Beim Bau von Tunneln und im Tiefbau fallen große Mengen an Ausbruch- bzw. Aushubmaterial an, das bislang meist ungenutzt auf Deponien beseitigt wird. Im Forschungsprojekt Geo-BAB untersucht ein interdisziplinäres Konsortium, wie das tonmineralhaltige Material durch thermische Behandlung und chemische Aktivierung als CO2-arme Alternative zu herkömmlichem Zement verwertet werden kann.
Kalzinierung als Lösung
Allein in Deutschland produzieren Tunnelbauprojekte laut einer Statistik der der gemeinnützigen und international tätigen Forschungsgesellschaft Stuva jährlich über 4 Mio. t an Ausbruchmaterial. Während Festgestein etwa als Gesteinskörnung in Beton verwendet werden kann, gestaltet sich die Verwertung von bindigen Böden wie Schluffen und Tonen deutlich schwieriger. Um auch für diese eine nachhaltige Lösung zu entwickeln, setzt das Forschungsprojekt auf das Verfahren der Kalzinierung. Dabei wird tonhaltiges Material getrocknet, gemahlen und in einem Ofen erhitzt. Durch diese thermische Behandlung verändern die Tonmineralien ihre Struktur und werden reaktiv und damit bindungsfähig.
Das Konsortium aus den beiden Forschungseinrichtungen Stuva e. V. und TH Köln sowie den drei Praxispartnern IMM Maidl & Maidl Beratende Ingenieure GmbH & Co. KG, Brameshuber + Uebachs Ingenieure GmbH und MC-Bauchemie Müller GmbH & Co. KG bringt dafür Kompetenzen aus Baustofftechnologie, Mineralogie, Geotechnik, Chemie und Bauingenieurwesen zusammen.
Klimaschonende Bindemittel
Um das Potenzial dieser kalzinierten Tone auszuschöpfen, verfolgen die Partner zwei technologische Ansätze: In klinkerreduzierten Systemen soll das behandelte Material einen Teil des herkömmlichen Zementklinkers ersetzen. Dabei ist von besonderem Interesse, welcher Anteil durch kalzinierten Ton ersetzbar ist, ohne dass die Qualität leidet. Da laut Umweltbundesamt die Zementherstellung für etwa acht Prozent der weltweiten Treibhausgasemissionen verantwortlich ist, senkt dieser Substitutionsansatz den CO2-Fußabdruck von Beton erheblich.
Parallel dazu untersucht das Konsortium auch gänzlich zementfreie Bindemittel. Bei diesen wird die Festigkeitsentwicklung durch sogenannte Aktivatoren wie die mineralische Verbindung Wasserglas initiiert. Das Ergebnis ist ein alternatives Bindemittel, das eine besonders ressourcenschonende Alternative für die Bauindustrie darstellt.
Von der Laborprobe zum mobilen Kalzinator
Geo-BAB untersuchten verschiedene Locker- und Festgesteine aus dem deutschen Mittelgebirgsraum, aus Metropolregionen und auch internationalen Großbaustellen. Zunächst wird das Material charakterisiert und seine Festigkeitsentwicklung im Labor geprüft. Ebenfalls wird untersucht, wie eine konkrete Umsetzung in der Praxis erfolgen kann. Dafür soll ein mobiler Kalzinator vor Ort eingesetzt werden, sodass die Aufbereitung des Materials vor Ort auf der Baustelle in einem technisch relevanten Maßstab erfolgen kann.
