Förderung von Instituten
VDZ – Verband der Deutschen Zementindustrie
Das Forschungszentrum des Verbandes der Deutschen Zementindustrie (VDZ) in Düsseldorf ist eine wichtige Einrichtung zur Erforschung neuer Entwicklungen und Technologien im Baustoffbereich.
Die Dres. Edith und Klaus Dyckerhoff-Stiftung ist dem VDZ seit seiner Gründung eng verbunden und hat den Verband mehrmals für Projekte und für die Anschaffung von Geräten gefördert
Derzeit reserviert das Kuratorium für den VDZ ein Budget von jährlich 20 Tsd. €. Die Gelder werden nicht pauschal vergeben, sondern müssen in jedem Jahr neu projektbezogen beantragt werden. Über die Vergabe entscheidet das Kuratorium nach Begutachtung.
Aktuelles aus den VDZ-Projekten
Betone mit abgesenkten Wasserzementwerten sind frostresistent
Um die CO2-Bilanz von Zement und Beton grundlegend zu verbessern, müssen neue Betone entwickelt werden. Selbstverständlich müssen diese müssen natürlich z.B. hinsichtlich Belastbarkeit und Dauerhaftigkeit …
Neues Projekt: CO2-Abscheidung in Calcinierungsöfen
Eine Idee, die Klimaverträglichkeit der Zementherstellung zu erhöhen, ist es, das im Brennprozess entstehende CO2 aktiv abzuscheiden. Beim Verband der deutschen Zementwerke (VDZ) in Düsseldorf untersucht …
Neues Projekt: Frostwiderstand von neuen Betonen
Um die CO2-Bilanz von Zement und Beton grundlegend zu verbessern, müssen neue Betone entwickelt werden. Diese müssen natürlich z.B. hinsichtlich Belastbarkeit und Dauerhaftigkeit die bisherigen …
Neue Referenzbetone definiert
Der VDZ hat seinen Abschlussbericht zum Projekt „Spurenelementscreening von Zementen zur Erzeugung von Kalibrierproben für die Röntgenanalytik“ vorggestellt. Die Autoren ziehen folgendes Fazit: „Ziel des …
KI ist auch In der Zementherstellung hilfreich
Der VDZ hat verschiedene Ansätze künstlicher Intelligenz (KI) miteinander verglichen, um die Druckfestigkeit von Zementen zuverlässig vorherzusagen. KI wird grundsätzlich immer dann sinnvoll eingesetzt, wenn …
Neues Projekt: Erstellung neuer Referenzmaterialen
Mit Unterstützung der Dyckerhoff-Stiftung will der VDZ neue Referenzzemente definieren, die zur Kalibrierung neuer Messverfahren für Spurenelemente in Betonen herangezogen werden können. Grundsätzlich müssen Zementhersteller …
Neues Forschungsprojekt
Effiziente CO2-Abscheidung in Calcinierungsöfen
Eine Idee, die Klimaverträglichkeit der Zementherstellung zu erhöhen, ist es, das im Brennprozess entstehende CO2 aktiv abzuscheiden. Beim Verband der deutschen Zementwerke (VDZ) in Düsseldorf untersucht man, ob und unter welchen Bedingungen es sinnvoll ist, die Calcinierung des Kalksteins im Rohmehl vom eigentlichen Brennprozess zu trennen, um möglichst effizient und energiesparend CO2 abzuscheiden.
Grundsätzlich ist das Ziel bekannt und unumstritten: Um die CO2-Bilanz von Zement und Beton grundlegend zu verbessern, muss/soll der Anteil von Portlandzementklinker deutlich gesenkt und durch andere, regional verfügbare, Inhaltsstoffe ersetzt werden. Kalkstein ist die für Deutschland wichtigste Alternative, die aber ihrerseits – chemisch bedingt – zu hohen CO2-Emissionen führt.
