Forschungsinstitut der Zementindustrie

Als international renommierte wissenschaftliche Einrichtung ist der VDZ seit mehr als 135 Jahren für seine praxisnahe Forschung und sein umfassendes Dienstleistungsangebot rund um Zement und Beton bekannt. In seiner langjährigen Geschichte unterhielt der VDZ verschiedene Forschungsinstitute und Vereinslaboratorien, beispielsweise in Berlin-Karlshorst, Hamburg-Blankenese und Düsseldorf. Seit 1956 ist das Forschungsinstitut der Zementindustrie in der Düsseldorfer Tannenstraße am Frankenplatz ansässig und bildet dort ein weltweit einmaliges Kompetenzzentrum für Zement, Beton und hydraulische Bindemittel. Im Forschungsinstitut sind derzeit der Verein Deutscher Zementwerke e.V., die VDZ gGmbH, die Forschungsinstitut der Zementindustrie Gmbh, die Gütegemeinschaft Verkehrsflächen aus Beton e.V. sowie die European Cement Research Academy GmbH ansässig.

Geschichte

Das Laboratorium in Karlshorst

Erstes VDZ-Laboratorium in Berlin-Karlshorst.Erstes Laboratorium in Berlin-Karlshorst

Im Jahre 1901 – etwa 25 Jahre nach der Gründung des Vereins Deutscher Cement Fabrikanten - nahm in Berlin-Karlshorst das erste Vereinslaboratorium seine Arbeit auf. Zu dieser Zeit war der Einfluss der Rohstoffe und des Herstellprozesses auf die Zementeigenschaften weitgehend unbekannt. Daher galten die vordringlichsten Forschungsprojekte den Bestandteilen des Zementklinkers. Da die Zahl der Vereinsmitglieder in den Anfangsjahren stark wuchs, wurde das Laboratorium zunehmend zu einer zentralen Prüfinstanz für die Zemente aus den Werken. Heute verfügt der Verein Deutscher Zementwerke mit seinem Forschungsinstitut in Düsseldorf über eine renommierte und international anerkannte wissenschaftliche Einrichtung. Diese deckt alle Bereiche der Zementherstellung und -anwendung ab.

Laboratorium in Karlshorst 1999

Schon der Bau des ersten Vereinslaboratoriums war ein echtes Gemeinschaftsprodukt. Die Vereinsmitglieder erstellten die Baupläne, lieferten Zement und Marmorplatten sowie Steine und Treppen. Am 1. Dezember 1901 war das Laboratorium in Berlin-Karlshorst betriebsfertig. Später stifteten die Vereinsmitglieder nach und nach die Laborausrüstungen und die Bibliothek.

Die Ausstattung des Laboratoriums in Berlin-Karlshorst war zunächst sehr bescheiden. Im Erdgeschoss wurde das mechanische Labor eingerichtet. Im ersten Stock fanden das physikalische Labor, das Vorstandszimmer und das Büro ihren Platz. Unter der Treppe gab es eine Dunkelkammer. Der Laboratoriumsdiener erhielt im Dachgeschoss des Gebäudes eine Wohnung. Der Hausmeister fungierte als zusätzlicher Laborant.F. Framm, seit 1902 Leiter des Instituts, engagierte sich besonders für die Aufstellung eines einheitlichen Analysenganges für Portlandzement. Auch an den Arbeiten des Meerwasser-Ausschusses sowie bei der Aufstellung der Normen für die einheitliche Lieferung und Prüfung von Portlandzement war er beteiligt.

Unter der Leitung von G. Haegermann (1923-1945) wuchs das Team des Laboratoriums Karlshorst zunächst auf fünf Angestellte an. 1925 wurde es durch einen Mineralogen ergänzt. Zu den Prüfungen, die das Labor vornahm, gehörten die allgemeine Zementprüfung von Proben aus 83 Vereinswerken, die wöchentliche Untersuchung des Normensands und die stichprobenartige Prüfung ausländischer Zemente.

