Grüner Beton

8. November 2016 Mehr

Aus Grau wird Grün.
Kaum ein Baumaterial steht so stark in der Diskussion wie der Beton. Die Einen verteufeln ihn, die Anderen loben und schätzen ihn. In der Kritik steht er vor allem wegen der starken CO2 Belastung der Umwelt bei der Produktion. Baustofftechnologen der TU Graz haben eine Betonmischung entwickelt, bei deren Herstellung bis zu 30 Prozent weniger Kohlendioxid anfällt als bei herkömmlichem Beton. Dieser „grüne“ Beton ist auch für den Fertigteilbau geeignet. Hinter der Entwicklung steckt ein Team unter der Leitung von Joachim Juhart vom Institut für Materialprüfung und Baustofftechnologie und dem Verband der Österreichischen Beton- und Fertigteilwerke.

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Zement, Wasser und Gesteinskörnungen: So kurz die Liste an Ausgangsstoffen zur Herstellung von Beton ist, so energetisch aufwendig ist dabei die Herstellung des Bindemittels Zement. Er ist der Hauptverantwortliche des ökologischen Fußabdrucks, denn vor allem Portlandzement muss unter Einsatz fossiler Brennstoffe bei einer Temperatur von 1450 °C gebrannt werden. Dabei „entsäuert“ der unter anderen eingesetzte Rohstoff Kalkstein und CO2 gast aus.

International forscht man bereits an einem Ansatz, gänzlich neue, umweltfreundlichere Bindemittel anstelle von Portlandzement zu finden. An der TU Graz hat man aber einen direkteren Zugang gewählt, der mit den heute bereits verfügbaren Stoffen in Kombination mit Portlandzement sofort im Betonbau eingesetzt werden könnte. Man bediente sich der bestehenden Erkenntnisse aus der Forschung an Ultra High Performance Concrete (UHPC), einem besonders festen und widerstandsfähigen Beton. Grundsätzlich besteht Beton aus in ihrer Größe abgestuften Gesteinskörnern, die von Feinstkorn-Leim mit Bindemittel (einer Mischung aus Wasser und Mehlkorn, das wiederum aus Portlandzement, hydraulischen Stoffen und Füllern besteht) umgeben und gebunden werden. Um das Gemisch verarbeiten zu können, muss aber in der Regel mehr Wasser zugegeben werden, als für die chemische Reaktion gebraucht wird. Hohlräume zwischen den Partikeln werden dabei mit Wasser ausgefüllt und die Partikel mit einem Wasserfilm umgeben. Das für die Erhärtung nicht gebrauchte Wasser verursacht im Festbeton später Poren, insbesondere Kapillarporen, was Einbußen bei der Festigkeit und Dauerhaftigkeit mit sich bringt. Der Bindemittelleim wird beim UHPC hingegen hinsichtlich seiner Packungsdichte optimiert, indem Mikrofüller (Feinststoffe) beigegeben werden, die diese Hohlräume auffüllen und den Wasserbedarf für eine bestimmte Verarbeitbarkeit sogar senken. Zusätzlich kann der Wasserbedarf durch die Zugabe von Fließmitteln weiter verringert werden. Schlussendlich wird so ein extrem harter, widerstandsfähiger Beton mit sehr geringem Wasser/Bindemittel-Verhältnis erzeugt.

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Dieser Gedanke wird für die Herstellung von umweltfreundlicherem Beton übernommen. Zusätzlich zur Packungsdichteoptimierung und Wasserbedarfsreduktion durch Mikrofüller wird ein Teil des Zements durch sogenannte „Eco-Füller“ ersetzt. Das sind regional erhältliche Stoffe mit im Vergleich zu Portlandzement verringertem Treibhauspotenzial (GWP) und Primärenergieverbrauch (PE). Um erstens die richtigen Stoffe dafür zu identifizieren und zweitens das richtige Mischverhältnis zu erhalten, haben die Forscher eine neue Kombination bekannter Analysemethoden entwickelt: „MEM-ST“ (Mixing Energy Method Spread-flow Test und Strength Test). So können einerseits verfügbare Stoffe hinsichtlich Wasserbedarf und Packungsdichte klassifiziert und andererseits optimal aufeinander abgestimmt werden. Zusätzlich ist es wichtig, alle Betonausgangsstoffe hinsichtlich ihrer Umweltwirkungen zu bewerten. Nur so kann ein sowohl in Bezug auf technologische Leistungsfähigkeit als auch Umweltfreundlichkeit optimaler Mix gefunden werden.

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Geforscht wird momentan in zwei Projekten. „Öko²Beton“ wurde vom Verband der Fertigteilindustrie in Auftrag gegeben und orientiert sich speziell an den Erfordernissen der Fertigteilindustrie – beispielsweise müssen die Betonteile dort nach bereits acht Stunden eine Festigkeit erreichen, die es erlaubt, die Stücke auszuschalen und zu heben. Wie die Experten bereits überprüft haben, entspricht die Entwicklung bereits den Anforderungen für den Einsatz im Fertigteilbau – an der TU Graz hat man Tests mit 2,4 x 3 Meter großen Betonwandelementen durchgeführt. Die Frühfestigkeit und Erhärtungszeit seien mit Standardbeton vergleichbar, auch optisch würden sich die Platten nicht von Standardbetonwänden unterscheiden.
Im zweiten Projekt „ERESCON“, ausgeschrieben vom Bundesministerium für Verkehr, Innovation und Technologie in Kooperation mit der ASFINAG und den ÖBB, steht der Infrastrukturbau und damit der Transportbeton im Fokus.

Fotos: ©IMBT – TU Graz

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Kategorie: Projekte

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