Silikastaub

Silikastaub (auch Mikrosilika, engl. silica fume, silica dust) ist ein extrem feinkörniger, mineralischer Stoff, der als Filterstaub bei der Herstellung von Silicium und Siliciumlegierungen entsteht. Ausgangsstoff hierfür ist Quarz, der zusammen mit Kohle in Elektroöfen bei Temperaturen ab 2500 °C aufgeschmolzen wird. Silikastaub zählt zu den künstlichen Puzzolanen.
Die chemische Zusammensetzung des Silikastaubs kann weit variieren. Im Allgemeinen liegt der Siliciumdioxidgehalt zwischen 80 M.-% und 98 M.-%, bei der Herstellung von Calcium-Silicium- und Magnesium-Silicium-Legierungen kann er wesentlich niedriger sein. Damit weist auch die puzzolanische Reaktionsfähigkeit des Silikastaubs große Unterschiede auf. Besonders reaktionsfähig ist der Silikastaub, der bei der Produktion von Silicium und von Ferrosilicium anfällt. Er reagiert mit Calciumhydroxid sehr schnell unter Bildung von Calciumsilicathydrat.
Die Korngröße liegt bei etwa 0,1 μm. Silikastaub ist damit im Mittel um etwa den Faktor 100 feiner als Zement oder Flugasche. Diese hohe Feinheit bedingt die stark ausgeprägte Hohlraum füllende Wirkung und puzzolanische Wirkung von Silicastaub. Zudem verbessert Silikastaub im Beton den Verbund in der Kontaktzone zwischen Zementsteinmatrix und Gesteinskörnung bzw. Fasern.
Die feinen, kugeligen Partikeln werden pulverförmig oder - zur besseren Verarbeitbarkeit - in wässriger Suspension (Slurry) geliefert.
Als Betonzusatzstoff eingesetzt macht der hohe Wasseranspruch die Verwendung eines Verflüssigers oder Fließmittels unumgänglich. Bei der Verwendung von Silikastaub können Betondruckfestigkeiten über 100 N/mm² und eine Verbesserung der Dichtigkeit erzielt werden (Hochleistungsbeton). Dadurch führt der Einsatz von Silikastaub zu einer Verbesserung des Frost- und Frost-Tausalz-Widerstands sowie des Widerstands gegen chemischen Angriff, gegen Eindringen von Chloriden und gegen schädigende Alkalireaktion.
Gleichzeitig wird der Frischbeton klebriger und weist ein höheres Zusammenhaltevermögen auf.
Da bei der starken puzzolanischen Reaktion die Alkalität der Porenlösung im Beton und damit der passive Korrosionsschutz der Bewehrung abgebaut wird, ist die Zugabemenge von Silikastaub begrenzt. Bei gemeinsamer Verwendung von Silikastaub und Flugasche im Beton sind im Regelwerk weitere Einschränkungen der Zugabemengen vorhanden, je nach verwendetem Zement ist die gemeinsame Verwendung sogar unzulässig.
Die Verwendung von Silikastaub erfordert eine zuverlässige Qualitätssicherung und besondere Maßnahmen bei der Nachbehandlung.
Aufgrund hoher Kosten wird Silikastaub bevorzugt für Spezialanwendungen eingesetzt (Faserbeton, hochfester Beton, Beton mit hohem Widerstand gegen schädigende Einwirkungen oder Spritzbeton).

Silikastaub wird auch als Hauptbestandteil (Kurzzeichen: D) des Portlandsilicastaubzements (CEM II/A-D), des Puzzolanzements (CEM IV) und des Kompositzements verwendet (siehe Zementarten).

Literatur

• Locher, Friedrich W.: Zement – Grundlagen der Herstellung und Verwendung. Verlag Bau+Technik GmbH, Düsseldorf 2000
• Zement-Merkblatt B1: Zemente und ihre Herstellung
• Zement-Merkblatt B3: Betonzusätze, Zusatzmittel und Zusatzstoffe
• Verein Deutscher Zementwerke e. V. (Hrsg.): Zement-Taschenbuch 51. Ausgabe. Verlag Bau+Technik GmbH, Düsseldorf 2008
• König, Ronald; Wagner, Jörg Peter: Mikrosilica - Baustoff aus der Zukunft. Woermann GmbH und Co. KG. Selbstverlag, Darmstadt 2000