Das Hauptinteresse Haegermanns lag in allen Fragen der Normenprüfung. Besonders interessierte ihn die Bestimmung der Festigkeit an erhärteten Prüfkörpern aus plastischem Normenmörtel, ferner die Änderung der mörteltechnischen Eigenschaften durch die einzelnen Klinkerphasen, durch Zusätze von Salzen und oberflächenaktiven Stoffen. Seine zahlreichen Publikationen beschäftigten sich mit Fragen der Baukontrolle des Betons auf der Baustelle, mit den Verwendungsmöglichkeiten und Eigenschaften von Naturzement, dem Bitumenzusatz im Beton und Siebergebnissen des 4900-Maschen-Siebs. Haegermann ging der Frage nach, ob das Anmachwasser Ursache einer Abbindestörung sein konnte. Zudem untersuchte er die Widerstandsfähigkeit der Zemente gegen angreifende Lösungen. Seine Arbeit sollte vorrangig Herstellern und Verbrauchern zugute kommen. Daher verzichtete er strikt auf Werbung.

In der Folgezeit wurde das Laborgebäude um eine betontechnische Abteilung ergänzt, A. Hummel übernahm von 1928 bis1935 die Abteilungsleitung. Außerdem entstand eine Versuchsanlage zur Herstellung von Portlandzement. Hierfür stifteten die Firma G. Polysius-Dessau den Versuchsdrehofen und die Firma F. Krupp-Grusonwerk eine Kugelmühle. Ein weiterer Raum wurde für eine Sammlung zu Lehr- und Lernzwecken vorgesehen. Thema der Sammlung war die geschichtliche Entwicklung der Prüfapparate und der mineralischen Bindemittel sowie deren Herstellung.

Das Forschungslabor in Karlshorst wurde 1943 durch Bomben beschädigt. Die Arbeit des Instituts wurde erst nach dem Krieg in Düsseldorf wieder aufgenommen.

Düsseldorf und Hamburg-Blankenese

Eckstraße 1931...nach der ZerstörungUrkunde zum Wiederaufbau

Wegen der Auseinandersetzungen über die Zusammensetzung des Zements gründeten die Hersteller von hüttensandhaltigen Zementen im Jahre 1901 den Verein Deutscher Eisenportlandzementwerke e.V. und richteten in Düsseldorf ein Laboratorium für die Normenprüfungen ein.

Im Jahre 1913 entstand der Verein Deutscher Hochofenzementwerke e.V. Gleichzeitig wurde die "Chemisch-technische-Versuchsanstalt" von H. Passow in Hamburg-Blankenese umbenannt in "Laboratorium des "Verein Deutscher Hochofenzementwerke". Später zog auch dieser Verein nach Düsseldorf. Ein Gesellschaftsvertrag zwischen Eisenportland- und Hochofenverein sah vor, die beiden Vereinslaboratorien in einem gemeinsamen Gebäude unterzubringen. Möglicherweise wäre eine fruchtbare Zusammenarbeit zustande gekommen, hätte es nicht persönliche Differenzen zwischen den Leitern der beiden Forschungsinstitute, den Geschäftsführern Grün und Guttmann, gegeben. Schon 1926 mussten die Vereinsvorstände die spannungsreiche Zusammenarbeit beenden. Beide Institute arbeiteten in eigenen Gebäuden. Der Verein Deutscher Eisenportlandzementwerke bezog das Haus in der Eckstraße 17. Im Jahre 1937 übernahm F. Keil die Leitung des Instituts.

