Worum es geht
Zement ist als Bindemittel wesentlicher Bestandteil von Beton. Vermengt mit Gesteinskörnungen und Zusatzstoffen ermöglicht er das Bauen von Häusern, Tunneln, Brücken und vielem mehr. Schretter & Cie als mittelständisches Tiroler Unternehmen deckt die gesamte Produktionskette für Zement ab: Kalkstein und Mergel werden in Vils vor Ort gewonnen und in eigenen Anlagen weiterverarbeitet. Am Ende steht eine große Sortenvielfalt an Zement: normaler Bauzement sowie Spezialzemente für Betondecken, Straßen, Tunnel und vieles mehr. Grundlagenwissen und tiefgehende physikalisch-chemische Modelle helfen bei der Entwicklung besserer Produkte ebenso wie beim effizienteren Einsatz der vor Ort verfügbaren Rohstoffe.
Die Forschungsfrage
Bei der Herstellung von Zement werden Rohstoffe wie Kalk und Mergel gebrannt und gemahlen. Bei diesem scheinbar einfachen Prozess lassen sich viele Parameter variieren: Rohstoffe in verschiedensten Mischungsverhältnissen, gebrannt bei verschiedenen Bedingungen, moderne Zusatzstoffe wie z.B. bestimmte Fasern. Welche dieser Möglichkeiten ist die beste? Wie wirken sie sich auf Verarbeitbarkeit, Dauerhaftigkeit und mechanische Eigenschaften aus? Können die im Unternehmen verfügbaren Rohstoffe ohne Qualitätsverlust effizienter eingesetzt werden? Um diese Fragen beantworten zu können, muss das Unternehmen seine Wissensbasis erweitern: Es braucht detaillierte Kenntnis der physikalischen und chemischen Eigenschaften der Bestandteile und der ablaufenden Prozesse.
Die Kooperation im CD-Labor
Für Schretter & Cie war der Ansatz des Materialtechnologen Prof. Lackner besonders attraktiv: Er nähert sich den Themen „Zement“ und „Beton“ analytisch und erarbeitet Modelle, auf deren Basis das Unternehmen neue Produkte entwickeln kann. Die Eigenschaften der Materialbestandteile wurden experimentell charakterisiert und durch eine modellmäßige Abbildung der ablaufenden Prozesse ergänzt. Auf dieser Basis kann für jede spezifische Anwendung die optimale Zusammensetzung und die bestmögliche Kombination der Bestandteile gefunden werden.
Beispiel: Effiziente Ressourcennutzung
Schretter & Cie betreibt in Tirol eigene Steinbrüche für Kalk, Mergel, Gips und möchte die eigenen Rohmaterialvorkommen bestmöglich einsetzen. Es geht um Ressourcenschonung bei gleichzeitigem Ausbau der Qualität, aber auch um Dinge wie etwa CO2-Reduktion beim Brennen und Mahlen. Auf Basis der physikalisch-chemischen Beschreibung und Modellierung der Vorgänge können nun Prognosen darüber erstellt werden, welche Maßnahmen erfolgversprechend sind. Vielversprechende Wege wurden bereits identifiziert und der Grundstein für verfahrenstechnische und materialtechnologische Fortschritte gelegt.
Beispiel: Effizienter Tunnelbau
Portlandschnellzement ist ein besonders schnell aushärtender Spezialzement mit Faserbeimengung, der nur von wenigen Anbietern – darunter Schretter & Cie – hergestellt wird. Bei den Forschungsarbeiten ging es um eine spezielle Anwendung für den Tunnelbau: Tübbinge sind vorgefertigte Betonsegmente für Versteifungen im Tunnelbau. Die Anforderungen an die Passgenauigkeit sind mit wenigen Millimetern Fehlertoleranz sehr hoch. Für die Baustellenlogistik ist wichtig, dass diese Tübbinge „just in time“ geliefert werden. Schnelles Aushärten bei maximaler Genauigkeit ist besonders wichtig. Gleichzeitig macht die Faserverstärkung die Herstellung komplexer, für Weiterentwicklungen ist also sehr detailliertes Wissen über die Verarbeitungsschritte nötig. Durch die Zusammenarbeit im CD-Labor ist das Wissen über die Herstellung von besonders geeignetem Beton nun im Unternehmen vorhanden und einsetzbar.
