Einfluss der mechanischen Aktivierung auf die Festigkeit von Lehmbaustoffen

Abstract

Bei der Herstellung von Zement für die Errichtung von Gebäuden werden weltweit große Menge an Treibhausgasen freigesetzt. Durch den voranschreitenden Klimawandel ist das Bedürfnis der Allgemeinheit nach ressourcenschonenden und klimafreundlichen Baustoffen in den letzten Jahren gestiegen. Die vorliegende Diplomarbeit untersucht den Einfluss der mechanischen Aktivierung der Tonminerale im Lehm auf dessen mechanische Eigenschaften. Konkret wurden dabei die Druck und Biegezugfestigkeit untersucht. Die im Zuge des Forschungsprojektes angefertigten REM-Aufnahmen zeigen deutlich, dass es zu einer Veränderung der vorhandenen Materialstruktur kommt in Zuge dessen sich die Eigenschaften des Materials verändern. Um den Einfluss der Aktivierung zu untersuchen wurden Probekörper hergestellt, die bis zur Massenkonstanz getrocknet und anschließend auf ihre Festigkeit geprüft wurden. Für die Probekörper wurde Berglehm der Firma Andreas Zöchbauer GmbH aus St. Pölten in Niederösterreich verwendet. Das Material wurde im Vorfeld mit einer Brechanlage aufbereitet und danach gesiebt. Für die Erstellung der Probekörperwurde eine Prüfmethodik angelehnt an die europäische Norm EN 1015-11 – Prüfverfahren für Mörtel für Mauerwerk festgelegt. Dazu wurde das Material mit 10, 15 oder 20 Ma% Wasser angemischt und mit einem Druck von bis zu 200 bar verpresst. In Anhängigkeit der Zusammensetzung konnten bei einigen Probekörpern Verbesserungen der Druckfestigkeit durch Aktivierung nachgewiesen werden. Insbesondere bei den Probekörpern mit einer Wasserzugabe von 15 Ma% (Serie 9) und 20 Ma% (Serie 10) war eine Steigerung der Druckfestigkeit um 37% und um 74% bei einer Mahldauer von 60 Minuten nachweisbar. Die Ergebnisse der Biegezugfestigkeit zeigten keine Festigkeitssteigerung. Durch den Versuch wurde allerdings deutlich, dass die mechanischen Eigenschaften stark von der zugegebenen Wassermenge, der Art der Verdichtung und dem angewendeten Druck, sowie dem Ausgangsmaterial abhängen.

The production of cement for the construction of buildings leads to a great amount of greenhouse gases being emitted worldwide. Due to increasing climate change, the general demand for sustainable and climate-friendly building materials has been on the rise in recent years. The thesis at hand studies the influence of mechanical activation of clay materials in loam on its mechanical properties, specifically compressive strength and flexural strength. This thesis aims to serve as a starting point for further research and the development of sustainable loam construction material. The REM images taken as part of the research project clearly show a change in the structure of the material which in turn changes its properties. The influence of activation was studied on samples that were dried until constant mass was reached and subsequently tested on their stability. The samples were produced using mountain loam by the Company Andreas Zöchbauer GmbH from St. Pölten in Lower Austria. Beforehand, the material had to be processed in a crushing plant and was then sifted. The testing method for the production of the samples wasderived from the European Norm EN 1015-11 – Method of testing for mortar formasonry. The material was mixed with 10, 15 or 20 Ma% water. A pressure up to 200 bar for the grouting of the samples was used. While the results for flexural strength came up inconclusive, significant improvement of compressive strength was proven in several samples. Especially the samples with 15 Ma% (Series 9) and 20 Ma% (Series 10) water showed an improvement of compressive strength up to 37% and 74% after grinding the material for 60 Minutes. The trial also showed, however, that the mechanical traits were strongly dependent onthe amount of water added, the form of compression used and the pressure applied, as well as the starting material used.