Eine Lösung des Problems könnte es sein, das entstehende CO2 im Herstellungsprozess aktiv abzuscheiden, was aber seinerseits sehr energieintensiv ist. Von zentraler Bedeutung dabei ist die CO2-Konzentration im Abgasstrom: Bei einer hohen CO2-Konzentration und geringen Konzentration an störenden Stoffen (z.B. H2O oder N2), ist die CO2-Abscheidung einfacher und deutlich effizienter. Solche Bedingungen könnte man dadurch erreichen, dass man die Calcinierung des Kalksteins im Rohmehl vom eigentlichen Brennprozess trennt. Der VDZ hat daher ein größeres Forschungsvorhaben initiiert, ob dieses in einem speziellen Schachtofen durchgeführt werden kann.
Mit Unterstützung der Dyckerhoff-Stiftung wird 2024 eine spezielle Frage innerhalb dieses Vorhabens untersucht: Wie müssen die in diesem Schachtofen verwendeten Rohmehl-Briketts beschaffen sein, um bei hoher Raumbeständigkeit hohe Calcinationsgrade zu erreichen?
Neues Forschungsprojekt
Frostwiderstand von neuen Betonen
Um die C02-Bilanz von Zement und Beton grundlegend zu verbessern, müssen neue Betone entwickelt werden. Diese müssen natürlich z.B. hinsichtlich Belastbarkeit und Dauerhaftigkeit die bisherigen Vorgaben erfüllen. Im Blickpunkt eines neuen Forschungsvorhabens am VDZ soll nun untersucht werden, wie die Frostbeständigkeit der neuen Betone gewährleistet werden kann.
Die Reduktion der CO2-Emissionen von Zementen ist eng damit verknüpft, die Anteile von Portlandzementklinker zu senken und durch andere, regional verfügbare Inhaltsstoffe zu ersetzen. In Deutschland sind dies aktuell vor allem Hüttensand, Steinkohlenflugasche und Kalkstein. Die Mengen an Hüttensand und Steinkohlenflugasche werden in den nächsten Jahren deutlich abnehmen, so dass vor allem der Zusatz von Kalkstein näherer Untersuchungen bedarf.
Zemente der Klassen CEM II/C (mit einem Klinkeranteil von unter 65%), und CEM VI (mit einem Klinkeranteil von unter 50%) dürfen einen Kalksteinanteil von bis zu 20% aufweisen. Mehrere Forschungsvorhaben des VDZ beschäftigen sich derzeit bereits mit den Dauerhaftigkeit dieser Zemente. Hier rückt insbesondere die Robustheit gegenüber Frost und Frost-TauWechseln in den Vordergrund, die für diese Klassen noch nicht eindeutig nachgewiesen werden konnte.
Das von der Dyckerhoff-Stiftung geförderte Forschungsvorhabens wird untersuchen, inwiefern der Wasserzementwert angepasst werden kann/muss, um die heute geforderten Prüfbedingungen zur Frostsicherheit zu erfüllen. Benötigt wird eine umfangreiche Datenbasis zum Verhalten der Betone in Frostprüfungen
Zudem soll eruiert werden, ob ein beschleunigtes Prüfverfahren bereits die Frostsicherheit von Betonen vorhersagen kann. Das bisherige Würfelprüfverfahren sieht eine Prüfdauer von 100 Tagen mit je einem Frost-Tau-Wechsel pro Tag vor. Untersucht werden soll, ob eine verkürzte Prüfdauer von 50 Tagen mit je zwei Frost-Tau-Wechseln pro Tag die gleichen Ergebnisse liefert und somit die Zulassungsverfahren beschleunigen kann.
Abschlussbericht vorgelegt
Neue Referenzmaterialen definiert
Grundsätzlich müssen Zementhersteller nachweisen, dass die von ihnen hergestellten Zemente ausreichend stabil sind, dass sie Böden – und vor allem Grundwasser – nicht belasten. Das geschieht über aufwändige und langwierige Versuche, welche Mengen von chemischen Elementen und Schadstoffen aus dem Zement langfristig freigesetzt werden. Auf diese Versuche kann man verzichten, wenn die Konzentration bestimmter chemischer Spurenelemente unter einem Grenzwert liegt. Wie diese Konzentrationen einfacher und schneller gemessen werden können, war Gegenstand eines Forschungsvorhabens im VDZ.
