Experimentelle Untersuchung einer nachhaltigen Betonherstellung unter Verwendung von Keramikabfallpulver als teilweiser Ersatz für Feinkornzuschlag

Aus zerbrochenen Fliesen wird stärkerer Beton

Jedes Jahr werfen Keramikfliesenfabriken weltweit riesige Mengen an angeknacksten und falsch geschnittenen Fliesen weg. Allein in der pakistanischen Stadt Faisalabad fallen jährlich mehr als eine Million Tonnen Keramikabfälle an, von denen viele offen deponiert werden. Diese Studie stellt eine einfache, aber wirkungsvolle Frage: Statt diese Haufen als nutzlosen Müll zu behandeln — könnten die zerkleinerten Fliesen in Beton eingemischt werden, um natürlichen Sand zu sparen, Kosten zu senken und Gebäude sogar langlebiger zu machen?

Von Fabrikabfall zu feinem Pulver

Die Forscher begannen mit Besuchen in mehreren großen Keramikfabriken in Faisalabad, um zu bestätigen, dass der Abfallstrom reichlich, kostenfrei und leicht zu sammeln ist. Zerbrochene Bodenfliesen aus drei großen Werken wurden gewaschen, getrocknet, zerkleinert und zu einem feinen Pulver gemahlen, dessen Korngrößen denen von natürlichem Sand ähneln. Chemische Untersuchungen zeigten, dass dieses Pulver reich an Siliziumdioxid ist — dem gleichen Schlüsselinhaltsstoff, der dem Beton seine steinähnliche Festigkeit verleiht. Das bedeutete, dass das Fliesenpulver nicht nur ein inerters Füllmittel war; es hatte das Potenzial, positiv mit dem Zement zu reagieren.

Neue Betonzusammenstellungen mischen

Anschließend stellte das Team eine Reihe von Betonmischungen her, bei denen Keramikpulver einen Teil des natürlichen Feinkorns (Sand) nach Volumen ersetzte. Sie testeten sechs Ersatzgrade: 0 % (normaler Beton), 10 %, 20 %, 30 %, 40 % und 50 %. Für jede Mischung maßen sie die Verarbeitbarkeit des Frischbetons und anschließend nach der Aushärtung Masse, Festigkeit und Wasseraufnahme. Standardprüfungen erfassten die Druckfestigkeit (welchem Druck der Beton standhält), Zug- und Biegezugfestigkeit (wie gut er Rissbildung und Biegung widersteht) sowie einfache Dauerhaftigkeitsprüfungen wie Wasseraufnahme und Verhalten in saurer Umgebung.

Das optimale Verhältnis für Festigkeit finden

Die Ergebnisse zeigten, dass eine moderate Menge Keramikpulver die Leistung tatsächlich verbessert. Bei etwa 30 % Sandersatz stieg die Druckfestigkeit des Betons um rund 10 %, und auch seine Biegezugfestigkeit nahm zu. Die Wasseraufnahme sank auf diesem Niveau, was auf eine dichtere innere Struktur mit weniger Hohlräumen hindeutet. Eine weitere Erhöhung des Keramikanteils über 30 % kehrte diese Verbesserungen jedoch um: Die Verarbeitbarkeit ging stark zurück, mehr Wasser wurde aufgenommen und die Festigkeiten verringerten sich, da zu viel Pulver zusätzliche Poren einführte und das Zementgefüge störte. Für die Rissbeständigkeit zeigte speziell ein etwas geringerer Ersatzanteil von 20 % die beste spaltzugfestigkeit, was darauf hindeutet, dass unterschiedliche Belastungsarten leicht unterschiedliche Mischungsverhältnisse begünstigen.

Was im Beton passiert

Um zu verstehen, warum 30 % so gut funktionierte, untersuchten die Forscher den gehärteten Beton mit Röntgentechniken, die seine innere Kristallstruktur sichtbar machen. Sie fanden heraus, dass auf diesem Niveau das silica-reiche Keramikpulver ein weniger nützliches Zementnebenprodukt aufbraucht und in mehr des klebstoffähnlichen Materials umwandelt, das den Beton wirklich zusammenhält. Die Keramikpartikel lagern sich außerdem dicht zwischen Sand- und Kieskörnern ein, füllen Zwischenräume und reduzieren mikroskopische Wege für Wasser und aggressive Chemikalien. Wenn der Keramikanteil zu hoch wird, bleibt nicht genügend Zement übrig, um dieses Bindegel zu bilden, und die Struktur wird wieder schwächer und poröser.

Umwelt- und Kostenvorteile

Über das Labor hinaus hebt die Studie klare praktische Vorteile hervor. Die Verwendung von Keramikabfallpulver bis zu 30 % reduziert den Bedarf an Flusssand, einer Ressource, deren Abbau Landschaften und Ökosysteme stark belastet. Gleichzeitig werden große Mengen Fliesenabfall von Deponien und offenen Ablagerungen ferngehalten, was die lokale Verschmutzung verringert. In einem wirtschaftlichen Vergleich für eine typische 3-Kubikmeter-Charge Beton war die Mischung mit 30 % Keramikpulver etwa 2,3 % günstiger als konventioneller Beton, da das Abfallmaterial praktisch nichts kostete. Die keramikreiche Mischung hielt zudem in einem aggressiven Säurebad besser stand, was auf eine längere Lebensdauer in rauen Umgebungen hindeutet.

Was das für das Bauen im Alltag bedeutet

Kurz gesagt zeigt diese Arbeit, dass zerbrochene Bodenfliesen nicht auf einer Müllhalde enden müssen. Fein gemahlen und im richtigen Anteil verwendet, können sie dazu beitragen, Beton zu erzeugen, der etwas stärker, dichter, langlebiger und günstiger ist — und dabei natürlichen Sand schont und Abfall reduziert. Für Bauherren, Ingenieure und Stadtplaner in schnell wachsenden Regionen ist die Botschaft ermutigend: Durch die durchdachte Wiederverwendung lokaler industrieller Reststoffe lässt sich Beton gießen, der sowohl robuste Bauwerke als auch eine nachhaltigere Zukunft unterstützt.

Zitation: Tariq, K.A., Adil, W.A., Salhi, A. et al. Experimental investigation of sustainable concrete production using ceramic waste powder as partial fine aggregate replacement. Sci Rep 16, 11659 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-47927-3

Schlüsselwörter: Keramikabfallbeton, nachhaltige Baustoffe, recycelte Zuschläge, grünes Bauen, Wiederverwendung industrieller Abfälle