Privatdozent Viet erforscht Betonwerkstoffe aus Klärschlamm und Flugasche

Associate Professor Dr. Huynh Trong Phuoc ( Can Tho Universität) beteiligte sich an Forschungsarbeiten über tragfähige, betonähnliche Materialien aus Klärschlamm und Flugasche für die Anwendung bei der Landnivellierung.

Der außerordentliche Professor Huynh Trong Phuoc (35 Jahre alt) wurde soeben mit dem Golden Globe Award 2023 für seine herausragenden Leistungen in der wissenschaftlichen Forschung und Ausbildung ausgezeichnet; die Herstellung von Materialien aus Klärschlamm zählt zu seinen bemerkenswertesten Arbeiten.

Professor Phuoc erklärte, die Forschung sei während seiner Promotion an der National Taiwan University of Science and Technology vor sieben Jahren durchgeführt worden. Damals habe ein Kläranlagenunternehmen in Taipeh eine Studie in Auftrag gegeben, die die Verwendung von im Werk anfallendem Klärschlamm als Material zur Nivellierung des Betriebsgeländes untersuchte.

Dr. Phuoc und sein Forschungsteam haben eine Rezeptur entwickelt, um abgesetzten Klärschlamm mit Flugasche, geringen Mengen Zement und weiteren Zusatzstoffen zu vermischen und so ein kontrolliert niedrigfestes Material (CST) herzustellen. Der zugesetzte Zement und die Zusatzstoffe schaffen optimale Bedingungen für die chemischen Reaktionen zwischen Flugasche und abgesetztem Klärschlamm, wodurch ein tragfähiges CST-Material entsteht.

Der außerordentliche Professor Huynh Trong Phuoc (zweiter von links) während seines Studiums und seiner Forschungsarbeit in Taiwan. Foto: Zur Verfügung gestellt vom Interviewpartner.

Er erklärte, dass der Klärschlamm in Kläranlagen relativ hohe Konzentrationen an Siliziumdioxid (SiO₂) und Aluminiumoxid (Al₂O₃) enthält, ähnlich der Zusammensetzung von Flugasche aus Kohlekraftwerken. Dichte und Partikelgrößenverteilung dieser beiden Materialien unterscheiden sich nicht wesentlich, wodurch sie sich sehr gut für die Beimischung zu CLSM-Materialien eignen. „Je nach den spezifischen Anforderungen des Auftraggebers kann der Anteil der einzelnen Materialkomponenten angepasst werden, um ein Produkt zu erhalten, das den geforderten Spezifikationen entspricht“, sagte er.

Das Forschungsteam hat ein Verfahren zur Herstellung von CLSM-Materialien entwickelt, bei dem Schlamm und Asche direkt aus Emissionsquellen gesammelt und ohne weitere Aufbereitung ins Labor gebracht werden.

Professor Phuoc erklärte, dass je nach den spezifischen Bedingungen entweder Nass- oder Trockenmischung (die Materialien müssen vor der Verwendung getrocknet werden) angewendet werden kann. Für CLSM-Materialien, die zum Verfüllen verwendet werden, entschied sich das Team für die Nassmischung, um Verarbeitungskosten zu sparen.

Der Prozess der Sammlung von Klärschlammabfällen im Werk zu Forschungszwecken. Foto: Zur Verfügung gestellt vom Interviewpartner.

Nach zahlreichen Laborversuchen, Auswertungen und Anpassungen optimierte das Team die Rezeptur, um sicherzustellen, dass das Produkt den Anwendungsanforderungen entsprach. Dies war zugleich der schwierigste und zeitaufwändigste Schritt, der komplexe Berechnungen, eine sorgfältige Entwicklung und ein aufwändiges Mischen erforderte. Das Team musste viele Versuche durchführen, da bereits geringfügige Änderungen in der Zusammensetzung die Produkteigenschaften erheblich veränderten. Darüber hinaus hatten auch die Mischmethode und der Mischprozess sowie die Art der verwendeten Geräte einen großen Einfluss auf die Forschungsergebnisse.

Im Vergleich zu herkömmlichen Sandfüllmaterialien argumentiert Professor Phuoc, dass es sich um zwei völlig unterschiedliche Verfahren handelt. Bei herkömmlichen Sandfüllmaterialien wird das Material mithilfe einer Walze auf die gewünschte Dichte verdichtet, bevor es abgenommen wird. CLSM hingegen ist ein Beton ähnliches Material mit geringer Festigkeit und kontrollierter Festigkeit, dessen Eigenschaften für verschiedene Zwecke angepasst werden können. Je höher die Qualitätsanforderungen, desto höher die Produktionskosten.

Das Material birgt großes Potenzial für praktische Anwendungen im Deponiebereich. Professor Phuoc ist jedoch der Ansicht, dass für eine breite Anwendung als konventionelles Deponiematerial eine Analyse der tatsächlichen Produktionskosten und eine Bewertung der langfristigen Umweltauswirkungen erforderlich sind. „Für die technischen Anforderungen an Bau und Abnahmeprüfung sind spezifische Normen und Vorschriften notwendig“, so Phuoc. Darüber hinaus ist eine stabile und zuverlässige Quelle für hochwertigen Klärschlamm und Flugasche erforderlich, um ausreichende Mengen für die industrielle Großproduktion bereitzustellen, bevor eine praktische Anwendung realisiert werden kann.

Mikroskopische Aufnahme von CLSM-Materialien durch das Forschungsteam. Foto: Zur Verfügung gestellt vom Team.

Die Forschungsergebnisse des Teams wurden hoch geschätzt und führten zur Durchführung eines Testverfüllprojekts auf dem Gelände einer Wasseraufbereitungsanlage in Taipeh. Erste Auswertungen unmittelbar nach der Umsetzung belegten die hohe Anwendbarkeit des entwickelten Materials. Das Forschungsteam führt regelmäßige Untersuchungen und Probenahmen durch, um die Langzeitleistung des Materials zu verfolgen und so die Planungs- und Bauverfahren für CLSM-Materialien zu optimieren.

In Vietnam wurden zwar einige Studien zur Anwendung von Flugasche und Klärschlamm als Nivellierungsmaterialien durchgeführt, jedoch wurden nur wenige davon in wissenschaftlichen Publikationen veröffentlicht. Um diese Materialien in Vietnam einsetzen zu können, müssen technische Normen als Grundlage für die Berechnung des Materialverbrauchs entwickelt werden, die bei staatlich finanzierten Straßen- und Brückenbauprojekten Anwendung finden sollen.

Darüber hinaus muss die Rohstoffversorgung für Großprojekte stabil und kontinuierlich sein. Flugasche kann zwar die Anforderungen erfüllen, doch laut Professor Phuoc gestaltet sich die Klärschlammentsorgung schwierig, da Kläranlagen nur alle ein bis zwei Jahre ausgebaggert werden müssen. Er erklärte, dies könne durch die Erforschung alternativer Ressourcen als Klärschlammersatz oder durch Anpassung der Rezeptur – etwa durch Erhöhung oder Verringerung des Rohstoffanteils – gelöst werden, ohne die Anforderungen zu beeinträchtigen. „Ein Verkehrswegebauunternehmen hat derzeit ein Pilotprojekt im kleinen Maßstab vorgeschlagen. Im Anschluss daran sollen technische Standards festgelegt, Umweltverträglichkeitsprüfungen durchgeführt und weitere Verfahren für die großflächige Umsetzung eingeleitet werden“, so Professor Phuoc.

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