Kalzinierte Tone Vom Ausbruchmaterial zum nachhaltigen Baustoff

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Kalzinierte Tone aus Tunnel- und Aushubmaterial könnten künftig eine CO2-arme Alternative zu herkömmlichem Zement darstellen. Das Forschungsprojekt Geo-BAB untersucht, wie sich daraus vor Ort CO₂-arme Bindemittel für den Bau herstellen lassen.

Kalzinierte Tone aus Tunnel- und Aushubmaterial könnten künftig als CO₂-arme Alternative zu herkömmlichem Zement dienen. Im Forschungsprojekt „Geo-BAB“ untersucht ein interdisziplinäres Konsortium, wie sich tonmineralhaltiges Material durch thermische Behandlung und chemische Aktivierung zu alternativen Bindemitteln verarbeiten lässt.

Beim Tunnelbau und im Tiefbau fallen jährlich Millionen Tonnen Ausbruch- und Aushubmaterial an. Ein großer Teil davon wird bislang deponiert. Festgestein kann beispielsweise als Gesteinskörnung für Beton genutzt werden. Die Verwertung bindiger Böden wie Schluff und Ton ist dagegen deutlich schwieriger.

Das Forschungsprojekt „Geo-BAB“ setzt deshalb auf die Kalzinierung. Dabei wird das tonhaltige Material zunächst getrocknet und gemahlen. Anschließend wird es in einem Ofen erhitzt. Durch die thermische Behandlung verändert sich die Struktur der Tonminerale. Sie werden reaktiv und können dadurch zur Entwicklung bindender Baustoffe beitragen.

Kalzinierte Tone für klinkerreduzierte Zemente

Das Konsortium untersucht zwei technologische Ansätze. Im ersten Ansatz sollen kalzinierte Tone einen Teil des herkömmlichen Zementklinkers ersetzen. Im Mittelpunkt steht die Frage, welcher Anteil substituiert werden kann, ohne die technischen Eigenschaften des Baustoffs zu beeinträchtigen.

Die Herstellung von Zement verursacht erhebliche Treibhausgasemissionen. Nach Angaben des Umweltbundesamtes ist die Zementproduktion weltweit für rund acht Prozent der Treibhausgasemissionen verantwortlich. Ein geringerer Klinkeranteil kann daher dazu beitragen, den CO₂-Fußabdruck von Beton zu reduzieren.

Zementfreie Bindemittel als zweiter Ansatz

Parallel dazu erforscht das Projekt vollständig zementfreie Bindemittel. Bei diesen Systemen wird die Festigkeitsentwicklung durch sogenannte Aktivatoren ausgelöst. Zum Einsatz kommen kann beispielsweise Wasserglas, eine mineralische Verbindung.

Auf diese Weise sollen Bindemittel entstehen, die ohne herkömmlichen Zement auskommen und zugleich einen Teil der mineralischen Rohstoffe aus dem Tunnel- und Tiefbau verwerten.

Vom Laborversuch zum mobilen Kalzinator

Für die Untersuchungen werden verschiedene Locker- und Festgesteine aus dem deutschen Mittelgebirgsraum, aus Metropolregionen und von internationalen Großbaustellen analysiert. Zunächst charakterisieren die Forschenden die Materialien und prüfen ihre Festigkeitsentwicklung im Labor.

Darüber hinaus untersucht das Konsortium, wie sich die Aufbereitung in der Praxis umsetzen lässt. Dafür soll ein mobiler Kalzinator entwickelt beziehungsweise eingesetzt werden. Er könnte das Material direkt auf der Baustelle in einem technisch relevanten Maßstab aufbereiten.

Mögliche Anwendungen im Tunnel- und Tiefbau

Die aus Ausbruchmaterial hergestellten Bindemittel könnten in verschiedenen Bereichen eingesetzt werden. Dazu zählen unter anderem:

1. Ringspaltmassen zwischen Tunnelauskleidung und Gebirge;
2. Betonpflastersteine für den Garten- und Landschaftsbau;
3. Ballastierungsbeton für den Wasserbau.

Damit könnte das Verfahren dazu beitragen, Transportwege zu verkürzen, Deponiemengen zu reduzieren und mineralische Sekundärrohstoffe direkt vor Ort zu nutzen.

Weitere Informationen: https://www.th-koeln.de/

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