Die Konzentrationsmessungen werden heutzutage in der Regel mit teuren Massenspektrometern vorgenommen. Als Alternative bieten sich Röntgenfluoreszenzspektrometer an, mit denen die Messungen kostengünstiger und schneller vorgenommen werden könnten. Um solche Messungen hinreichend valide durchführen zu können, ist die Herstellung von Kalibriermaterialien erforderlich. Ziel des Projekts war es, solche Referenzzemente zu definieren und herzustellen.
Hierzu wurden die Spurenelementgehalte schwerpunktmäßig deutscher Zemente zunächst mittels ICP-MS nach einem Mikrowellenaufschluss analysiert. Insgesamt wurden über 400 Zemente analysiert.Anhand dieses Screenings von über 400 Zementen wurden geeignete Materialien identifiziert, die sich aufgrund ihrer Spurenelementgehalte zur Herstellung von Referenzproben eignen. Schließlich wurden wurden 25 Zementen ausgewählt, die die gesamte Bandbreite aller relevanten Spurenelementgehalte sowie alle Zementarten der Zementnorm DIN EN 197-1 (bzw. alle Zementhauptbestandteile, die derzeit in Deutschland eingesetzt werden) abdecken.
Damit kann in folgenden Projekten eine röntgenfluoreszenzanalytische Methode (RFA) zur Bestimmung der Spurenelementgehalte in Zementen ausgearbeitet und weiter entwickelt werden.
Da die Förderung Teil eines größeren Projekts ist, ist der gesamte Abschlussbericht vom VDZ nocht nicht freigegeben und wird erst nach Beendigung des Gesamtprojekts veröffentlicht.
Abschlussbericht vorgelegt
KI ist auch in der Zementherstellung hilfreich
Der VDZ hat verschiedene Ansätze künstlicher Intelligenz (KI) miteinander verglichen, um die Druckfestigkeit von Zementen zuverlässig vorherzusagen.
KI wird grundsätzlich immer dann sinnvoll eingesetzt, wenn in einer äußerst komplexen Gemengelage Entscheidungen zu treffen sind. Wobei diese Entscheidungen auf der Basis eines maschinellen Algorithmus gefällt werden, nicht aufgrund von physikalischen oder anderen Modellgleichungen. Dabei agiert der Algorithmus weitgehend autonom, so dass einzelne Entscheidungen nicht unbedingt nachvollziehbar sind.
Eine typische komplexe Gemengelage ist die Vorhersage, wie bruchfest Betonen im Alter von 28 Tagen sind. Die bisherigen ingenieurwissenschaftlichen Modellgleichungen haben keine befriedigenden Ergebnisse geliefert, so dass oft nur vierwöchige Experimente die reale Antwort bringen.
Im nun beendeten Forschungsvorhaben des VDZ wurden auf Basis von Labordaten aus der Güteüberwachung von Zementen verschiedene KI-Vorhersagemodelle entwickelt, mit denen auf Basis einer Grundcharakterisierung des Zementes und seiner gemessenen 2d-Festigkeit die 28d-Festigkeit vor-hergesagt werden kann.Basis der Vergleiche war eine Datenbank mit etwa 70.000 anonymen Datensätzen verschiedener Zementwerke.
Es zeigt sich, dass die Kombination von Daten und Modell einen wesentlichen Einfluss auf das Ergebnis haben kann. Dabei wurden einige Modelle mit Trefferquoten von 82 – 84 % erzeugt. Stark geführte Werkzeuge, wie KNIME oder RapidMiner liefern schnell gute Ergebnisse. Das Neuronale Netz mit TensorFlow liefert für den Trainings- und den Testdatensatz etwa gleich gute Ergebnisse.
