Kurzantwort
Die Qualität eines Metakaolins wird durch mehrere Kennwerte gemeinsam bestimmt: Gehalt an SiO₂ und Al₂O₃, Reinheit (Chlorid, Sulfat, freies CaO, MgO, Glühverlust), Reaktivität (modifizierter Chapelle-Wert, Aktivitätsindex) sowie Feinheit und Wasserbedarf. Maßgeblich ist die Gesamtbetrachtung – einzelne Werte charakterisieren die Eignung nicht abschließend.
Maßgebliche Kennwerte
Die folgenden Kennwerte werden üblicherweise zur Bewertung eines Metakaolins herangezogen. Sie sind im Zusammenhang zu betrachten – einzelne Werte sind nicht für sich allein aussagekräftig.
Kennwerte und Orientierungswerte
| Parameter | Orientierungswert |
|---|---|
| SiO₂ + Al₂O₃ | > 90 M.-% |
| Chlorid (Cl⁻) | < 0,1 M.-% |
| Sulfat (SO₃) | < 1,0 M.-% |
| Freies CaO | < 1,0 M.-% |
| Na₂O-Äquivalent | anzugeben |
| MgO | < 4,0 M.-% |
| Glühverlust / LOI | < 4,0 M.-% |
| Methylenblauwert (EN 933-9) | < 10 g/kg |
| Modifizierter Chapelle-Wert | > 700 mg Kalk/g |
| Aktivitätsindex (Typ A, 28 d) | ≥ 100 % |
| Feinheit (Sieb 63 µm) | FH: 90 % / FM: 70 % |
| Wasserbedarf (Verhältnis) | ≤ 1,15 = mittel |
Normbezug
Die französische Ergänzung NF EN 206-1/CN beschreibt die Verwendung von Metakaolin Typ A gemäß NF P 18-513 als Betonzusatzstoff. Der Zusatz ist über Typklassen (z. B. Feinheit FH/FM, Weißgrad) und Grenzwerte definiert.
Zulässiger Ersatz nach NF EN 206-1/CN
| Zementtyp | Zulässiger Ersatz |
|---|---|
| CEM I | bis 15 % Ersatz |
| CEM II/A | bis 10 % Ersatz (außer bereits puzzolan-/silikastaubhaltige CEM II/A-D, -Q, -M) |
Chapelle-Test und Aktivitätsindex
Der modifizierte Chapelle-Test beschreibt das Kalkbindevermögen und damit ein Maß für die puzzolanische Reaktivität; für Typ A gilt ein Richtwert von > 700 mg Kalk je Gramm Metakaolin. Der Aktivitätsindex setzt die Festigkeitsentwicklung eines Prüfsystems mit Metakaolin ins Verhältnis zu einem Referenzsystem (Normmörtel nach EN 196-1, 28 Tage, mit CEM I 42,5 oder 52,5): für Typ A ≥ 100 %, für Typ B ≥ 90 %.
So funktioniert der modifizierte Chapelle-Test
Ansatz
Eine definierte Menge Metakaolin wird mit Calciumhydroxid (Kalk) in Wasser angesetzt.
Reaktion
Bei definierter Temperatur läuft die puzzolanische Reaktion ab; freier Kalk wird verbraucht.
Bestimmung
Der gebundene Kalk wird ermittelt – angegeben in mg Kalk je Gramm Metakaolin.
Bewertung
> 700 mg Kalk/g gilt als Anforderung für Metakaolin Typ A. Höhere Werte deuten auf höhere Reaktivität hin.
Erstarrungsverhalten als Reaktivitätsindikator
Neben dem Chapelle-Test lässt sich die puzzolanische Reaktivität auch über das Erstarrungsverhalten in einem Kalk-Puzzolan-Ansatz beurteilen. Die zugegebene Kaliumsulfatmenge bildet dabei realitätsnahe Alkalibedingungen ab.
Prüfansatz
- 375,0 g Puzzolan
- 125,0 g Weißkalkhydrat (CL 90)
- 7,5 g K₂SO₄ (wasserfrei)
- Wasser bis Ausbreitmaß 150 ± 2 mm
Ablauf und Bewertung
- 1Puzzolan mit Weißkalkhydrat und Kaliumsulfat mischen; Wasser auf ein definiertes Ausbreitmaß (150 ± 2 mm) einstellen.
- 2Vicat-Nadel-Prüfung starten; je nach Reaktivität alle 15 oder 30 Minuten messen.
- 3Erstarrungsbeginn und Erstarrungsende erfassen.
- 4Bewertung: hochreaktive Puzzolane erstarren früher, reaktionsträge später.
Häufige Fachfragen
Welche Kennwerte bestimmen die Qualität von Metakaolin?
Relevant sind unter anderem der Gehalt an SiO₂ und Al₂O₃, Chlorid, Sulfat, freies CaO, MgO, Glühverlust, Methylenblauwert, der modifizierte Chapelle-Wert, der Aktivitätsindex sowie Feinheit und Wasserbedarf. Diese Kennwerte sind stets im Zusammenhang zu bewerten; ein einzelner Wert charakterisiert die Eignung nicht abschließend.
Was ist der modifizierte Chapelle-Test?
Der modifizierte Chapelle-Test bestimmt das Kalkbindevermögen eines puzzolanischen Stoffes, also die Menge an Calciumhydroxid, die gebunden werden kann. Er dient als Maß für die puzzolanische Reaktivität. Höhere Werte deuten auf eine stärkere Reaktivität hin, sind jedoch im Kontext weiterer Kennwerte zu interpretieren.
Was sagt der Aktivitätsindex aus?
Der Aktivitätsindex setzt die Festigkeitsentwicklung eines Prüfsystems mit Metakaolin ins Verhältnis zu einem Referenzsystem. Er beschreibt somit den relativen Beitrag zur Festigkeit unter definierten Prüfbedingungen. Die Übertragbarkeit auf abweichende Rezepturen ist gesondert zu prüfen.
Warum ist die Feinheit von Metakaolin relevant?
Feinheit und spezifische Oberfläche beeinflussen die Reaktionsgeschwindigkeit und den Wasserbedarf. Eine höhere Feinheit kann die frühe Reaktivität fördern, gleichzeitig aber den Wasser- oder Fließmittelbedarf erhöhen. Die Feinheit ist daher im Rezepturkontext abzuwägen.
Warum ist der Wasserbedarf zu berücksichtigen?
Metakaolin kann den Wasseranspruch eines Systems verändern. Ein höherer Wasserbedarf beeinflusst w/b-Wert, Verarbeitbarkeit und letztlich Gefüge und Festigkeit. Der Wasserbedarf ist deshalb bei der Rezepturentwicklung und Dosierung zu berücksichtigen.
Quellen & Methodik
- NF P 18-513: Metakaolin Typ A – Anforderungen und Prüfverfahren für die Verwendung als Betonzusatzstoff. AFNOR, 2012.
- NF EN 206-1/CN: französischer nationaler Anhang; Anforderungen nicht pauschal auf andere Märkte übertragbar.
- EN 196-1: Prüfverfahren für Zement – Bestimmung der Festigkeit. CEN.
- Modifizierter Chapelle-Test zur Bestimmung des Kalkbindevermögens (mg Ca(OH)₂ je g).