Auswirkungen von Bau- und Abbruchabfällen auf die Leistungsfähigkeit nachhaltiger, auf LC3 basierender struktureller Leichtbetone

Aus Bauschutt starke neue Bauwerke machen

Jedes Jahr türmen sich Berge aus zerbrochenen Ziegeln und Beton von abgerissenen Gebäuden auf Deponien, während die Herstellung von frischem Zement mehr Kohlendioxid in die Atmosphäre bläst als fast jedes andere Baumaterial. Diese Studie stellt eine aktuelle Frage: Kann der Schutt von gestern zum kohlenstoffarmen, leichten Baumaterial von morgen werden — stark genug für echte Bauwerke, nicht nur als Füllstoff? Die Forschenden zeigen, wie sorgfältig aufbereitete Ziegel- und Betonschuttanteile einen großen Teil des am stärksten verschmutzenden Anteils im Zement ersetzen können, sodass die Emissionen sinken und gleichzeitig die internationalen Normen für konstruktiven Beton eingehalten werden.

Warum leichterer, grünerer Beton wichtig ist

Der versteckte Preis von Beton ist sein Gewicht und seine Klimabilanz. Schwerere Bauwerke benötigen mehr Material in Stützen und Fundamenten, und die konventionelle Zementherstellung setzt große Mengen an Treibhausgasen frei. Leichtbeton hilft, indem er die Eigenlast von Gebäuden reduziert, schlankere Bauteile und kleinere Fundamente erlaubt und so Material- und Energieeinsparungen ermöglicht. Gleichzeitig bereitet das Deponieren von Bau- und Abbruchabfällen — insbesondere alten Ziegeln und Beton — eigenes Umweltprobleme. Diese Arbeit verbindet diese beiden Herausforderungen und untersucht, ob Abfallstoffe den Beton sowohl leichter machen als auch den Bedarf an frischem Zement drastisch reduzieren können.

Vom Schutt zu Bausteinen

Das Team konzentrierte sich auf einen neueren, kohlenstoffärmeren Bindemitteltyp namens Limestone Calcined Clay Cement, kurz LC3. Anstatt hauptsächlich auf traditionellen Zementklinker zu setzen, kombiniert LC3 diesen mit Kalksteinpulver und thermisch behandelten Tonen. In dieser Studie ersetzten die Forschenden die üblichen Bestandteile durch abfallbasierte Alternativen: Fein gemahlenes Ziegelpulver stand anstelle des speziellen Tons, und recyceltes Betonpulver ersetzte das Kalksteinpulver. Alte Ziegel wurden außerdem zerkleinert und sowohl als feine als auch grobe Zuschläge verwendet, während eine kleine Menge an luftbildendem Zusatzstoff winzige Blasen einführte, um das Gewicht weiter zu reduzieren. Insgesamt wurden neun verschiedene Betonmischungen hergestellt, alle mit denselben Grundproportionen von Wasser, Bindemittel und Ziegelzuschlägen, aber mit variierenden Mengen und Typen der Abfallpulver.

Prüfung von Festigkeit, Dauerhaftigkeit und Hitzebeständigkeit

Um zu beurteilen, ob diese Mischungen mehr als nur umweltfreundliche Experimente sind, unterzogen die Forschenden sie einer anspruchsvollen Testreihe. Sie maßen die Verarbeitbarkeit des Frischbetons, die Dichte nach dem Trocknen und wie Schallwellen durch ihn liefen — ein Indikator für die innere Qualität. Sie verfolgten das Wachstum der Druckfestigkeit über 7, 28 und 90 Tage und ob der Beton gemäß europäischer Bemessungsregeln weiterhin als konstruktiver Leichtbeton einsetzbar ist. Die Dauerhaftigkeit wurde geprüft, indem Proben bis zu sechs Monate in einer aggressiven Magnesiumsulfatlösung gelagert wurden — als Stellvertreter für aggressive Böden und Meerwasser — und indem Proben auf 200 bzw. 400 Grad Celsius erhitzt wurden, um Brand- oder Hochtemperatureinwirkung zu simulieren. Wasseraufnahme und das gesamte Porenvolumen wurden ebenfalls untersucht, da offenerer, „durstiger“ Beton über die Zeit meist anfälliger ist.

Wie der abfallbasierte Beton abschnitt

Das überraschende Ergebnis ist, dass Mischungen, die zerkleinertes Ziegelpulver im Bindemittel verwendeten, sich sehr ähnlich verhielten wie solche mit dem feineren kommerziellen Ton, mit nur geringem Festigkeitsverlust und moderater Zunahme der Wasseraufnahme. Selbst bei einem Ersatz von bis zu 60 % des Klinkers erreichten alle diese Betone 28-Tage-Festigkeiten von etwa 24 bis 38 Megapascal und Trockendichten zwischen 1650 und 1850 Kilogramm pro Kubikmeter — komfortabel im Bereich für konstruktiven Leichtbeton. Recyceltes Betonpulver erwies sich als rauerer Ersatz für Kalksteinpulver: Betone mit diesem Pulver waren etwas schwächer und poröser, was die unregelmäßigere, porösere Natur dieses Abfalls widerspiegelt. Dennoch erfüllte jede Mischung, die auf Abfallpulvern und Ziegelzuschlägen beruhte, die Schwelle für den konstruktiven Einsatz. Insgesamt hielten die LC3-basierten Mischungen aggressiven Bedingungen gut stand, verloren unter längerer Sulfatexposition weniger als 0,7 % ihrer Masse und behielten mehr als 80 % ihrer Festigkeit nach Erhitzung auf 400 Grad Celsius.

Was das für zukünftige Gebäude bedeutet

Für Nicht-Fachleute lautet das Fazit: Beton, der weitgehend aus zerkleinerten Ziegeln und altem Beton besteht — kombiniert in einem sorgfältig abgestimmten, kohlenstoffarmen Bindemittel — kann sowohl leicht als auch stark genug für echte Gebäude sein. Es gibt Kompromisse: abfallreiche Mischungen nehmen mehr Wasser auf und opfern bei Verwendung von recyceltem Betonpulver etwas Festigkeit im Vergleich zu den besten konventionellen Rezepturen. Dennoch erfüllen sie konstruktive Normen, ersetzen einen Großteil des klimaschädlichsten Zements und geben Abbruchabfällen ein zweites Leben. Das weist auf eine Zukunft hin, in der die Skelettstrukturen neuer Gebäude aus den Überresten alter Gebäude gefertigt werden könnten, was Emissionen reduziert, Rohstoffe schont und das Volumen an Bauabfall verkleinert, ohne Sicherheit oder Leistungsfähigkeit aufzugeben.

Zitation: Sadik, E.K., Elrahman, M.A., Eltawil, K.A. et al. Impact of construction and demolition wastes on the performance of sustainable LC³-based structural lightweight concrete. Sci Rep 16, 13397 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-48036-x

Schlüsselwörter: nachhaltiger Beton, Recycling von Bauabfällen, Leichtbeton, zementarmer Beton, recycelter Ziegel und Beton