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Internationaler Kongress zur Baustoffanalyse

Vom 24. bis 26. März 2009 fand der inzwischen 4. Workshop Building Materials Analysis in Halle statt, organisiert durch die Arbeitsgruppe Mineralogie der Martin-Luther-Universität in Zusammenarbeit mit PANalytical (Almelo/Niederland) und begleitender Unterstützung der ICDD (International Centre for Diffraction Data, Swarthmore, Pennsylvania). 101 Teilnehmer aus 18 Ländern trafen sich zu Vorträgen und Gesprächen in den Räumen des Instituts für Geowissenschaften in Halle. Angereist waren Vertreter aus der Zement- und Baustoff-Industrie, Hersteller von  Analysentechnik sowie Vertreter verschiedener Universitäten und Forschungseinrichtungen. Ein Ziel des Workshops ist es, zwischen diesen Bereichen einen Erfahrungs- und Gedankenaustausch zu fördern.

Die Vorträge auf dem diesjährigen Workshop umfassten ein breites Spektrum von praktischen und theoretischen Aspekten um Zemente, Baustoffe, Baumaterialien und deren Untersuchung, sie beschäftigten sich mit der quantitativen Analyse und Charakterisierung von Baumaterialien und deren Ausgangsprodukten, einzelnen Verfahren und Geräten zur Analyse bis hin zu Untersuchungen von Phasen und Reaktionen in speziellen Zementsystemen.

Die Teilnehmer des Workshops wurden durch Professor Herbert Pöllmann, Leiter der Arbeitsgruppe Mineralogie im Institut für Geowissenschaften in Halle und von Dr. Peter Munk PANalytical (Almelo/Niederland) begrüßt. Der Schwerpunkt der Präsentationen am ersten Tag wurde auf wichtige Methoden zur Untersuchung von Zementsystemen gesetzt. Hier ist besonders die Rietveld-Methode zur Auswertung von Röntgendiffraktometrie-Daten zu nennen, die eine immer weitere Verbreitung in der Industrie bei der Quantifizierung von Zementphasen gewinnt. Ehrengast auf dem Workshop war Hugo Rietveld, der dieses Verfahren ab 1966 entwickelte. Sein Vortrag verdeutlichte, wie sich diese Methode dank stark gestiegener Rechenleistung der Computer von einem zunächst nur für die Forschung geeigneten und für die Neutronenbeugung entwickelten Verfahren mit enorm langen Rechenzeiten hin zu einer breit anwendbaren, schnellen Möglichkeit zur Quantifizierung von Phasengemischen gewandelt hat. Heute findet eine vielfältige Anwendung in der Industrie statt. Den erfolgreichen Weg dieser Methode um die Welt stellten Dr. Uli Riedl und Dr. Roger Meier (PANalytical, Almelo/Niederland) dar. Aktuelle Schwerpunkte bei der Weiterentwicklung der Rietveld-Methode umfassen die Problematik von schlecht kristallinen, fehlgeordneten Phasen und amorphen Komponenten in Phasengemischen. Hugo Rietvelds Verdienste um diese Methode wurden durch ein Präsent – eine große Amethyst-Druse – gewürdigt.

Die Referenten des Workshops

Einen weiteren Einführungsvortrag hielt Prof. Dr. Karen Scrivener (Ecole Polytechnique Federale de Lausanne, Schweiz), die sich mit dem Hydratationsverhalten von Zementen beschäftigte. Sie stellte unter anderem den Einfluss der Korngröße auf das Verhalten sowie Mechanismen und Modelle zur Hydratation von Zementphasen vor und verglich den berechneten mit dem gemessenen Reaktionsverlauf. Der nächste Einführungsvortrag von Herbert Pöllmann (Institut für Geowissenschaften, Halle) beschäftigte sich mit Methoden zur Charakterisierung von Phasen im Verlauf der Hydratation von Zement und die dabei auftretenden Probleme wie komplexe Mischkristallbildung, variable Wassergehalte oder Vorzugsorientierungen von plattigen Kristallen bei der Röntgendiffraktometrie. Neben Cryo-REM-Untersuchungen wurde auch die Clusteranalyse, auch von kalorimetrischen Daten, behandelt.

