrensspezifischer Einbauversuche zwecks Nachweis der Gleichwertigkeit mit konventionellen geotechnischen Baustoffen
- Überprüfung der Umweltverträglichkeit (Auslaugverhalten)
- Überprüfung des ökologischen Vorteils der Portlandzementsubstitution
- Überprüfung der Recyclingfähigkeit der Baustoffe mit alkaliaktiviertem Bindemittel nach Beendigung der Lebensdauer
Ziele:
Kommunikation von Projektinhalten und Ergebnissen in der Fachwelt. Einholung von Anregungen und Feedbacks von weiteren Endnutzern und Experten. Standardisierung der Projektergebnisse zwecks zeitnaher Einführung in die Praxis.
Schritte und Ergebnisse:
- Öffentlichkeitsarbeit durch Aufbereitung von Teilergebnissen und anschl. Erstellung von Projektflyern und Postern sowie Erstellung und Pflege einer Projekt-Homepage inkl. Imagefilm zwecks Gewinnung zusätzlicher assoziierter Partner
- Organisation, Durchführung und Nachbereitung von zwei Workshops zu den Themen „Ressourceneffizienz im Grundbau“ und „Sekundärrohstoffe für geotechnische Baustoffe“ zwecks Einholung von Stakeholder-Feedbacks und neuen Anregungen sowie einer Projektabschlusskonferenz
- Publikationen von wissenschaftlichen Fachaufsätzen (bevorzugt in reviewed Journals) und Vorstellung von Ergebnissen auf nationalen und internationalen Tagungen
- Erstellung eines Leitfadens mit maßgeblichen Projektergebnissen und Gremien-Mitarbeit zwecks Hinwirkung auf eine schnelle Praxiseinführung der Innovationen
Ziele:
Termingerechte Ausführung und Einhaltung des geplanten Leistungsumfangs.
Schritte und Ergebnisse:
- Abstimmung der Partner untereinander, mit den assoziierten Stahlwerken und dem Projektträger, u. a. im Rahmen von Lenkungskreissitzungen
- Projektdokumentation und kritische Bewertung aller Projektschritte hinsichtlich des Erreichens der gesetzten Forschungsziele
- Qualitäts- und Risikomanagement einschließlich Erstellung von Ausweichplänen
- Management von Geistigem Eigentum