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Quelle: АrсhDаilу

Was ist Stahlschlackenbeton?

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Die Bauindustrie ist eine der größten der Welt, und Zement und Beton sind buchstäblich die Bausteine ​​ihres Erfolgs. Betonstrukturen, die sich von prähistorischen Höhlen zu den hoch aufragenden Wolkenkratzern von heute entwickelt haben, sind und werden auch weiterhin wichtige Bestandteile der modernen Zivilisation sein und Gebäude, Straßen, Brücken, Tunnel und Dämme dauerhaft und zuverlässig stützen. So sehr, dass Beton nach Wasser das am meisten verbrauchte Material auf der Erde ist, während der zu seiner Bewehrung verwendete Stahl das bei weitem am häufigsten verwendete Metall ist. Dies geht jedoch nicht ohne hohe Umweltkosten einher: Beton verursacht 8 % der weltweiten CO2-Emissionen, von denen ein Großteil aus der Gewinnung und dem Transport von Zuschlagstoffen wie Sand, Kies und Schotter stammt.

Ein großer Teil des Baus gesünderer Städte besteht darin, Beton nachhaltiger zu machen, aber dies bringt viele Herausforderungen mit sich. Ein Stopp der Betonproduktion ist einfach nicht möglich, und ein kompletter Ersatz ist eher ein langfristiger Ansatz, der noch unerreichbar scheint. Heute geht es also eher darum, Wege zu finden, die Umweltauswirkungen des Materials zu verringern, ohne seine Leistungsfähigkeit zu beeinträchtigen. Aber wo suchen? Jüngste Forschungsergebnisse deuten darauf hin, dass eine Lösung in recycelten Industrieabfällen gefunden werden kann, insbesondere in einem Nebenprodukt der Stahlherstellung, das als Stahlschlacke bezeichnet wird. Im Folgenden stellen wir sein vielversprechendes Potenzial in der Architektur- und Baubranche vor.

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Ersatz natürlicher Zuschlagstoffe durch Industrieabfälle

Gesteinskörnungen sind einer der wichtigsten Bestandteile von Beton; etwa drei Viertel seines Volumens besteht aus feinen und groben Zuschlägen, die mit Zement verbunden sind. Das bedeutet, dass alle grundlegenden Eigenschaften von Beton – Dauerhaftigkeit, mechanische Festigkeit, Gebrauchstauglichkeit usw. – eng mit der Qualität und Art der Gesteinskörnung verknüpft sind. Seit Jahrzehnten unermüdlich verwendet, sind die meisten natürlichen Zuschlagstoffe, die traditionell für Betonmischungen verwendet werden, knapp, zeigen Probleme in Bezug auf die Haltbarkeit, und ihr Abbau hat immense Mengen an Umweltverschmutzung verursacht. Wie diese Studie aus dem Jahr 2021 andeutet: „Die unkontrollierte Nutzung natürlicher Ressourcen hat viele Jahre lang ernsthafte Umweltprobleme mit sich gebracht. So hat beispielsweise ungehemmt aus Bachbetten entnommener Sand und Kies Umweltschäden verursacht.“ Der Ersatz natürlicher Gesteinskörnungen wird somit zu einer alternativen Lösung zur Bewältigung der Nachhaltigkeit.

Obwohl ihr großflächiges architektonisches Potenzial noch untersucht und getestet wird, könnte Stahlschlacke eine vielversprechende Zukunft in der Bauindustrie als teilweiser Ersatz für Zement oder Zuschlagstoffe haben. Mehrere Untersuchungen haben dies im Laufe der Jahre untersucht, und viele Forscher und Ingenieure haben bereits festgestellt, dass es möglich ist, Stahlschlacke als geeigneten Betonzuschlagstoff zu verwenden. Stahlschlacke gilt als eines der interessantesten Abfallmaterialien und ist ein unvermeidbares Nebenprodukt der Stahlherstellung. Es entsteht in großen Mengen bei der Trennung des geschmolzenen Stahls von Verunreinigungen in Stahlwerksöfen. Die Schlacke tritt als geschmolzene flüssige Schmelze auf und ist eine komplexe Lösung von Silikaten und Oxiden, die sich beim Abkühlen verfestigt, was zu einem glasigen, körnigen Material führt, das dann auf die geeignete Größe für die Verwendung als Zuschlagstoff in Beton zerkleinert (oder zur Herstellung weiterverarbeitet wird andere Produkte).

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Schlacke ist reichlich vorhanden und potenziell wertvoll. „Die weltweite Stahlindustrie produziert jedes Jahr über 130 Millionen Tonnen Stahlschlacke“, sagt Wasseringenieur Biplob Pramanik von der RMIT University in Melbourne. Nach Angaben der World Steel Association fallen allein in Europa 15,7 Millionen Tonnen dieser Stahlschlacke als Nebenprodukt an, von denen 11,5 Millionen Tonnen recycelt werden. Die enorme Menge an Stahlschlacke, die von Stahlwerken auf der ganzen Welt produziert wird, ist ein wichtiger Motivator für das Recycling des Materials, umso mehr, wenn man weiß, dass es sonst entsorgt würde.