Schwerpunkt des zweiten Tages waren analytische Methoden der Prozess- und Qualitätskontrolle vom Steinbruch bzw. Rohmaterial bis zum fertigen Produkt. Eine Herausforderung ist heute die Behandlung einer großen Anzahl an Analysen und der dabei gewonnenen Daten zur Sicherung der Qualität und Steuerung verschiedener Prozesse in der Industrie (Dr. Marcus Paul / Dyckerhoff Wiesbaden, Dr. Hendrik Möller/Schwenk Zement Ulm). Hier wurden sowohl an die Anforderungen der Anwender angepasste Roboter- und Automatisierungstechnik (Steen Tokkesdal Pederson, FLSmidth Automation, Dänemark) als auch Vor- und Nachteile verschiedener Prinzipien bei der Probenahme und Analytik in den Vorträgen vorgestellt. Mehrere Redner befassten sich mit statistischen Verfahren wie der Clusteranalyse zur Behandlung und Reduktion von Datenmengen sowie mit speziellen Programmen zur Quantifizierung mittels der Rietveld-Methode. Eine der großen Herausforderungen der Zementindustrie in den kommenden Jahren, die Reduktion der CO₂-Emission, wurde ebenfalls in einem Vortrag thematisiert (Dr. Günther Walenta/Lafarge, St. Quentin Fallavier, Frankreich).

Am dritten Tag des Workshops standen Ergebnisse aus der Forschung zu speziellen Materialsystemen und ein neues Verfahren zur Berechnung von Röntgenpulverdaten im Mittelpunkt. Dieses noch in der Entwicklung befindliche Verfahren auf der Basis der Debye Scattering Equation (Prof. Noel Thomas/FH Koblenz), dass auf Grund hoher Anforderungen an die Rechenleistung erst in jüngster Zeit praktikabel durchführbar ist, stellt einen wichtigen Schritt zur Simulierung der Röntgendaten schlecht kristalliner Phasen dar. Dies hat entscheidende Bedeutung für die Quantifizierung solcher Phasen, z. B. in Tonen oder Zementen. Weitere Themen an diesem Tag war die Untersuchung von Zementen mittels High-energy X-Ray diffraction oder Synchrotron X-Ray diffraction (Prof. Miguel Aranda, Universität Malaga, Spanien). Forschungsergebnisse aus der Arbeitsgruppe Mineralogie in Halle thematisierten die Synthese von nanostrukturierten Zementphasen und deren Verhalten sowie Phasen in Mangan-modifizierten Calcium-Aluminat-Zementen.

Die Vorträge auf dem Workshop lieferten einen guten Überblick über aktuelle Entwicklungen in der Zementindustrie, der Analytik und Forschung. Die Tagungsteilnehmer machten von der Möglichkeit zur Diskussion nach den Vorträgen sowie in den Pausen regen Gebrauch. Hervorgehoben werden muss die sehr gute Organisation des Workshops durch die Mitarbeiter der Arbeitsgruppe Mineralogie in Halle sowie die Bewirtung in den Pausen und zu dem abendlichen Rahmenprogramm.

Das Programm des Workshops beinhaltete zur Einstimmung auch eine Exkursion zum Fundort der bekannten bronzezeitlichen, etwa 3600 Jahre alten Himmelsscheibe von Nebra. Ein Museum vermittelt hier Einblicke in die astronomische Bedeutung, die Herstellungsprozesse und die Geschichte um den Fund des einmaligen Objekts. Auf dem Rückweg wurde noch bei Langeneichstädt ein komplett erhaltener, unter Kaiser Heinrich I erbauter Wehrturm aus dem 10. Jahrhundert sowie building material der Steinzeit - ein etwa 5000 Jahre altes, aus Kalkstein und Sandstein errichtetes Megalithgrab aus dem mittleren Neolithikum - besichtigt.

Der Workshop wurde abgerundet mit einer Führung durch die Labore des Institutes für Geowissenschaften, wobei die Einrichtungen zur Untersuchung vom Baumaterialien und anderen technisch wichtigen Materialsystemen im Mittelpunkt standen. Für diese Untersuchungen stehen z. B. verschiedene Röntgendiffraktometer, Röntgenfluoreszenz, Thermoanalyse oder Kalorimeter, aber auch verschiedene Systeme der Synthese oder technologischen Charakterisierung  zur Verfügung.

(Thomas Witzke)

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