Asche aus Oliventrester erweist sich als vielversprechender umweltfreundlicher Zementersatz

Eine neue Studie hat die Verwendung von Oliventresterasche als nachhaltigen Teilersatz für gewöhnlichen Portlandzement in Mörtel untersucht. 

Da die Zementproduktion einen wesentlichen Beitrag zu den weltweiten Kohlendioxidemissionen leistet, zielt die Forschung darauf ab, die Umweltauswirkungen der Industrie zu verringern.

Die Studie, die in einer Sonderausgabe der Fachzeitschrift „Materials“ veröffentlicht wurde, untersucht, wie sich die Beimischung von Tresterasche auf die physikalischen, mechanischen und Haltbarkeitseigenschaften von Mörtel auswirkt, um dessen Eignung für den großflächigen Einsatz zu bestimmen.

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Olivenpressrückstände-Asche wird aus verbrannten Olivenpressrückständen (Oliven-Schalenreste, Fruchtfleisch und Kerne) gewonnen. Nach dem Mahlen enthält das resultierende Pulver erhebliche Mengen an Kohlendioxid, Siliziumdioxid und Kalk. 

Im Vergleich zu gewöhnlichem Portlandzement beeinflussen sein geringeres Gewicht und seine feinere Partikelgröße die Eigenschaften des Mörtels, wie Dichte und Verarbeitbarkeit (die Leichtigkeit, mit der Mörtel gemischt, eingebracht und verdichtet werden kann).

Mörtelproben wurden hergestellt, indem Portlandzement in Schritten von zehn Prozent bis zu einem Anteil von 50 Prozent durch Tresterasche ersetzt wurde. 

Jede Mischung wurde über Zeiträume von sieben, 28 und 90 Tagen auf Fließfähigkeit (die Fähigkeit der Mischung, beim Einbringen zu fließen und sich zu verteilen), Festigkeit, Wasseraufnahme und Beständigkeit gegen Frost-Tau-Wechsel getestet.

Die Forscher stellten fest, dass die Verarbeitbarkeit und Fließfähigkeit des Mörtels mit steigendem Tresterascheanteil abnahm. 

Bei Anteilen von bis zu zehn Prozent wiesen die Mörtelproben nur minimale Veränderungen sowohl bei der nassen Schüttdichte als auch bei der Fließzeit auf, was auf ihre Eignung für praktische Anwendungen hindeutet.

Zwischen zehn und 20 Prozent ließen sich die Mischungen schwerer verarbeiten, behielten jedoch eine akzeptable Fließfähigkeit bei. Ab 20 Prozent wurden die Fließraten drastisch beeinträchtigt.

Sowohl Druck- als auch Biegefestigkeitsprüfungen ergaben ähnliche Ergebnisse: Bei Tresteranteilen von bis zu 20 Prozent zeigte sich eine verringerte Festigkeit, die jedoch im akzeptablen Bereich für Bau-Mörtel blieb. 

Die Forscher stellten fest, dass die Festigkeit über einen Zeitraum von 90 Tagen weiter zunahm, was mit der Aktivität von puzzolanischen Reaktionen übereinstimmt – den chemischen Prozessen, bei denen bestimmte Materialien, wie beispielsweise Aschen, mit Wasser und Zement reagieren und Bindemittel bilden, die die Festigkeit und Dauerhaftigkeit von Beton im Laufe der Zeit verbessern.

Frost-Tau-Beständig­keits­tests be­stätigten er­neut den Grenzwert von 20 Prozent für den Tresterasche­an­teil. Jenseits dieser Schwel­le wiesen die Mi­x­turen eine er­hebliche Anfälligkeit auf.

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Die Wasseraufnahme, die zu dauerhaften Schäden und einer Verschlechterung der Leistungsfähigkeit führen kann, stieg bei Proben mit einem Tresteraschegehalt von über zehn Prozent an. 

Alle Proben wiesen eine maximale Wasseraufnahme von 6,92 Prozent auf, was deutlich innerhalb des für eine angemessene Langzeitleistung als akzeptabel erachteten Bereichs von zehn bis 15 Prozent liegt.

Interessanterweise wies die 10-prozentige Mischung eine etwas geringere Absorption auf als die Kontrollmischung aus gewöhnlichem Portlandzement. Dies wurde darauf zurückgeführt, dass die feinen Aschepartikel Hohlräume ausfüllten und die Porenstruktur der Mischung verfeinerten.

Eine Umweltanalyse verglich den Energieverbrauch und die Kohlendioxidemissionen bei der Herstellung von Mörtel mit Tresterasche mit denen der Kontrollmischung, die vollständig aus gewöhnlichem Portlandzement besteht. 

Die Kohlendioxidemissionen wurden auf der Grundlage der Stromerzeugung in Algerien berechnet, wo die Studie durchgeführt wurde.

Die Herstellung der Kontrollmischung verbrauchte 1.000 Kilowattstunden pro Tonne (kWh/t) und verursachte 500 Kilogramm Kohlendioxid pro Tonne (kg CO2/t). 

Im Gegensatz dazu verbrauchte die Herstellung der 10-prozentigen Trester-Asche-Mischung 953,5 kWh/t und verursachte 476,75 kg CO2/t, während die der 20-prozentigen Mischung 907 kWh/t verbrauchte und 453,5 kg CO2/t verursachte.

Die Autoren kommen zu dem Schluss, dass die 10- und 20-prozentigen Mischungen mit einer signifikanten Verringerung der Umweltbelastung einhergehen und gleichzeitig eine akzeptable mechanische Leistungsfähigkeit aufweisen, was ihre Eignung als umweltfreundliche Baustoffe untermauert. 

Sie sind jedoch der Ansicht, dass weitere Untersuchungen erforderlich sind, um die langfristige Haltbarkeit, das mikrostrukturelle Verhalten und die Leistungsfähigkeit unter realen Bedingungen zu untersuchen. 

Sie weisen zudem darauf hin, dass eine breitere Anwendung erfordern würde, dass solche Materialien in aktualisierte Bauvorschriften und Spezifikationen aufgenommen werden.

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