Associate Professor Viet erforscht Betonmaterialien aus Klärschlamm und Flugasche

Associate Professor Dr. Huynh Trong Phuoc ( Can Tho Universität) beteiligte sich an der Forschung über betonähnliche Materialien aus Klärschlamm und Flugasche, die zum Einebnen eingesetzt werden.

Der außerordentliche Professor Huynh Trong Phuoc (35 Jahre) wurde soeben mit dem Golden Globe Award 2023 für seine herausragenden Leistungen auf dem Gebiet der wissenschaftlichen Forschung und Ausbildung ausgezeichnet, wobei die Herstellung von Materialien aus Klärschlamm eines der herausragenden Projekte ist.

Laut Associate Professor Phuoc wurde die Studie während seiner Promotion an der National Taiwan University of Science and Technology vor sieben Jahren durchgeführt. Damals hatte ein Abwasserbehandlungsunternehmen in Taipeh eine Studie in Auftrag gegeben, um den im Werk anfallenden Klärschlamm als Material für die interne Deponie auf dem Campus zu nutzen.

Dr. Phuoc und sein Forschungsteam haben eine Rezeptur entwickelt, mit der Sedimente mit Flugasche, einer geringen Menge Zement und weiteren Zusatzstoffen vermischt werden, um ein kontrolliert niedrigfestes Material (CLSM) herzustellen. Der zugesetzte Zement und die Zusatzstoffe schaffen ein günstiges Milieu für die chemischen Reaktionen von Flugasche und Sedimenten, wodurch ein tragfähiges CLSM-Material entsteht.

Privatdozent Dr. Huynh Trong Phuoc (zweiter von links) während seines Studien- und Forschungsaufenthalts in Taiwan. Foto: NVCC — Privatdozent Dr. Huynh Trong Phuoc (zweiter von links) während seines Studien- und Forschungsaufenthalts in Taiwan. Foto: *NVCC*

Er erklärte, dass der Klärschlamm in Kläranlagen einen relativ hohen Gehalt an Siliziumdioxid (SiO₂) und Aluminiumoxid (Al₂O₃) aufweist, ähnlich der Zusammensetzung von Flugasche aus Kohlekraftwerken. Dichte und Partikelzusammensetzung dieser beiden Materialien unterscheiden sich kaum, weshalb sie sich hervorragend für die Herstellung von CLSM-Materialien eignen. „Je nach Bedarf des Auftraggebers kann der Anteil der einzelnen Materialkomponenten angepasst werden, um ein Produkt zu erhalten, das den jeweiligen Anforderungen entspricht“, sagte er.

Das Forschungsteam hat ein Verfahren entwickelt, um CLSM-Materialien aus Schlamm und Asche herzustellen, die direkt aus den Emissionsquellen ins Labor gebracht und ohne weitere Aufbereitung verwendet werden.

Professor Phuoc erklärte, dass je nach den jeweiligen Bedingungen eine direkte Mischung mit Feuchtigkeit oder eine Trockenmischung möglich sei (die Materialien müssen vor der Verwendung getrocknet werden). Für CLSM-Materialien für Deponien entschied sich die Gruppe aus Kostengründen für die Nassmischmethode.

Schlammsammelverfahren im Werk zu Forschungszwecken. Foto: NVCC — Schlammsammelverfahren im Werk zu Forschungszwecken. Foto: *NVCC*

Nach zahlreichen Labortests, in denen die einzelnen Schritte evaluiert und angepasst wurden, optimierte das Team die Rezeptur, um das Produkt an die Anwendungsanforderungen anzupassen. Dies war zugleich der schwierigste und zeitaufwändigste Schritt, da er Berechnungen und das Mischen der Zutaten erforderte. Das Team musste viele Versuche durchführen, da bereits geringfügige Änderungen der Zutatenmenge die Produkteigenschaften stark beeinflussten. Darüber hinaus hatten auch die Mischmethode, der Mischprozess und die Art der verwendeten Geräte großen Einfluss auf die Forschungsergebnisse.

Im Vergleich zu herkömmlichen Sandfüllmaterialien handelt es sich laut Professor Phuoc um zwei völlig unterschiedliche Verfahren. Bei der herkömmlichen Sandverfüllung wird das Material durch die Walzenkraft auf die gewünschte Dichte verdichtet. CLSM hingegen ist ein kontrolliertes, niedrigfestes Material, ähnlich einer Betonsorte, dessen Eigenschaften für verschiedene Anwendungsbereiche optimiert sind. Es lässt sich also vollständig an die jeweiligen Anforderungen anpassen. Je höher die Qualitätsanforderungen, desto höher die Produktionskosten.

Das Material birgt großes Potenzial für praktische Anwendungen auf Deponien. Professor Phuoc erklärte jedoch, dass für einen breiten Einsatz als gängiges Deponiematerial die tatsächlichen Produktionskosten analysiert und die langfristigen Umweltauswirkungen bewertet werden müssten. „Es bedarf spezifischer Normen und Vorschriften für die technischen Anforderungen an Bau und getrennte Abnahme“, so Phuoc. Zudem müsse eine stabile und qualitativ ausreichende Quelle für Klärschlamm und Flugasche sichergestellt werden, um große Reserven für die industrielle Produktion bereitzustellen und somit die Grundlage für eine praktische Anwendung zu schaffen.

CLSM-Materialmikroskopaufnahme des Forschungsteams. Foto: NVCC — CLSM-Materialmikroskopaufnahme des Forschungsteams. Foto: *NVCC*

Die Forschungsergebnisse des Teams wurden sehr geschätzt, und auf dem Gelände einer Wasseraufbereitungsanlage in Taipeh wurde eine Testdeponie errichtet. Erste Auswertungen unmittelbar nach der Inbetriebnahme zeigten die hohe Anwendbarkeit des entwickelten Materials. Das Team überwacht und beprobt das Material regelmäßig, um dessen Langzeitverhalten zu verfolgen und so die Planungs- und Bauverfahren für CLSM-Materialien zu optimieren.

Es gab zwar einige Studien im Land zur Anwendung von Flugasche und Klärschlamm als Ausgleichsmaterial, jedoch wurden nur wenige davon in wissenschaftlichen Publikationen veröffentlicht. Für die Anwendung in Vietnam ist die Entwicklung technischer Normen als Grundlage für die Berechnung der Materialwerte erforderlich, die bei Brücken- und Straßenbauprojekten mit staatlichen Mitteln Anwendung finden sollen.

Darüber hinaus muss die Rohstoffversorgung stabil und kontinuierlich sein, um Großprojekte realisieren zu können. Flugasche kann den Bedarf decken, doch laut Professor Phuoc ist es schwierig, den Klärschlammbedarf zu decken, da Kläranlagen nur alle ein bis zwei Jahre entleert werden. Er erklärte, dieses Problem könne durch die Erforschung alternativer Ressourcen als Klärschlammersatz oder durch Anpassung der Rezeptur gelöst werden, um den Rohstoffanteil zu erhöhen oder zu verringern, ohne die Anforderungen zu beeinträchtigen. „Aktuell haben Verkehrsbauunternehmen das Thema von Pilotprojekten im kleinen Maßstab aufgeworfen und vorgeschlagen, technische Standards, Umweltverträglichkeitsprüfungen und weitere Verfahren für die Massenumsetzung festzulegen“, so Professor Phuoc.

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