Verbesserung der interfacialen Verbundwirkung von geotextilverstärktem Geopolymermörtel aus Textilabfällen zur Sanierung von Mauerwerk

Alte Kleidung zu stärkeren Wänden machen

Jährlich landen zig Millionen Tonnen Kleidung als Abfall, während Zement, mit dem wir Häuser und Brücken bauen, einen großen Anteil an den globalen CO2‑Emissionen trägt. Diese Studie untersucht einen unerwarteten Ansatz, um beide Probleme zugleich anzugehen: ausgesonderte Textilien, mit einem dünnen Harzüberzug versteift, zusammen mit einem kohlenstoffarmen „Geopolymer“mörtel zur Verstärkung von Mauerwerk zu verwenden. Die Arbeit zeigt, wie Textile aus dem Abfallstrom in ein leistungsfähiges Material verwandelt werden können, um alte Mauerbauten sicherer und langlebiger zu machen.

Warum Ziegelmauern Unterstützung brauchen

Ziegel- und Blockmauerwerk bildet seit Jahrtausenden das Rückgrat vieler Gebäude, geschätzt wegen seiner Beständigkeit und Tragfähigkeit. Traditionell werden Ziegel mit einem zementbasierten Mörtel aus Portlandzement, Sand und Wasser verbunden. Zwar wirksam, ist die Herstellung von Portlandzement sehr energieintensiv und verursacht etwa 8 % der weltweiten CO2‑Emissionen. Gleichzeitig können konventionelle Mörtel und älteres Mauerwerk bei Erdbeben oder anderen extremen Lasten an Grenzen stoßen, weshalb Ingenieure zunehmend nach Möglichkeiten suchen, bestehende Wände zu verstärken, ohne sie vollständig neu zu errichten.

Textilabfällen eine neue Aufgabe geben

Parallel zu diesen statischen Herausforderungen erstickt die Welt im Textilabfall: mehr als 90 Millionen Tonnen werden jährlich produziert. Die Forschenden wollten einen Teil dieses Abfalls als nützliche Verstärkung im Mauerwerk nutzbar machen. Sie verwendeten Polyester‑Baumwoll‑Gewebe, wie es in Alltagskleidung vorkommt, und ließen es entweder unverändert oder bestrichen es mit einer genau dosierten Menge Epoxidharz per Pinselanwendung. Dieser dünne Überzug erhöht die Steifigkeit des Gewebes, verbessert die Haftung zum umgebenden Mörtel und sorgt dafür, dass die einzelnen Fasern beim Zuglasten besser zusammenarbeiten.

Ein umweltfreundlicherer Kleber für Ziegel

Anstatt sich ausschließlich auf herkömmlichen Zementmörtel zu stützen, entwickelte das Team außerdem einen alternativen Bindemitteltyp: den Geopolymermörtel. Geopolymere werden aus industriellen Nebenprodukten wie Flugasche und Hochofenschlacke hergestellt, die durch alkalische Lösungen aktiviert werden statt durch die übliche Zementchemie. Solche Mischungen erreichen hohe Festigkeiten, sind hitze‑ und chemikalienbeständig und reduzieren die CO2‑Emissionen deutlich. Die Forschenden bereiteten Geopolymermörtel in drei verschiedenen chemischen Stärken vor – bezeichnet als 8M, 10M und 12M – neben einem konventionellen Zementmörtel, und banden Streifen sowohl unbehandelter als auch harzbehandelter Textilien in diese Mörtel ein, um verstärkte Mauerwerksproben zu erzeugen.

