Herstellung von Geopolymerbeton durch Verwendung unbehandelter Teichasche als Feinaggregat und gemahlener Teichasche als Bindemittel

Umwandlung von Kraftwerksabfall in einen Baustoff

Kohlekraftwerke hinterlassen riesige Aschemengen, die häufig in große Teiche geleitet und dort über Jahre belassen werden. Diese Aschelagunen beanspruchen Land, geben Schadstoffe ab und stellen eine weitgehend ungenutzte Ressource dar. Diese Studie untersucht, ob sich diese Teichasche in eine Schlüsselkomponente klimafreundlicheren Betons verwandeln lässt, wodurch sich die CO2‑Emissionen reduzieren und ein hartnäckiger Industrieabfall bereinigt werden könnte.

Von Aschteichen zu neuem Beton

In Teichen gelagerte Kohleasche ist ein Gemisch aus feinen und gröberen Partikeln, die lange dem Wasser ausgesetzt waren. Die Autorinnen und Autoren bezeichnen das direkt aus diesen Teichen geschöpfte Material als „unbehandelte Teichasche“ und prüfen zwei Nutzungsarten in Geopolymerbeton, einer Betonsorte, die statt klassischem Zement auf industrielle Nebenprodukte setzt. Zum einen ersetzen sie den üblichen natürlichen Sand schrittweise — von einem kleinen Anteil bis zu 100 Prozent — durch unbehandelte Teichasche. Zum anderen mahlen sie einen Teil der Teichasche mechanisch zu einem feineren Pulver, der „gemahlenen Teichasche“, und verwenden dieses, um Flugasche, ein gängiges Bindemittel in Geopolymermischungen, teilweise oder vollständig zu substituieren.

Entwurf einer umweltfreundlicheren Mischung

In allen Mischungen wird die bindende Masse durch Aktivierung von Aluminosilikat‑Pulvern mit einer Lösung aus Natriumhydroxid und Natriumsilikat gebildet, während ein konstanter Anteil an Hochofenschlacke zusätzliches Calcium liefert, um das Erhärten zu beschleunigen. Die Forschenden gossen zahlreiche Chargen Beton, variierten den Anteil, wie viel natürlichen Sand durch unbehandelte Teichasche ersetzt wurde, und wie viel Flugasche durch gemahlene Teichasche ersetzt wurde. Anschließend wurden die Proben bei normaler Raumtemperatur gehärtet — ohne die energieintensive Wärmekur, die oft bei Geopolymeren angewandt wird — und es wurde gemessen, wie verarbeitbar der Frischbeton war, welche Festigkeiten sich im Zeitverlauf entwickelten und wie gut die Mischungen aggressiven chemischen Einflüssen widerstanden.

Festigkeit bei reduziertem Natur­sandanteil

Der Ersatz von natürlichem Sand durch unbehandelte Teichasche machte den Frischbeton steifer und schwerer zu verarbeiten, vor allem weil die Aschepartikel sehr porös und deutlich feiner als herkömmlicher Sand sind und mehr Flüssigkeit aufnehmen. Der Einfluss auf die Festigkeit fiel jedoch überraschend moderat aus: Selbst wenn Teichasche den natürlichen Sand vollständig ersetzte, verringerte sich die 28‑Tages‑Druckfestigkeit nur um etwa 7 Prozent und erreichte nach längerer Nachreife in etwa 40 Megapascal — ausreichend für viele konstruktive Anwendungen. Mikroskopische und infrarotspektroskopische Untersuchungen zeigten, dass die Teichasche nicht völlig inert ist; ihre reaktiven Bestandteile gehen im Laufe der Zeit in das Geopolymernetz ein, füllen Poren und tragen dazu bei, dass der Beton zwischen 28 und 56 Tagen weiter an Festigkeit gewinnt.

Mahlen der Asche und Verhalten unter rauen Bedingungen

Durch das Mahlen der Teichasche zu einem feineren Pulver erhöhte sich ihr Anteil an reaktivem Siliziumdioxid, dennoch blieb sie als Bindemittel hinter konventioneller Flugasche zurück. Bei schrittweiser Ersetzung von Flugasche durch gemahlene Teichasche blieben die Frühfestigkeiten vergleichbar, weil die Schlackenkomponente die frühe Reaktion dominierte. Im späteren Alter entwickelten die Mischungen mit höherem Anteil an gemahlener Teichasche jedoch leicht geringere Festigkeiten und eine etwas gröbere inneren Struktur. Dauerhaftigkeitstests lieferten ein differenziertes Bild: Alle Geopolymerbetone zeigten eine höhere Beständigkeit gegen Schwefelsäure als normaler Zementbeton, der erhebliche Massen‑ und Festigkeitsverluste erlitt, weil Gips und andere expansive Produkte gebildet wurden. Bei einem Test zur Chloridionendurchlässigkeit schnitt hingegen der Zementbeton am besten ab; die Geopolymermischungen — besonders die mit viel gemahlener Teichasche — wiesen eine moderate Durchlässigkeit auf.

Was das für zukünftiges Bauen bedeutet

Für Nichtfachleute lautet die zentrale Erkenntnis: Ein großer Teil der in Kraftwerks­teichen lagernden Asche kann in einen nützlichen Bestandteil für grüneren Beton verwandelt werden. Durch die Verwendung unbehandelter Teichasche als sämtlichen Sand sowie gemahlener Teichasche als Teil des Bindemittels stellten die Forschenden einen bei Raumtemperatur ausgehärteten Geopolymerbeton mittlerer Tragfähigkeit her, bei dem bis zu etwa 37 Prozent der festen Bestandteile aus diesem Abfall stammen. Er ist weniger gut verarbeitbar und etwas anfälliger gegen Salzpenetration als Standardbeton, hält aber säurehaltigen Umgebungen deutlich besser stand, was ihn für industrielle Böden oder Kanalrohre vielversprechend macht. Mit weiteren Verbesserungen — etwa reaktiveren Additiven und sichereren, leichter handhabbaren Trockenaktivatoren — könnte dieser Ansatz dazu beitragen, ein großes Umweltproblem in eine wertvolle Bau­ressource zu verwandeln.

Zitation: Vidyadhara, V., Gowda, T.S. & Ranganath, R.V. Geopolymer concrete production by utilizing unprocessed pond ash as fine aggregate and ground pond ash as binder. Sci Rep 16, 9041 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-38814-y

Schlüsselwörter: Geopolymerbeton, Teichasche, Wiederverwendung von Kohleasche, nachhaltiges Bauen, säurebeständiger Beton