Studie über die Festigkeitseigenschaften von Kokosfasern-zugfestem Beton mit Abbruchziegel-Pulverstaub als Sandersatz

Aus Bauabfällen eine nützliche Ressource machen

Mit dem Wachstum der Städte steigt auch der Berg an Trümmern, der bei Bau und Abriss anfällt. Weggeworfene Ziegel und aus Flüssen entnommener Sand sind Teil der versteckten Kosten modernen Bauens: zerstörte Landschaften, überfüllte Deponien und hohe CO2‑Emissionen. Diese Studie untersucht eine einfache Idee mit großen Auswirkungen – kann man Abbruchziegel zerkleinern und zusammen mit Kokosfasern zu einem normalen Beton verarbeiten, der zugleich belastbar und umweltfreundlicher ist?

Warum ein Umdenken beim Beton wichtig ist

Beton ist das Rückgrat unserer Straßen, Häuser und Brücken und verbraucht große Mengen natürlichen Flußsands sowie energieintensiven Zement. Gleichzeitig landen gebrochene Ziegel aus alten Gebäuden häufig auf Deponien oder werden verscharrt. Die Forscher wollten diese beiden Probleme miteinander verbinden. Sie fragten, ob fein gemahlenes Abbruchziegelpulver einen Teil des Sands in einer Standardbetonmischung ersetzen kann und ob das Hinzufügen von Kokosfasern – dünne Stränge aus Kokosnussschalen – dem Beton helfen kann, Rissbildung und chemischen Angriffen besser zu widerstehen. Gelingt das, würde diese Methode natürlichen Sand sparen, Abbruchabfall sinnvoll verwerten und eine erneuerbare Pflanzenfaser nutzen, die in tropischen Regionen weit verbreitet ist.

Wie die neue Mischung getestet wurde

Das Team begann mit einer üblichen Betongüte, die in vielen Gebäuden verwendet wird. Sie ersetzten bis zu 40 % des natürlichen Sands durch Ziegelpulver, hergestellt durch Zerkleinern und Mahlen von Abbruchziegeln zu feinen Partikeln. Außerdem wurden Kokosfasern in unterschiedlichen Volumenanteilen von 0,5 % bis 2 % beigemischt, wobei kurze Stränge als kleine zugbeanspruchte Bewehrung im Beton fungierten. Dutzende Probekörper wurden gegossen und in Wasser gehärtet, anschließend auf Frischverarbeitbarkeit, Druck-, Biege- und Zugfestigkeit sowie auf Beständigkeit gegen Langzeitlagerung in starken Säurelösungen getestet, die aggressive Umgebungen simulieren sollten. So konnten die Forscher nicht nur feststellen, ob die neuen Zuschläge funktionieren, sondern auch welche Kombination das beste Gleichgewicht aus Festigkeit, Verarbeitbarkeit und Dauerhaftigkeit liefert.

Den richtigen Punkt für Festigkeit und Dauerhaftigkeit finden

Die Ergebnisse zeigten, dass bereits moderate Mengen an Ziegelpulver und Fasern viel bewirken. Ein Ersatz von 10 % des Sands durch Ziegelpulver allein erhöhte die Festigkeit gegenüber normalem Beton leicht, vermutlich weil die feinen Partikel kleine Hohlräume füllten und an langsamen chemischen Reaktionen teilnahmen, die die innere Struktur verdichteten. In Kombination mit 1 % Kokosfaser wurden die Verbesserungen deutlich. Die Druckfestigkeit stieg über das Standardanforderungsniveau, doch die größten Zugewinne zeigten sich bei Biege- und Zugbeanspruchung. Die Biegezugfestigkeit nahm um etwa zwei Fünftel zu, die Spaltzugfestigkeit um etwa ein Drittel, was darauf hindeutet, dass die Fasern beim Entstehen kleiner Risse effektiv zusammengehalten haben. Höhere Anteile an Ziegelpulver oder Fasern machten die Mischung jedoch schlechter verarbeitbar und reduzierten die Festigkeit leicht – mehr ist also nicht immer besser.

Standhalten gegen chemische Angriffe

Über die reine Festigkeit hinaus untersuchte die Studie, wie der Beton in sauren Umgebungen abschneidet, etwa in Industrie- oder verschmutzten Bereichen, wo Bauwerke langsam zersetzt werden können. Proben wurden 60 Tage lang in starken Salzsäure- und Schwefelsäurelösungen eingelegt. Normaler Beton verlor am meisten Masse und Festigkeit und zeigte umfangreiche innere Schäden. Im Gegensatz dazu wies die Mischung mit 10 % Ziegelpulver und 1 % Kokosfaser die geringsten Verluste an Masse und Festigkeit auf. Das dichtere Gefüge, das durch die feinen Ziegelpartikel entstand, erschwerte das tiefe Eindringen der Säure, während die Kokosfasern das Material zusammenhielten und das Risswachstum begrenzten. Selbst nach längerer Exposition blieb die optimierte Mischung in Bezug auf die Festigkeit über den typischen Anforderungen der untersuchten Betongüte.

Was das für künftige Gebäude bedeutet

Für Nichtfachleute ist die Schlussfolgerung klar: Sorgfältig gewählte Mengen an gemahlenem Abbruchziegel und Kokosfasern können einen Standardbeton erzeugen, der mindestens so fest ist wie herkömmliche Mischungen, Rissbildung und Säureschäden besser widersteht und den Bedarf an natürlichem Sand verringert. Anstatt gebrochene Ziegel als nutzlosen Abfall zu betrachten, verwandelt diese Vorgehensweise sie in eine wertvolle Zutat, während Kokosfasern mit einem kostengünstigen, pflanzlichen Material die Zähigkeit erhöhen. Obwohl weitere Untersuchungen nötig sind, um die Langzeitleistung in realen Bauwerken und mit unterschiedlichen Ziegelabfällen zu bestätigen, weist diese Studie auf eine kreislauforientierte Zukunft des Bauens hin, in der der Abfall von gestern hilft, resilientere und nachhaltigere Bauten von morgen zu errichten.

Zitation: Palaniappan, M., Anandaraj, S., Murugesan, T. et al. Study on the strength properties of coir fiber reinforced concrete containing waste brick powder dust as sand replacement. Sci Rep 16, 11932 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-42480-5

Schlüsselwörter: nachhaltiger Beton, Abbruchziegelpulver, Kokosfaser, Recycling von Bauabfällen, dauerhafte Baustoffe