Ziel des Teams um Prof. Dr. Christoph Budach und Prof. Dr. Björn Siebert von der TH Köln war es, Deponien zu entlasten und den Herstellungsprozess von Beton 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 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.

Im Projekt Toffee wurden drei Tonarten – Pariser Mergel, Frankfurter Ton und London Clay von Tunnelbauarbeiten – auf ihre Materialeigenschaften untersucht. Der Fokus lag auf der geotechnischen Charakterisierung des Aushubmaterials und der Optimierung des Prozesses, daraus calcinierte Tone herzustellen. Die Forscher:innen der TH Köln beschrieben das Aushubmaterial zunächst in Rohform, um die Eignung für eine Calcinierung festzustellen. Es folgte 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, damit die organischen Anteile verbrannt wurden und Wasser verdampfte. Dadurch wird der Ton reaktiv und festigkeitsbildend.

"Um herauszufinden, wie leistungsfähig der von uns calcinierte Ton als Bindemittel im Beton ist, haben wir Probewürfel mit unterschiedlichem Zement-Ton-Verhältnis hergestellt. Die Spannweite reichte hier von 100 % Zement und 0 % Ton bis zu einem Anteil von 60 % Zement und 40 % Ton", sagt Prof. Dr. Christoph Budach.

Die baustofftechnologischen Untersuchungen haben gezeigt, dass die Mischungen mit 10 % Ersatz von Zement durch calcinierten Ton keinen signifikanten Festigkeitsverlust aufweisen. Auch bei höheren Anteilen am Bindemittel bis 40 % wirken sich die calcinierten Tone festigkeitssteigernd aus. Wegen der langsameren Festigkeitsentwicklung als herkömmlicher Zement wird der Festigkeitsbeitrag von calcinierten Tonen umso deutlicher, je älter der Beton ist. Auch wurde festgestellt, dass die calcinierten Tone aus Tunnelaushubmaterial leichter verarbeitbar sind.

Dieser Artikel erschien zuerst in Ausgabe 10_2024.