Einfluss biologischer und landwirtschaftlicher Schaummittel auf Betonabfälle zur Herstellung poröser keramischer Materialien

Alten Beton in nützliche neue Materialien verwandeln

Weltweit wachsen Städte schnell, und mit diesem Wachstum steigt auch die Menge an zerbrochenem Beton aus abgerissenen Gebäuden. Vieles von diesem Schutt landet auf Deponien und verschwendet Fläche sowie natürliche Ressourcen. Diese Studie untersucht einen kreativen Weg, diesen unerwünschten Beton in leichte, poröse Keramikblöcke zu verwandeln, die Gebäuden beim Warm- oder Kühlen helfen können, und verwendet dafür alltägliche Materialien wie Mehl, Hefe, Sägespäne und Weizenstroh.

Warum Poren und Hohlräume von Vorteil sein können

Die Forschenden konzentrieren sich auf eine spezielle Art von Keramik, die voller winziger Poren ist. Diese Poren können offen und miteinander verbunden sein, wodurch Gase und Flüssigkeiten hindurchtreten können, oder eher geschlossen und luftgefüllt. Solche Materialien sind attraktiv für Anwendungen wie Filter, Gasbrenner und Dämmplatten, weil eingeschlossene oder geführte Luft den Wärmefluss verlangsamt und Partikel herausfiltern kann. Indem das Team mit zerkleinertem Betonabfall beginnt und einfache organische Zutaten hinzufügt, zielt es darauf ab, eine poröse Struktur aufzubauen, ohne auf teure synthetische Chemikalien angewiesen zu sein.

Kochen mit Betonabfall und Küchenzutaten

Um diese Materialien herzustellen, trocknete und zerkleinerte das Team alten Beton, mischte ihn mit Sand, Wasser und Maisstärke und fügte dann einen von mehreren Schaummitteln hinzu: Weizenmehl, Hefe, Backpulver, Sägespäne oder Weizenstroh. Stärke wirkt sowohl als Bindemittel als auch als Gasquelle; beim Erhitzen quillt sie, verbrennt und hinterlässt Hohlräume. Die zugesetzten Schaummittel erzeugen zusätzliches Gas oder verbrennen beim Sintern und schaffen weitere Poren. Die Mischung wird zu einer Suspension gerührt, leicht erwärmt, damit Blasen wachsen und sich setzen, und dann zuerst bei 900 °C und schließlich bei höheren Temperaturen von 1200 °C, 1250 °C oder 1300 °C gebrannt, um die Blöcke zu erhärten und zu stärken.

Wie die Wahl des Schaummittels das Material formt

Tests zeigten, dass Temperatur und Schaummittel gemeinsam steuern, wie dicht, fest und dämmend die fertigen Keramiken werden. Mit steigender Brenntemperatur neigten die Poren dazu, sich zu verkleinern oder teilweise zu schließen, sodass die meisten Proben weniger porös, dafür dichter und fester wurden. Mehl und Hefe erzeugten sehr poröse Materialien, wobei mehlbasierte Proben eine Porosität von über der Hälfte ihres Volumens erreichten und dennoch ein tragfähiges Netzwerk verbundener Poren bildeten. Sägespäne und Stroh, die größere Partikel enthalten, führten zu größeren und unregelmäßigeren Poren, behielten aber insgesamt eine hohe Porosität bei. Im Gegensatz dazu bildete Backpulver relativ kleine Poren und förderte bei der höchsten Temperatur glasartige Phasen, die die Porosität stärker reduzierten als bei den anderen Proben.

Das Gleichgewicht von Festigkeit, Leichtigkeit und Wärmefluss

Mechanische und thermische Tests heben wichtige Zielkonflikte hervor. Proben mit mehr Poren wiesen im Allgemeinen geringere Druckfestigkeit auf, doch auch die exakte Porengröße und -form spielte eine Rolle. Sägespäne-basierte Keramiken fielen durch ihre Festigkeit auf und erreichten bei 1300 °C über 5 Megapascal, während sie etwa 38 Prozent ihres Volumens als Poren behielten. Mehlbasierte Keramiken boten etwas geringere Festigkeit, dafür sehr gute Porosität und die niedrigste gemessene Wärmeleitung, was sie für Dämmzwecke vielversprechend macht. Messungen der Wärmeübertragung und Wärmeleitfähigkeit zeigten, dass alle organischen Zusätze den Wärmefluss im Vergleich zu einer einfachen betonbasierten Probe verringerten, wobei Mehl, Hefe und Sägespäne als natürliche Dämmverbesserer am besten abschnitten.

Vom Bauschutt zur künftigen Dämmung und zu Filtern

Insgesamt zeigt die Studie, dass zerbrochener Beton in nützliche poröse Keramiken verwandelt werden kann, indem gängige biologische und landwirtschaftliche Nebenprodukte anstelle teurer Industriechemikalien verwendet werden. Durch Anpassung der Brenntemperatur und des Typs des Schaummittels lässt sich das Verhältnis von Festigkeit, Gewicht und Dämmung einstellen. Die resultierenden Materialien könnten in Gasbrennern, Filtereinheiten und hitzebeständigen Auskleidungen eingesetzt werden, während sie zugleich Deponieabfälle reduzieren und die Nachfrage nach frischen Rohmineralien verringern. Für Nichtfachleute lautet die Kernbotschaft: Alltägliche Zutaten wie Mehl, Hefe und Sägespäne können helfen, Bauschutt in intelligentere, nachhaltigere Baumaterialien zu verwandeln.

Zitation: Khattab, R.M., Abo-Almaged, H.H., Ali, .M. et al. Effect of biological and agricultural foaming agents on concrete waste for the preparation of porous ceramic materials. Sci Rep 16, 15463 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-52176-5

Schlüsselwörter: poröse Keramiken, Betonrecycling, Wärmedämmung, Sägespäne und Stroh, Schaummittel