„Herkömmlicher Beton enthält 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", erklärt Björn Siebert.
Die Forscher untersuchten drei Tonarten: Pariser Mergel, Frankfurter Ton und London Clay. Sie stammten von Tunnelbauarbeiten in den jeweiligen Städten. Das Team analysierte die geotechnischen Eigenschaften des Aushubmaterials und optimierte den Prozess zur Herstellung calcinierter Tone.
Nach der Vorbehandlung bei 105 Grad Celsius calcinierten die Wissenschaftler den Ton bei 800 Grad Celsius. Dadurch verbrannten organische Materialien, Wasser verdampfte und der Ton wurde reaktiv und festigkeitsbildend.
Um die Leistungsfähigkeit des calcinierten Tons als Bindemittel zu testen, stellten die Forscher Probewürfel mit unterschiedlichem Zement-Ton-Verhältnis her. Die Mischungen reichten von hundert Prozent Zement bis zu sechzig Prozent Zement und vierzig Prozent Ton. Eine Hydraulikpresse prüfte anschließend die Festigkeitseigenschaften.
Die Untersuchungen zeigten, dass Mischungen mit zehn Prozent calciniertem Ton keinen signifikanten Festigkeitsverlust aufwiesen. Auch bei höheren Anteilen bis vierzig Prozent wirkten die calcinierten Tone festigkeitssteigernd. Die Festigkeitsentwicklung verlief langsamer als bei herkömmlichem Zement.
Das Bundesministerium für Bildung und Forschung förderte das Projekt von 2022 bis 2024 im Rahmen der Strategie „Forschung für Nachhaltigkeit - FONA". Fünf Verbundpartner und fünf assoziierte Partner waren beteiligt.