Nach dem Krieg wurde die Arbeit im teilweise zerstörten Institut in der Eckstraße in Düsseldorf allmählich wieder aufgenommen. Dies geschah zunächst in den drei wichtigen Arbeitsbereichen, denen die Gliederung in Abteilungen entsprach. Die chemisch-mineralogische Abteilung befasste sich seit 1948 mit der weiteren Erforschung der Eigenschaften des Zements und mit dessen Beurteilung. Der Verein übernahm satzungsgemäß die Überwachung der Zemente seiner Mitglieder nach DIN 1164. Andere Versuche befassten sich mit Zementen, die durch Gips und einen Zusatz von Aluminat zum Quellen gebracht wurden. Zudem stand auf dem Forschungsplan eine Überprüfung amerikanischer Erfahrungen mit "belüftetem" Beton, dessen Luftporen-Gehalt künstlich erhöht worden war. Dieser Beton war widerstandsfähiger gegenüber Frost und Tausalzen. Ein Test der Rohmehle und Zemente auf Plastizität und die Prüfung von erhärtetem Beton in Bauwerken mit dem Kugelschlaghammer rundete das Forschungsprogramm ab.

Neubau in der Tannenstraße

Zementprüflabor an der RoßstraßeZementprüflabor an der Roßstraße

Schon bald wurden die Räume in der Eckstraße dem erweiterten Arbeitsprogramm nicht mehr gerecht. Deshalb entschloss sich der VDZ 1954, die Nachbargrundstücke des Geländes dazu zu kaufen, auf dem das ehemalige Forschungsinstitut der Hüttenzementindustrie gestanden hatte. Im ersten Bauabschnitt wurden ein vierstöckiges Hauptgebäude mit einem Vortragssaal, eine Werkhalle und ein Wohnhaus für Mitarbeiter erstellt. Am 1. Juni 1956 wurde der Neubau seiner Bestimmung übergeben.

Schon nach fünf Jahren wurde eine erste Erweiterung nötig. Durch Unterkellerung des Hofes wurden dringend benötigte Arbeits- und Lagerräume gewonnen. Im Jahr 1965 konnten die ersten drei Geschosse des Erweiterungsbaus an der Roßstraße bezogen werden. Ergänzend kaufte der Verein 1972 einen weiteren Geländestreifen von 160 m2 hinter dem Institut dazu. Auf diesem Grundstück erweiterte er die Betonierhalle auf die doppelte Grundfläche. Im Keller des Neubaus wurden mehrere große, befahrbare Frostkammern und ein gesonderter isolierter Raum für die Lagerung bei +40°C und 100% Luftfeuchtigkeit eingerichtet. 1992 wurde dann der Erweiterungsbau auf die ursprünglich geplante Höhe von sechs Stockwerken vergrößert.

Forschung vom Kalkstein zum Beton

Mit dem Forschungsinstitut in Düsseldorf verfügt der Verein Deutscher Zementwerke heute über eine renommierte und international anerkannte wissenschaftliche Einrichtung. Diese deckt alle Bereiche der Zementherstellung und -anwendung ab. Das Institut verfügt über einen modernen Gerätepark und ist auch für anspruchsvolle Grundlagenuntersuchungen optimal ausgestattet.

Seit jeher ist die Forschung zur Leistungsfähigkeit der Zemente eine zentrale Aufgabe des Forschungsinstituts. Ein Schwerpunkt der Institutsarbeit liegt heute auf dem Zusammenspiel der Haupt- und Nebenbestandteile des Zements. Je nach Anwendungsgebiet können einzelne Leistungsmerkmale gezielt beeinflusst werden. Hierbei spielt die Reaktivität der Hauptbestandteile eine entscheidende Rolle. Auch kann die Mahlfeinheit der Einzelkomponenten durch getrennte Vermahlung gezielt aufeinander abgestimmt werden.

Insbesondere die Hauptbestandeile Hüttensand, Kalkstein, Flugasche und gebrannter Schiefer leisten einen wesentlichen Beitrag zur Reduzierung der CO2-Emission der Zementwerke. Die Untersuchungen zu Portlandkompositzementen im Forschungsinstitut konzentrieren sich auf die Granulometrie der Zementhauptbestandteile. Entscheidend für den Markterfolg dieser Zemente ist neben dem Festigkeitsbildungsvermögen die Dauerhaftigkeit daraus hergestellter Betone.