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Verbesserte Festigkeit, Haltbarkeit und Umweltverträglichkeit

Die Verwendung von Stahlschlacke in Beton reduziert letztendlich die Abfallmenge, die von der Stahlindustrie erzeugt wird. Industrieabfälle sind hochgradig kontaminierend, daher ist es eine großartige Möglichkeit, einen Beitrag zur Kreislaufwirtschaft zu leisten, indem Sie ihnen einen neuen Wert verleihen. Gleichzeitig reduziert Stahlschlackenbeton den Bedarf an neuen Zuschlagstoffen, verhindert die Gewinnung begrenzter natürlicher Ressourcen und reduziert die CO2-Emissionen, während die hervorragenden physikalischen Eigenschaften des Betons erhalten bleiben.

Da es nicht möglich ist, die Zement- und Betonproduktion einzustellen, wäre es am besten, sich als alternative Lösung für das aktuelle Problem dem Recycling von Industrieabfällen zuzuwenden, was ein weiteres Umweltproblem darstellt. – Gencel et al., 2021

Ein weiterer Grund dafür, dass Stahlschlackenbeton in den letzten Jahren viel Aufmerksamkeit auf sich gezogen hat, ist, dass er neben seiner ökologischen Nachhaltigkeit eine Reihe von Vorteilen bietet. Wenn der Beton eingebracht und ausgehärtet ist, werden die Stahlschlackenpartikel zu einem integralen Bestandteil der Betonmatrix, wirken als Füllstoff und helfen, die Dichte des Betons zu verbessern – was wiederum seine Festigkeit und Haltbarkeit verbessert.

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Da Stahlschlacke ein sehr dichtes und hartes Material ist, ist sie witterungs- und reißfest und hält mehr Belastung und Druck stand als herkömmliche Zuschlagstoffe wie Kies und Kalksplitt. Tatsächlich stellten australische Wissenschaftler neuen Beton aus Stahlabfällen her und die Ergebnisse waren um 17 % stärker. Andere stellten fest, dass Proben mit Stahlschlackenzuschlagstoffen eine deutlich höhere Druckfestigkeit aufwiesen als Proben mit gebrochenem Kalkstein, und dass das Volumen der durchlässigen Poren mit zunehmender Stahlschlackenrate abnahm, was eine bessere Bearbeitbarkeit gewährleistet und das Platzieren und Fertigstellen erleichtert. Es hat auch einen niedrigeren Wärmeausdehnungskoeffizienten als herkömmliche Zuschlagstoffe, was bedeutet, dass es die Schrumpfrisse in Betonstrukturen reduzieren kann.

Stahlschlacke kann große Vorteile sowohl in Bezug auf Umwelt, Wirtschaft und nachhaltige Entwicklung bieten. Es kann Portlandzement mit Austauschverhältnissen von bis zu 45 % mit signifikanten Druckfestigkeitswerten ersetzen. – Gencel et al., 2021

Ein disruptives Material mit außergewöhnlichem Potenzial

Aufgrund ihrer mechanischen Festigkeit, Porosität, Verschleißfestigkeit und Wasseraufnahme wird Stahlschlacke bereits als feiner und grober Zuschlagstoff für Asphaltstraßenmischungen sowie als Rohstoff für Klinker, als Schotter für Eisenbahnen und als Füllmaterial verwendet bei diversen Ausgrabungen. Dank fortschrittlicher Forschung und Tests wird seine Verwendung in Beton zunehmend für seine ökologischen und physikalischen Eigenschaften anerkannt, was wahrscheinlich bedeutet, dass er bald auf andere Verwendungszwecke ausgedehnt werden könnte. Zum Beispiel als geeignetes Material für hochfeste Betonkonstruktionen wie Brückendecks und Wolkenkratzer oder für jedes andere Gebäude, das traditionell aus normalem Beton gebaut wird und die zusätzliche Haltbarkeit und Nachhaltigkeit nutzen könnte. Ingenieure, Architekten und Designer können sich diese vielversprechenden Eigenschaften zunutze machen und das Material für gesündere, bessere Gebäude sinnvoll einsetzen.

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Es ist jedoch wichtig zu beachten, dass Stahlschlackenbeton nicht so gut untersucht ist wie herkömmlicher Beton, und die Art und Weise, wie er heute entwickelt wird, noch einige Einschränkungen aufweist – darunter das Potenzial für eine Expansion aufgrund des Vorhandenseins von metallischem Eisen im Beton Schlacke und andere Reaktionen mit Betonbestandteilen, die auf Dauer unerwünscht sein können. Aber auch als disruptiver Werkstoff birgt Stahlhüttenbeton ein außerordentliches Potenzial. Und da die Welt immer wärmer wird, sind innovative Materialien dieser Art immer eine Erkundung wert.

Quelle: АrсhDаilу

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