Wirkmechanismen anorganischer Sekundärrohstoffe in silicatkeramischen Massen

Im Rahmen der Arbeit wurde der Einfluss von industriellen Reststoffen in Form von Glas- und Gesteinsmehlen auf die Verarbeitungs- und Scherbeneigenschaften keramischer Massen systematisch untersucht. Beim Einsatz von Glasmehlen erfolgt in Abhängigkeit des Feinheitsgrades und der Zusammensetzung des Glasmehls sowie des pH-Werts der Porenlösung ein chemischer Angriff der Gläser verbunden mit der Bildung von Kieselgel. Dies hat Einfluss auf die Packungsdichte, den Anmachwasserbedarf, das rheologische Verhalten sowie die Trockenbiegefestigkeiten der Massen. Im Gegensatz dazu verhalten sich Gesteinsmehle in ungebrannten Tonen chemisch inert. In Abhängigkeit der Korngrößenverteilung von Ton und Gesteinsmehl werden hier die Packungsdichte, der Anmachwasserbedarf und die Trockenbiegefestigkeit beeinflusst. Die genannten chemischen Prozesse infolge Glasmehlzugabe üben einen wesentlichen Einfluss auf die beim Brand ablaufenden Phasenreaktionen aus. Bei beiden Zusatzstoffarten, d. h. sowohl bei Glas- als auch bei Gesteinsmehlen wurde grundsätzlich eine Erhöhung der Phasenvielfalt festgestellt. Welche Phasen gebildet werden, ist dabei abhängig von der mineralogischen Zusammensetzung des Tons sowie von der Zusammensetzung und dem Feinheitsgrad der Zusatzstoffe. Für die Glasmehlzugabe werden in Abhängigkeit vom Carbonatanteil des Tons zwei stoffliche Modelle für die Wirkung von Glasmehlen in keramischen Massen vorgestellt. Die beim Brand ablaufenden Phasenreaktionen beeinflussen wiederum die sich einstellenden Scherbeneigenschaften signifikant. Es wird ein mathematisches Modell vorgestellt, das es erlaubt, den Einfluss einzelner Parameter der Ausgangsstoffe auf die Scherbeneigenschaften zu quantifizieren. Damit lassen sich Glas- und Gesteinsmehle entsprechend ihrer chemischen bzw. chemisch-mineralogischen Zusammensetzung sowie der Partikelgrößenverteilung gezielt zur Masseversatzoptimierung in keramischen Massen einsetzen. Aufbauend auf den gewonnenen stofflichen Ergebnissen erfolgt ergänzend eine Materialintensitätsanalyse. Es wird gezeigt, dass sich der Ressourcenverbrauch durch den Einsatz von Glas- und Gesteinsmehlen reduzieren lässt.