Im Bereich der Betonbautechnik werden die technischen und wirtschaftlichen Grundlagen für Betone mit besonderen Leistungsmerkmalen in Laboruntersuchungen und Praxiseinsätzen weiter entwickelt. Dazu gehören z.B. Betone mit hohem Säurewiderstand oder selbstverdichtender Beton.

Für hochfeste Betone wurden lastfreie Verformungen (Schwinden) sowie Zugfestigkeit und Bruchdehnung untersucht. Umfangreiche Forschungsarbeiten betreffen zudem den Verkehrsbau, z.B. den Straßenbau, die Straßenbauerzeugnisse und die feste Fahrbahn für die Neubaustrecken der Deutschen Bahn.

Die optimale Produktionsweise

Mühlenversuch

Die verfahrenstechnische Forschung ist vor allem darauf ausgerichtet, den Energiebedarf und Arbeitskrafteinsatz bei der Zementherstellung sowie die Qualität und Gleichmäßigkeit des Zements zu optimieren. Das Forschungsinstitut verfügt über weitreichende Kenntnisse aus umfangreichen und systematischen Untersuchungen an Drehofen- und Mahlanlagen. Die jüngsten Messungen an Ofenanlagen sollten in erster Linie die Frage klären, wie erhöhte Stoffkreisläufe verfahrenstechnisch vermindert werden können, so dass störende Ansatzbildung und Betriebsstörungen ausbleiben. Dabei wurden auch die Einflüsse untersucht, die die Zusammensetzung des Rohmaterials sowie der Drehofen- und Vorwärmerbetrieb auf die SO2-Emissionen haben. Ein weiterer Schwerpunkt der Untersuchungen an Vorcalcinieranlagen betrifft die Möglichkeiten der NOx-Minderung durch eine gestufte Verbrennungsführung im Calcinator.

Auch technische und halbtechnische Mahl- und Sichtanlagen werden vom Forschungsinstitut untersucht. Dabei werden vor allem die Einflüsse der verschiedenen Mahlsysteme und der modernen Sichterbauformen und -betriebsweisen getestet. Diese wirken sich auf die Energieausnutzung, das Betriebsverhalten der Anlagen und die Produkteigenschaften aus. Besonders interessant ist dabei die Frage, wie durch unterschiedliche Mahlanlagensysteme, durch Mahlanlagen mit Gutbett-Walzenmühle und Korbsichter, mit Kugelmühle und Korbsichter oder mit Wälzmühle und Korbsichter Produkte hergestellt werden können, die verschiedene, gezielt eingestellte Korngrößenverteilungen haben. Für die Vermahlung trockenen Mahlgutes ist der Stand der Technik, dass durch den Einsatz der Gutbett-Walzenmühle, aber auch der Wälzmühle der geringste Aufwand an elektrischer Energie erzielt werden kann. Für die Mahltrocknung feuchten Mahlgutes ist die Wälzmühle eine effiziente Alternative.

Emissionsminderung als Ziel

Die Prüfung der Umweltverträglichkeit beim Einsatz verschiedener Sekundärbrenn- und -rohstoffe steht bei vielen Untersuchungen im Vordergrund. Die Einträge an Spurenelementen über Sekundärstoffe in das Ofensystem können sich je nach Abfallherkunft erhöhen oder verringern. Die Spurenelemente werden überwiegend in den Klinker eingebunden. Emissionsrelevant ist nur das hochflüchtige Element Quecksilber, dessen Eintrag in das Ofensystem dadurch limitiert wird, dass man die Gehalte der Einsatzstoffe begrenzt.