Wie das neue System geprüft wurde

Um zu verstehen, wie gut Gewebe und Mörtel zusammenwirken, bestimmten die Forschenden sowohl die Grundfestigkeit der Mörtel als auch vor allem die Haftfestigkeit der Textilien am Mauerwerk. Sie gossen kleine Würfel und Prismen zur Prüfung der Druck- und Biegefestigkeit und stellten fest, dass die höherfesten Geopolymermischungen im Allgemeinen besser abschnitten als der traditionelle Zementmörtel, insbesondere in späteren Altersstadien. Für das Verbundverhalten verwendeten sie einen Einschubzugversuch (single‑lap shear): Ein Teil jedes Textilstreifens wurde zwischen Mörtelschichten auf einer Ziegeloberfläche eingebettet, während das freie Ende von einer Prüfmaschine gezogen wurde. Durch Aufzeichnung von Kraft und Relativverschiebung des Textils ließ sich beurteilen, wie gut der Mörtel das Gewebe ergriff und wie das System versagte.

Was geschah, als die Gewebe gezogen wurden

Die Ergebnisse zeigten einen deutlichen Vorteil für die harzbehandelten Textilien. In allen Mörteltypen trugen die behandelten Gewebe deutlich höhere Zugspannungen – etwa 48 bis 60 % mehr – bevor sie versagten. Gleichzeitig verringerte sich die Schubverschiebung zwischen Gewebe und Mörtel bei Spitzenlasten ungefähr um die Hälfte, von etwa 9–9,5 mm bei unbehandelten zu etwa 4,3–4,8 mm bei behandelten Geweben. Praktisch bedeutet das, dass die verbesserte Schnittstelle das Gewebe stärker einbindet und die Last verteilt, statt dass es einfach herausrutscht. Bemerkenswert ist, dass jede Probe durch Bruch des Textils innerhalb der verklebten Zone versagte, während Mörtel und Ziegel fest verbunden blieben – ein gewünschter Versagensmodus, der zeigt, dass die Verbindung zwischen den Schichten stärker ist als das Gewebe selbst.

Den Sweet Spot im neuen Mörtel finden

Unter den Geopolymermischungen bot die 10M‑Variante die beste Gesamtbalance. Sie war stark und dicht genug, um das Gewebe sicher zu verankern, blieb aber noch so verarbeitbar, dass der Mörtel in die Zwischenräume zwischen den Fäden und um die harzbeschichteten Bündel fließen konnte. Die hochfeste 12M‑Mischung erzielte zwar ausgezeichnete Grundfestigkeiten, war jedoch steifer und spröder, was die weiteren Verbesserungen der Haftwirkung leicht einschränkte. Trotzdem erreichten die harzbehandelten Textilien in allen Geopolymermörteln Verbundfestigkeiten und Wirkungsgrade, die mit vielen Systemen auf Basis teurer Hochleistungsfasern wie Carbon oder Basalt vergleichbar waren oder diese sogar übertrafen.

Was das für Gebäude und Abfall bedeutet

Für Nicht‑Spezialisten lautet die Quintessenz schlicht: Durch eine leichte Beschichtung von Textilabfällen und deren Einbettung in einen nachhaltigeren Mörtel können Ingenieure die Festigkeit und Zuverlässigkeit von Ziegelwänden deutlich erhöhen und gleichzeitig Materialien wiederverwenden, die sonst entsorgt würden. Die verstärkten Wände verformen sich kontrolliert, wobei das Gewebe seine volle Tragfähigkeit ausnutzt, bevor es bricht, und die Ziegel‑Mörtel‑Verbindung intakt bleibt. Dieser Ansatz deutet auf eine Zukunft hin, in der die Aufrüstung alter Mauerwerke gegen Erdbeben oder Verschleiß nicht auf CO2‑intensiven Zement oder teure synthetische Fasern angewiesen sein muss. Stattdessen könnten gezielt entwickelte Kombinationen aus industriellen Nebenprodukten und aussortierten Textilien einen sichereren, nachhaltigeren Weg bieten, unser bauliches Erbe zu erhalten.

Zitation: Sai Krishna, A., VishnuPriyan, M. & Khan, N.A. Enhancing interfacial bond performance of waste textile-reinforced geopolymer mortar for masonry retrofitting. Sci Rep 16, 11513 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-42217-4

Schlüsselwörter: Geopolymermörtel, Textilabfälle, Mauerwerkssanierung, Textilverstärkung, nachhaltiges Bauen