Stahlwerksschlacke als Bindemittel für Baustoffe

Die MC erforscht und entwickelt bereits seit vielen Jahren klimafreundliche Baustoffe. So ist eine ganze Reihe von innovativen Produkten wie zum Beispiel der zementfreie Ringspaltmörtel oder der zementfreie EFC-Beton entstanden. Im Forschungsprojekt SABINE arbeitet MC mit Forschungseinrichtungen und weiteren Unternehmen zusammen an der Verwertung von Stahlwerksschlacken als Bindemittel für geotechnische Baustoffe.

Ressourceneffiziente Kreislaufwirtschaft

Die Partner verfolgen mit „SABINE“ das Ziel, im Sinne einer ressourceneffizienten Kreislaufwirtschaft Sekundärrohstoffe wie Schlacken oder Aschen, die in anderen Industriezweigen als mineralische Nebenprodukte entstehen, in Baustoffen einzusetzen. Damit sollen zum einen der Zementanteil in Baustoffen und damit der CO₂-Fussabdruck reduziert und zum anderen Nebenprodukte sinnvoll verwertet und die steigende Nachfrage nach mineralischen Rohstoffen in der Bauwirtschaft bedient werden. Alternative Bindemittel, in denen Zement teilweise oder vollständig zum Beispiel durch Schlacken substituiert wird, gewinnen daher mehr und mehr an Bedeutung, denn ihr CO₂-Fussabdruck ist deutlich kleiner.

Nützliche Nebenprodukte

Schlacken entstehen als Nebenprodukt bei der Herstellung von Metallen wie die Hochofenschlacke bei der Erzeugung von Roheisen oder die Elektroofenschlacke bei der schrottbasierten Stahlherstellung. Die Schlacken unterscheiden sich sowohl chemisch als auch mineralogisch deutlich. Die mit Wasser abgeschreckte und daher glasig erstarrte Hochofenschlacke, der Hüttensand, wird bereits seit 140 Jahren in Zementen eingesetzt, da sie latent-hydraulisch reagiert. Die kristallinen Stahlwerksschlacken hingegen weisen diese Eigenschaft üblicherweise nicht auf und werden bislang vorwiegend als Gesteinskörnung im Verkehrswegebau eingesetzt. Im Rahmen des Projekts SABINE soll nun untersucht werden, wie Stahlwerksschlacken zu behandeln, aufzubereiten und zu aktivieren sind, um auch sie als alternatives Bindemittel in Baustoffen verwenden zu können.

Geotechnische Einsatzbereiche

Seit über 100 Jahren ist die grundsätzliche Wirkung alkalisch aktivierter Bindemittel in Form von Schlacke, Asche oder auch Gesteinsmehl bekannt. Je nach Stofftyp bilden sich vernetzte Silikatstrukturen, also anorganische langkettige Moleküle, die als Geopolymere bezeichnet werden, oder die von der Zementerhärtung bekannten Calciumsilikathydrate. Betone mit alkalisch aktivierten Bindemitteln kommen bereits vereinzelt als nachhaltige Baustoffe zum Einsatz. Durch den Anteil an Kalk und Silikat haben auch Stahlwerksschlacken das Potenzial, alkalisch aktivierbar zu sein. Bisherige Forschungsarbeiten haben jedoch gezeigt, dass diese nicht so einfach zu aktivieren sind wie glasiger Hüttensand. Insbesondere konnten bislang keine vergleichbaren Festigkeiten erzielt werden, daher ist die Verwendung in Betonen nicht möglich. Es gibt jedoch eine Reihe von geotechnischen Einsatzbereichen, in denen bereits geringere Festigkeiten ausreichend sind, wie zum Beispiel bei Ringspaltmassen bei maschinellen Tunnelvortrieben, Flüssigböden zum Verfüllen von Leitungsgräben sowie Dichtwandmassen für unterirdische Abdichtungswände. Diese Baustoffe stehen im Fokus von SABINE. Ihre Dauerhaftigkeit ist eine zusätzliche Anforderung, da sie zum Beispiel mit saurem oder sulfathaltigem Grundwasser in Kontakt stehen. Hier haben alkaliaktivierte Bindemittel bereits unter Beweis stellen können, dass sie die Qualität zementbasierter Baustoffe teilweise sogar übertreffen.

Über SABINE

Projektpartner im Verbundprojekt SABINE sind die Studiengesellschaft für Tunnel und Verkehrsanlagen e. V. (STUVA), das Institut für Baustoff-Forschung (FehS), die PORR GmbH & Co. KGaA, die Georgsmarienhütte Holding GmbH und die MC-Bauchemie. Das Projekt wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) im Rahmen der Initiative „Ressourceneffiziente Kreislaufwirtschaft – Bauen und mineralische Stoffkreisläufe (ReMin)“ im Rahmenprogramm „Forschung für Nachhaltige Entwicklung – FONA3“ 2021 bis 2024 gefördert.