Multiskalige Leistungs-, Lebenszyklus- und Wirtschaftsbewertung von gemischtem Beton mit recyceltem Großkorn

Mit dem Beton von gestern bauen

Wenn Städte wachsen, hinterlassen sie Berge zerbrochenen Betons und verbrauchen enorme Mengen Treibstoff zur Herstellung neuen Zements. Diese Studie stellt eine einfache, aber wirkungsvolle Frage: Können wir das Geröll von gestern in die starken, langlebigen und günstigeren Gebäude von morgen verwandeln — ohne die Sicherheit zu opfern? Durch das gezielte Mischen recycelter Brocken aus altem Beton mit Nebenprodukten der Stahlindustrie zeigen die Forschenden, wie sich Klimaauswirkungen und Kosten reduzieren lassen, während die Anforderungen der modernen Baupraxis erfüllt werden.

Abfall in eine neue Ressource verwandeln

Das Team konzentrierte sich auf zwei entscheidende Abfallströme. Der erste ist recyceltes Grobkorn- Zuschlagmaterial, hergestellt durch Zerkleinern alten Betons von Abbruchstellen zu steinähnlichen Stücken. Der zweite ist gemahlener, granulärer Hochofenschlacke, ein pulverförmiges Nebenprodukt der Stahlerzeugung, das teilweise Zement ersetzen kann. Mit Standardmischanlagen stellten sie eine Reihe von Betonrezepturen her, bei denen Naturstein durch unterschiedliche Mengen recycelten Zuschlags ersetzt wurde (0, 12,5, 25, 50 und 65 Prozent) und in der vielversprechendsten Mischung ein Teil des Zements durch Schlacke ersetzt wurde (20 oder 25 Prozent).

Das richtige Gleichgewicht für Festigkeit finden

Um zu prüfen, wie sich diese Mischungen in realen Konstruktionen verhalten würden, testeten die Forschenden, wie viel Druck, Zug und Biegung jeder Beton über die Zeit aushält. Überraschenderweise machte eine kleine Dosis recycelten Zuschlags — nur 12,5 Prozent — den Beton tatsächlich etwas stärker als die komplett neue Variante und erreichte nach 28 Tagen etwa 13 Prozent höhere Druckfestigkeit. Mit zunehmendem Anteil recycelten Materials nahm die Festigkeit jedoch stetig ab; der höchste Ersatzanteil (65 Prozent) verlor nahezu die Hälfte seiner Druckfestigkeit. Mikroskopische Aufnahmen bestätigten dies: Bei niedrigen Rezyklatanteilen wirkte die Kontaktzone zwischen altem Gestein und neuem Zement dicht und gut verbunden, während höhere Anteile mehr winzige Risse und Hohlräume einführten, die als Schwachstellen fungierten.

Saubererer Beton von der Wiege bis zur Bahre

Festigkeit allein reicht nicht aus; das Team verfolgte auch Umweltwirkungen von Rohstoffen über den Bau, 50 Jahre Nutzung und die endgültige Stilllegung. Sie berechneten klimaschädliche Emissionen, Rohstoffverbrauch sowie verschiedene Arten von Luft- und Wasserverschmutzung für jede Mischung unter Verwendung regionsspezifischer Daten aus Südindien. Auch hier war die beste Mischung nicht die mit dem höchsten Rezyklatanteil, sondern die sorgfältig ausbalancierte: Beton mit 12,5 Prozent recyceltem Zuschlag plus 25 Prozent Schlacke erzeugte 27 Prozent weniger Kohlendioxid pro Kubikmeter als die konventionelle Mischung. Er verwendete außerdem weniger primäre Gesteinsstoffe und insgesamt weniger Energie. Einen höheren Rezyklatanteil von 65 Prozent lenkte zwar mehr Material von den Steinbrüchen ab, doch die zusätzliche Energie, die für Reinigen und Zerkleinern des alten Betons nötig war, schmälerte diese Vorteile.

Über die Lebensdauer eines Gebäudes Geld sparen

Die Forschenden verfolgten dann die finanziellen Folgen über fünf Jahrzehnte und summierten nicht nur Anfangs- und Baukosten, sondern auch Instandhaltung, Reparaturen und Entsorgung. Einsparungen beim Anschaffungsaufwand durch recycelten Zuschlag waren zunächst moderat, weil die Aufbereitung alten Betons Arbeits-, Energie- und Qualitätskontrollkosten verursacht. Im Zeitverlauf zeichnete sich jedoch wieder die stärkere, kohlenstoffärmere Mischung — also 12,5 Prozent recycelter Zuschlag mit 25 Prozent Schlacke — ab. Sie senkte die gesamten Lebenszykluskosten um etwa 27 Prozent gegenüber Standardbeton, amortisierte die etwas höheren Aufbereitungskosten in knapp über zwei Jahren und erzielte die höchste Kapitalrendite. Im Gegensatz dazu sparte die am stärksten recycelte Mischung insgesamt wenig Geld, da ihre geringere Leistungsfähigkeit zu häufigeren und kostspieligeren Reparaturen führte.

Was das für zukünftige Städte bedeutet

Für Nichtfachleute lautet die Kernbotschaft: „Mehr Recycling“ ist nicht immer besser. Diese Arbeit zeigt, dass ein sorgfältig abgestimmtes Rezept mit einem moderaten Anteil recycelten Betons und Nebenprodukt aus der Stahlerzeugung Bauherren an drei Fronten einen Vorteil verschaffen kann: stabile Bauwerke, geringere Klimaauswirkungen und langfristige Kosteneinsparungen. Anstatt dem höchstmöglichen Rezyklatanteil hinterherzujagen, sollten Ingenieure nach solchen Sweet Spots suchen — Niveaus, bei denen Leistung, Umweltaspekte und Ökonomie zusammenpassen —, um die nächste Generation wirklich nachhaltigen Betons zu entwerfen.

Zitation: Chaitanya, B.K., Madhavi, Y., Venkatesh, C. et al. Multi-scale performance, life-cycle and economic assessment of blended concrete using recycled coarse aggregates. Sci Rep 16, 13391 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-45095-y

Schlüsselwörter: recycelter Beton, nachhaltiges Bauen, kohlenstoffarme Materialien, Lebenszyklusanalyse, wirtschaftliche Analyse