Synergistische Nutzung von Altglas-Pulver für feuerresistenten und alkalifreien (niedrig-alkalischen) Betone

Aus Abfallglas werden widerstandsfähigere Gebäude

Jedes Jahr landen Berge von Glasflaschen und -gefäßen als Abfall, während viele Betonbauten anfällig gegenüber heftigen Bränden sind und einen hohen CO2-Fußabdruck aufweisen. Diese Studie untersucht einen Weg, beide Probleme zugleich anzugehen: Altglas zu feinem Pulver zu mahlen und es zur Herstellung einer neuen Art von Beton zu verwenden, die nicht nur stärker ist, sondern auch besser extreme Hitze aushält – und dabei weniger der sonst üblichen Chemikalien und Energie benötigt.

Warum normaler Beton bei Feuer versagt

Der in den meisten Gebäuden verwendete Beton basiert auf Portlandzement, dessen Herstellung große Mengen Kohlendioxid freisetzt. Unter Brandbedingungen kann herkömmlicher Beton rissig werden, Festigkeit verlieren oder sogar versagen, wodurch die Sicherheit von Bauwerken und Menschen gefährdet ist. Ingenieure entwickeln daher alternative Bindemittel, die Zement durch industrielle Nebenprodukte wie Flugasche aus Kohlekraftwerken oder Schlacken aus der Stahlproduktion ersetzen. Wenn diese Pulver mit alkalischen Lösungen „aktiviert“ werden, entsteht alkaliaktivierter Beton, der bereits bessere Leistungen bei hohen Temperaturen gezeigt hat als traditioneller Beton, aber noch Einschränkungen aufweist und häufig hohe Mengen ätzender Chemikalien erfordert.

Wie Altglas in die Mischung kommt

Die Studie konzentriert sich auf fein gemahlenes Altglas-Pulver als drittes Element in diesem alternativen Beton. Glas ist reich an einer Form von Siliziumdioxid, das in alkalischer Umgebung gut reagiert und hilft, die Partikel zu einem dichteren inneren Gefüge zu vernetzen. Die Autoren variierten systematisch, welcher Anteil der Flugasche oder Schlacke durch Glas-Pulver ersetzt wurde und wie viel Natriumhydroxid (ein gängiges Alkalimetall) benötigt wurde. Anschließend gossen sie Betonkuben und setzten diese Temperaturen von Raumtemperatur bis zu scharfen 1000 °C aus, um zu messen, wie viel Festigkeit die Proben behalten und wie sie sich unter Last verformen.

Die Balance zwischen Festigkeit und Hitzebeständigkeit finden

Unter fünf wichtigen Mischungen stach eine hervor: eine Rezeptur, bei der 25 % der Flugasche durch Altglas-Pulver ersetzt wurden, während der Schlackenanteil unverändert blieb. Diese Mischung, in der Studie M3C5 genannt, erreichte eine beeindruckende Druckfestigkeit von etwa 69 Megapascal bei Normaltemperatur – deutlich höher als die beste zementfreie Kontrollmischung ohne Glas. Entscheidend ist, dass die glasbasierte Mischung diese Leistung mit nur 8 % Natriumhydroxid erzielte, während die Kontrolle etwa 10 % benötigte, um annähernd ähnliche Werte zu erreichen. Bei Erwärmung auf 1000 °C behielt der glasverstärkte Beton noch etwas über 40 % seiner ursprünglichen Festigkeit und schnitt damit besser ab als die Kontrollmischung; außerdem zeigte er eine bessere Verformungsfähigkeit ohne plötzlichen Bruch, eine wertvolle Eigenschaft in Brandszenarien, in denen Bauwerke an ihre Belastungsgrenzen gelangen.

Blick ins Innere des neuen Betons

Um zu verstehen, warum der glasgefüllte Beton so gut reagierte, betrachteten die Forschenden seine innere Struktur mit Mikroskopen und Röntgentechniken. In der Kontrollmischung fanden sie Bereiche mit ungelöster Flugasche und eine ungleichmäßigere, porösere Gelphase, die die Körner zusammenhielt. Dagegen zeigte die Mischung mit Glas-Pulver eine dichtere, gleichmäßigere Matrix mit weniger Hohlräumen und besserem Kontakt zwischen den Partikeln. Das hochsilikatische Glas förderte die Bildung starker, verzahnter Gele, die Rissbildung hemmten und einschränkten, wie viel Wasser und Material beim Erhitzen verloren ging. Folglich verloren Proben mit Glas weniger Masse und entwickelten bei steigenden Temperaturen weniger Oberflächenrisse.

Was das für zukünftige Gebäude bedeutet

Für Nichtfachleute lautet die Quintessenz: Fein gemahlenes Altglas kann dazu beitragen, einen neuen Betontyp zu schaffen, der stärker ist, bei extremer Hitze verlässlicher bleibt und weniger aggressive Aktivatoren benötigt. Indem weggeworfene Flaschen Teil der Struktur feuerresilienter Gebäude werden, unterstützt dieser Ansatz eine Kreislaufwirtschaft, verringert die Umweltbelastung sowohl durch Zementherstellung als auch durch Glasentsorgung und weist den Weg zu sichereren, nachhaltigeren Städten.

Zitation: Deepti, Y., Kumar, S., Bandyopadhyay, A. et al. Synergic utilization of waste glass powder for fire-resilient and low alkali-activated concrete. Sci Rep 16, 4989 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-35338-3

Schlüsselwörter: Altglas-Beton, feuerbeständige Materialien, niedriger CO2-Bau, alkaliaktivierter Beton, Kreislaufwirtschaft