Damit Sekundärrohstoffe in der Zementindustrie umweltfreundlich eingesetzt werden können, wurde der Einfluss der Rohstoffe und der Betriebsweise des Ofens auf die Emissionen organischer Einzelverbindungen erforscht. Die Untersuchungen wurden unter anderem mit einem kontinuierlich messenden Massenspektrometer an Ofenanlagen durchgeführt. Sie zeigen, dass durch die Substitution von natürlichen durch sekundäre Rohstoffe keine erheblichen Änderungen in der freigesetzten Menge an organischen Einzelverbindungen auftreten. Rohstoffe, die einen hohen Anteil an flüchtigen organischen Bestandteilen beinhalten, können bei höheren Temperaturen etwa im Bereich des Calcinators oder Ofeneinlaufs zugegeben werden. In diesem Temperaturbereich werden die organischen Verbindungen vollständig umgesetzt.

Europäische Forschungsplattform

Europäische Forschungsplattform

Zu Beginn des neuen Jahrtausends stellen Veränderungen in der Industrie den VDZ vor neue Herausforderungen. Die Regulierungen und die Normung, die Zement und Beton betreffen, finden zunehmend auf europäischer Ebene statt. Von daher muss der VDZ die technisch-wissenschaftlichen Interessen seiner Mitglieder für den Bereich der hydraulischen Bindemittel zukünftig nicht mehr ausschließlich auf nationaler, sondern immer stärker auch auf europäischer Ebene vertreten. Aber auch die Zementindustrie selbst durchläuft seit den 90er Jahren einen zunehmenden Internationalisierungsprozess. Von daher erhält das Institut zunehmend Anfragen aus dem Ausland; viele internationale Zementhersteller wollen an den Forschungserkenntnissen teilhaben. Aus diesem Grund hat der VDZ seine bisherige Zielrichtung zu Beginn der Jahres 2002 neu ausgerichtet: Er hat die Grundlage für eine europäische Forschungsplattform geschaffen.

Die positiven Erfahrungen mit der Gemeinschaftsforschung auf nationaler Ebene bilden die Grundlage für die Entwicklung dieser europäischen Forschungsplattform, der "European Cement Research Academy". Im Sommer 2002 als eigenständige Gesellschaft gegründet, hat die Academy im Jahr 2003 ihre eigentliche Arbeit aufgenommen. In Seminaren und Konferenzen werden den Teilnehmern Forschungsergebnisse vermittelt. Die Academy ist organisatorisch vom VDZ getrennt und steht allen Zementherstellern offen. Dabei ist es gleichgültig, ob es sich um ordentliche Mitglieder des VDZ handelt oder nicht. Die Eigenständigkeit der Academy gewährleistet die Gleichbehandlung aller ihrer Mitglieder. Alle Mitglieder haben gleiche Rechte und Pflichten. Die Arbeit der Academy wird von einem europäisch besetzten Technical Advisory Board bestimmt.

Durch die Gründung der European Research Academy bleibt der VDZ in seiner bewährten Form erhalten. Seine satzungsgemäße Tätigkeit bleibt bestehen. Der VDZ richtet sich jedoch durch die Gründung der Academy konsequent europäisch aus, ohne dabei Bewährtes über Bord zu werfen.

Kontakt

Dr. Martin Schneider

Dr. Martin Schneider

Tel.: (0211) 45 78-1

Fax: (0211) 45 78-296

Festschrift 2002

VDZ-Festschrift

Anläßlich des 125-jährigen Jubiläums hat der Verein eine Festschrift erstellt, die einen ausführlichen Einblick in die wechselvolle Geschichte des Vereins, seines Forschungsinstituts, der Zementindustrie und der Zementforschung gibt. Sie erhalten die Festschrift in gedruckter Form im Buchhandel oder auf Anfrage beim VDZ.

VDZ-Mitteilungen 119

VDZ-Mitteilungen 119 - 125 Jahre Forschung für Qualität und Fortschritt

Zum 125-jährigen Jubiläum ist ferner eine Sonderausgabe der VDZ-Mitteilung erschienen. Neben Informationen zu damals aktuellen Themenbereichen und Beschäftigungsfeldern des Forschungsinstitus wird in zwei ausführlichen Artikeln eine Übersicht über die geschichtliche Entwicklung von Verein und Forschungsinstitut gegeben.