Associate Professor Viet erforscht Betonmaterialien aus Klärschlamm und Flugasche

Außerordentlicher Professor Dr. Huynh Trong Phuoc (Universität Can Tho ) beteiligte sich an der Erforschung betonähnlicher Materialien aus Klärschlamm und Flugasche, die zum Nivellieren eingesetzt werden.

Außerordentlicher Professor Huynh Trong Phuoc (35 Jahre) wurde gerade mit dem Golden Globe Award 2023 für seine herausragenden Leistungen im Bereich der wissenschaftlichen Forschung und Ausbildung ausgezeichnet, wobei die Herstellung von Materialien aus Klärschlamm eines der herausragendsten Projekte ist.

Professor Phuoc erklärte, die Forschung sei während seiner Promotion an der National Taiwan University of Science and Technology vor sieben Jahren durchgeführt worden. Damals hatte ein Abwasseraufbereitungsunternehmen in Taipeh eine Studie in Auftrag gegeben, um den in der Fabrik anfallenden Schlamm als Material für eine interne Deponie auf dem Campus zu verwenden.

Dr. Phuoc und sein Forschungsteam haben eine Formel entwickelt, mit der Sedimente mit Flugasche, einer geringen Menge Zement und anderen Zusatzstoffen vermischt werden können, um ein kontrolliertes Material mit geringer Festigkeit (CLSM) herzustellen. Der hinzugefügte Zement und die Zusatzstoffe schaffen eine günstige Umgebung für chemische Reaktionen zwischen Flugasche und Sediment, wodurch ein tragfähiges CLSM-Material entsteht.

Außerordentlicher Professor Dr. Huynh Trong Phuoc (2. von links) während seines Studiums und seiner Forschung in Taiwan. Foto: NVCC

Er erklärte, dass der Schlamm in Kläranlagen einen relativ hohen Gehalt an Siliziumdioxid (SiO2) und Aluminiumoxid (Al2O3) enthalte, was der Zusammensetzung von Flugasche in Kohlekraftwerken ähnele. Dichte und Partikelzusammensetzung dieser beiden Materialien unterscheiden sich kaum, sodass sie sich gut zum Mischen von CLSM-Materialien eignen. „Je nach den spezifischen Anforderungen der bestellenden Einheit kann der Gehalt der einzelnen Materialkomponenten angepasst werden, um ein Produkt zu erhalten, das den Anforderungen entspricht“, sagte er.

Das Forschungsteam hat ein Verfahren zur Herstellung von CLSM-Materialien unter Verwendung von Schlamm und Asche entwickelt, die direkt von Emissionsquellen ins Labor gebracht und ohne weitere Verarbeitung direkt verwendet werden.

Professor Phuoc erklärte, dass je nach den spezifischen Bedingungen eine direkte Mischung mit Feuchtigkeit oder eine trockene Mischung möglich sei (das Material muss vor der Verwendung getrocknet werden). Für CLSM-Materialien für Deponien entschied sich die Gruppe für das Nassmischverfahren, um Verarbeitungskosten zu sparen.

Schlammsammelstation im Werk für Forschungszwecke. Foto: NVCC

Nach zahlreichen Labortests, der Auswertung und Anpassung der einzelnen Schritte optimierte das Team die Formel so, dass das Produkt den Anforderungen für die Anwendung entsprach. Dies war zugleich der schwierigste und zeitaufwändigste Schritt, der Konstruktionsberechnungen und Mischvorgänge erforderte. Das Team musste viele Versuche durchführen, da sich die Produkteigenschaften mit jeder Anpassung einer kleinen Menge an Inhaltsstoffen deutlich veränderten. Darüber hinaus beeinflussten auch die Mischmethode und der Mischprozess sowie die Art der verwendeten Geräte die Forschungsergebnisse erheblich.

Im Vergleich zu herkömmlichen Sandfüllmaterialien, so Professor Phuoc, handele es sich um zwei völlig unterschiedliche Methoden. Beim Füllen mit herkömmlichem Sand werde das Material durch die Energie der Walze auf die gewünschte Dichte verdichtet. CLSM hingegen sei ein kontrolliertes Material mit geringer Festigkeit, ähnlich wie Beton, dessen Eigenschaften für unterschiedliche Zwecke entwickelt wurden und das somit vollständig an die jeweiligen Einsatzanforderungen angepasst werden könne. Je höher die Qualitätsanforderungen, desto höher seien die Produktionskosten.

Das Material bietet großes Potenzial für die praktische Anwendung auf Deponien. Professor Phuoc erklärte jedoch, dass für eine massenhafte Nutzung als gängiges Deponiematerial eine Analyse der tatsächlichen Produktionskosten und eine Bewertung der langfristigen Umweltauswirkungen erforderlich sei. „Es bedarf spezifischer Normen und Vorschriften für die technischen Anforderungen an den Bau und die separate Abnahme“, sagte er. Darüber hinaus müsse die Quelle für Schlamm und Flugasche eine qualitativ stabile Sammelquelle mit ausreichend großen Reserven für eine industrielle Produktion sein, um eine Grundlage für die praktische Anwendung zu schaffen.

CLSM-Materialmikroskop-Aufnahme des Forschungsteams. Foto: NVCC

Die Forschung des Teams fand große Anerkennung, und auf dem Gelände einer Wasseraufbereitungsanlage in Taipeh wurde eine Testdeponie eingerichtet. Erste Untersuchungen unmittelbar nach der Inbetriebnahme zeigten die hohe Anwendbarkeit des entwickelten Materials. Das Team überwacht und entnimmt regelmäßig Proben, um die langfristige Leistungsfähigkeit des Materials zu überwachen und so die Design- und Konstruktionsmethoden für CLSM-Materialien zu optimieren.

Es gibt zwar einige Studien zur Anwendung von Flugasche und Schlamm als Füllmaterial im Land, doch wurden nur wenige davon wissenschaftlich veröffentlicht. Für die Anwendung in Vietnam ist die Entwicklung technischer Standards als Grundlage für die Berechnung von Materialnormen erforderlich, die bei Brücken- und Straßenbauprojekten mit staatlichen Mitteln Anwendung finden.

Darüber hinaus muss die Rohstoffversorgung stabil und kontinuierlich sein, um Großprojekte durchführen zu können. Flugasche kann den Bedarf decken, doch laut Professor Phuoc ist es schwierig, den Bedarf an Klärschlamm zu decken, da Kläranlagen nur alle ein bis zwei Jahre baggern. Dieses Problem könne gelöst werden, indem man die Verwendung anderer Ressourcen als Ersatz für Klärschlamm erforsche oder die Rezeptur ändere, um den Rohstoffanteil zu erhöhen oder zu verringern und dennoch den Bedarf zu decken. „Derzeit haben Verkehrsbauunternehmen kleine Pilotprojekte vorgeschlagen und anschließend technische Standards, Umweltverträglichkeitsprüfungen und andere Verfahren für eine Massenumsetzung vorgeschlagen“, sagte Professor Phuoc.

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