Verwertung von Betonabfallpulver als nachhaltiger Ersatz für Kalksteinfeinstaub in herkömmlichem Beton: eine Fallstudie aus Portugal

Betonabfall in eine nützliche Ressource verwandeln

Beton ist das Rückgrat moderner Städte, bringt aber erhebliche Umweltkosten mit sich. Die Herstellung von Zement, dem Hauptbestandteil von Beton, setzt große Mengen Kohlendioxid frei, während enorme Mengen getesteten und gebrauchten Betons als Abfall anfallen. Diese Studie untersucht, ob feines Pulver aus zerkleinerten Betonprüfkörpern, das üblicherweise nach Qualitätsprüfungen entsorgt wird, sicher einen Teil des Zements ersetzen kann, der derzeit durch fein gemahlenen Kalkstein ergänzt wird. Funktioniert das, könnten dieselben Betonwerke, die diesen Abfall erzeugen, ihn als nützlichen Rohstoff nutzen und so Emissionen und Deponieanfall reduzieren.

Von zerbrochenen Prüfkörpern zu feinem Pulver

In einem Transportbetonwerk in Portugal werden jährlich Tausende Würfelproben gegossen und zerschlagen, um die Festigkeit zu verifizieren, wodurch pro Werk etwa 200 Tonnen Betonabfall anfallen. Anstatt dies als Müll zu behandeln, hat die Studie die zerbrochenen Stücke in einer Mahl trommel weiter zerkleinert und zu einem feinen Pulver gesiebt. Dieses Pulver aus Betonprüfkörpern wurde dann verwendet, um einen Teil des Zements in kleinen Mörtelprismen und vollständigen Betonmischungen zu ersetzen, in Anteilen von 10 bis 30 Prozent im Mörtel und 10 bis 20 Prozent im Beton. Zum Vergleich wurden dieselben Ersatzanteile auch mit dem bekannteren Kalksteinfeinstaub getestet, der derzeit von vielen Herstellern genutzt wird.

Wie sich die neuen Mischungen im Labor schlugen

Die Ingenieure überprüften zunächst die Festigkeitsentwicklung dieser Mischungen über die Zeit. Bei einem Ersatz von bis zu 10 Prozent des Zements durch Betonabfallpulver erreichten die resultierenden Mörtel und Betone Druckfestigkeiten, die denen der Standardmischung und der kalksteinbasierten Mischungen nahekamen. Darüber hinaus nahm die Festigkeit jedoch deutlich ab, besonders bei Ersatzraten von 20 und 30 Prozent, da schlichtweg weniger aktiver Zement zur Bindung des Materials zur Verfügung stand. Die Kalksteinmischungen blieben leicht stärker als diejenigen mit Betonpulver, vor allem weil die Kalksteinpartikel feiner waren und dichter packten; bei 10 Prozent Ersatz war der Unterschied jedoch gering.

Wasser, Salze und das Innenleben

Die Studie untersuchte außerdem, wie leicht Wasser und Salze durch den Beton transportiert werden, da diese Prozesse die Dauerhaftigkeit stark beeinflussen. Bei einem moderaten Ersatzniveau von 10 Prozent senkten sowohl Kalksteinfeinstaub als auch Betonpulver tatsächlich die Rate, mit der Wasser in die Oberfläche gesaugt wurde, was darauf hindeutet, dass die feinen Partikel dabei halfen, die winzigen Poren in der Nähe der Oberfläche zu füllen und zu verfeinern. Bei höheren Ersatzraten ging dieser Vorteil verloren und die Gesamtporosität nahm zu, wodurch Wasser und besonders Chloridionen, etwa aus Auftausalzen oder Meerspray, leichter eindringen konnten. Mikroskopische und mineralogische Tests bestätigten diese Ergebnisse: Sie zeigten, dass sowohl Kalkstein als auch Betonabfallpulver überwiegend als inerte Füllstoffe wirken, frühes Kristallwachstum unterstützen, aber nicht viel eigene chemische Reaktivität beisteuern. Die Partikel des Betonpulvers waren gröber und unregelmäßiger, was zu einer etwas lockereren inneren Struktur führte als bei Kalksteinmischungen.

Klimawirkung und zirkuläre Nutzung von Materialien

Da Zement die größte Emissionsquelle im Beton darstellt, kann jede Reduktion des Zementanteils den Kohlenstofffußabdruck einer Mischung senken. Mithilfe einer Lebenszyklusanalyse berechneten die Forscher das freigesetzte Kohlendioxid pro Kubikmeter Beton. Der Ersatz von 20 Prozent des Zements durch entweder Kalksteinfeinstaub oder Pulver aus Betonprüfkörpern reduzierte die eingebetteten Emissionen um knapp 17 Prozent im Vergleich zur Referenzmischung. Bewertet man diese Emissionen zusammen mit der erreichten Festigkeit, lagen alle Mischungen in einem engen Leistungsbereich, was zeigt, dass beachtliche CO2‑Einsparungen möglich sind, ohne zu viel Festigkeit zu opfern, sofern die Ersatzraten moderat bleiben.

Was das für zukünftigen Beton bedeutet

Für Nicht‑Spezialisten lautet die Hauptbotschaft: Abfall aus routinemäßigen Betonprüfungen kann in einen nützlichen Bestandteil umgewandelt werden, der einen Teil des Zements ersetzt. Bei rund 10 Prozent Ersatz erhält dieses recycelte Pulver Festigkeit und grundlegende Dauerhaftigkeit ähnlich wie bei der gegenwärtigen Praxis und hilft zugleich, Emissionen zu senken und Deponien zu entlasten. Wird der Ersatz zu hoch gewählt, wird der Beton schwächer und durchlässiger. Die Arbeit schlägt einen praktischen, kurzfristig umsetzbaren Schritt in Richtung eines kreislauforientierteren und klimaschonenderen Betons vor: den täglich in den Werken anfallenden Abfall zu vermahlen und in neuen Mischungen wieder einzusetzen, wobei die Mengen auf ein Leistungsniveau begrenzt werden, das verlässlich bleibt.

Zitation: Özkan, H. Valorization of waste concrete powder as a sustainable substitute for limestone fines in conventional concrete: a case study from Portugal. Sci Rep 16, 15701 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-46343-x

Schlüsselwörter: Betonabfall, Zementersatz, Kalksteinfeinstaub, zirkuläre Wirtschaft, CO2‑Fußabdruck