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Puzzolanität von Flugasche

Was ist ein Puzzolan?

Unter Puzzolanen werden natürliche oder künstliche, saure, d.h. kieselsäurereiche, fein anfallende oder feingemahlene Silikate verstanden, die in Mischung mit Wasser und Calciumhydroxid und/oder Calciumsulfat hydraulisch erhärten. Ursache dieser puzzolanischen Reaktion ist die chemische und mineralogische Zusammen-setzung, der große Anteil glasig-amorpher Bestandteile und die große spezifische Ober-fläche dieser Stoffe. Puzzolane werden nach dem Ort Pozzuoli bei Neapel benannt. Bereits die Römer verwendeten Vulkanasche aus der Region Pozzuoli für die Herstellung von Binde-mitteln. Das Pantheon in Rom und die römische Wasserleitung, welche die Stadt Köln mit Wasser aus der Eifel versorgte, sind Beispiele sowohl für die Baukunst der Römer als auch für ihren hohen Stand der Bautechnik, hydraulische Bindemittel und dauerhafte Mörtel und Betone herzustellen und zu verarbeiten. Das Pantheon in Rom und die Relikte der römischen Wasserlei-tung zeugen auch heute noch von der Leis-tungsfähigkeit der mit Puzzolanen her-gestellten Bindemittel.

Was ist Flugasche?

Flugasche (FA) entsteht bei der Verbrennung von Steinkohle in Kraftwerken mit Staubfeuerung bei Temperaturen > 1200°C. Sie wird aus dem Rauchgasstrom in Elektrofiltern abgeschieden. Die FA sind sehr feinteilig und haben hohe Anteile kugelförmiger Partikel. Der Anteil glasig-amorpher Bestandteile liegt zwischen 70 und 95 M.-% Chemische Hauptbestandteile von FA sind SiO2 und Al2O3 sowie Fe2O3, deren Anteil in der Regel mehr als 80 M.-% beträgt. Diese Bestandteile sind ebenfalls Hauptbestandteile von natürlichen Puzzolanen. Sie werden als Hydraulefaktoren bezeichnet und sind für das Reaktionsvermögen mit Kalk oder kalkabspaltenden Stoffen verantwortlich.

Flugasche als Betonzusatzstoff

Flugasche wird seit mehr als 30 Jahren im Beton zur Verbesserung der Betoneigenschaften eingesetzt. Für die Wirksamkeit von Flugaschen im Beton sind im Wesentlichen die Feinkörnigkeit, die günstige Kornverteilung, die kugelige Form und der Glasanteil verant-wortlich. Beim Einsatz von Flugasche im Beton wirkt diese in dreifacher Weise. Bei der Herstellung verbessert sie die rheolo-gischen Eigenschaften der Mischung; die Kugelform der Flugaschepartikel hat eine verflüssigende Wirkung (Kugellager-Effekt). Durch die günstige Kornverteilung und die hohe Feinkörnigkeit wird der Kornaufbau des Gemisches verbessert (Füller-Effekt). Aufgrund der chemisch-mineralogischen Zusammensetzung reagiert die Flugasche mit dem bei der Zementhydrata-tion entstehendem Calciumhydroxid zu festigkeitsbildenden Calciumaluminat- und Calciumsilikathydraten (CAH, CSH), die denen aus der Zementhydratation ähnlich sind. Sie bilden einen Reaktionssaum um die Flugaschepartikel und führen zu einer Verdichtung des Gefüges. In Mörteln und Betonen bewirkt die puzzolanische Reaktion der Flugasche eine langan-dauernde und stetig zunehmende Gefügeverdichtung, die zu einer höheren Druckfestigkeit als die vergleichbarer Mörtel und Betone ohne Flugasche führt. Nach 90 d Hydratationsdauer zeigen die Mörtel mit Quarzmehl und die Zementmörtel bei gleichem w/z-Wert gleiche Druckfestigkeiten. Die flugaschehaltigen Mörtel haben bei gleichem w/z-Wert eine deutlich höhere Festigkeit. Dieser Festigkeitszuwachs beruht auf der puzzolanischen Reaktion der Flugasche.

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