Den größten Anteil an mineralischen Bauabfällen nehmen laut Umweltbundesamt in Deutschland mit rund 60% Böden und Steine ein. Im Forschungsprojekt TOFFEE wurde untersucht, ob sich Aushubmaterial von Tunnelarbeiten als Betonzusatzstoff in Betonen eignen kann. Ziel des Teams mehrerer Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler um Prof. Dr. Christoph Budach und Prof. Dr. Björn Siebert war es, Deponien zu entlasten und den Herstellungsprozess von Betonen umweltfreundlicher zu gestalten.
»Herkömmlicher Beton enthält sogenannten Portlandzementklinker, der für die Aushärtung des Betons zuständig ist. Er wird aus gemahlenen ton- und kalkhaltigen Gesteinen hergestellt, was sehr energieintensiv und mit enormen CO2-Emissionen verbunden ist. Um diesen Rohstoff bei der Zementherstellung einzusparen und somit die Ökobilanz zu verbessern, setzen wir auf einen alternativen Rohstoff: calcinierte, also temperaturbehandelte Tone. Diese sind in der Herstellung deutlich energieärmer und weniger CO2-intensiv«, so Prof. Dr. Björn Siebert.
Geotechnische Charakterisierung und Calcinierung des Materials
Im Projekt TOFFEE wurden drei verschiedene Tonarten – der Pariser Mergel, der Frankfurter Ton und der London Clay – auf ihre Materialeigenschaften untersucht. Alle Materialien stammen von Tunnelbauarbeiten in den jeweiligen Städten. Das Hauptaugenmerk der Untersuchung lag auf der geotechnischen Charakterisierung des Aushubmaterials und der Optimierung des Prozesses, daraus calcinierte Tone herzustellen.
Die Forscherinnen und Forscher der TH Köln beschrieben das Aushubmaterial zunächst in Rohform, um so die Eignung für eine Calcinierung festzustellen. Es folgten eine Vorbehandlung im Trockenofen bei 105 °C sowie Siebung und anschließendes Mahlen des Materials. In einem weiteren Schritt wurde der Ton bei 800 °C calciniert, sodass die darin enthaltenen organischen Materialien verbrannt wurden und Wasser verdampfte. Dadurch entstehen strukturelle Veränderungen im Ton, er wird reaktiv und festigkeitsbildend.
