Umweltfreundlicher Beton für nachhaltiges Bauen
Beton ist mit einer Produktionsmenge von jährlich mehr als 25 Milliarden Tonnen der bei weitem gängigste Baustoff. Für die Herstellung werden aber auch enorme Mengen an Ausgangsstoffen benötigt, u. a. Zusatzstoffe und Bindemittel wie Zement. „Sowohl deren Produktion als auch der Transport dieses Materials ist sehr CO2-intensiv“, erklärt Nikola Tošić, der für sein Projekt GREEN-FRC über die Marie-Skłodowska-Curie-Maßnahmen an der Polytechnischen Universität Katalonien, Spanien, unterstützt wurde. „So schlägt allein die Zementherstellung mit etwa 7 % aller durch den Menschen verursachten CO2-Emissionen zu Buche.“ Weitere Probleme sind Schäden durch die Entnahme von Ausgangsstoffen aus Fluss- und Berglandschaften, enorme Abfallmengen sowie Bodenkontaminationen, was den Fokus auf nachhaltigere Baustoffe verstärkt. „Obwohl hier Fortschritte durchaus sichtbar sind“, sagt Tošić, „sind industrielle Integration und Skalierung noch größere Engpässe. Dabei ist die Bauindustrie selbst sehr fragmentiert und muss bedeutende Sicherheitstoleranzen einhalten, bei denen es immerhin um Menschenleben geht.“
Betonwerkstoffe der nächsten Generation
Um Lösungen zu finden, entwickelte GREEN-FRC Konzepte für gänzlich „neue“ Betonwerkstoffe mit möglichst hohem Anteil unkonventioneller Komponenten. „Unser Ziel war es, mit Recycling- und Abfallstoffen faserverstärkte Betone für nachhaltigere städtische Infrastrukturprojekte herzustellen“, ergänzt Tošić. Zunächst wurden mehrere Betonmischungen mit nachhaltigen Zusatzstoffen, Bindemitteln und Bewehrungen getestet, u. a. zerkleinertem Beton, kalziniertem Ton aus Kalkstein und recycelten makrosynthetischen Fasern. „Dies war der experimentelle Teil des Projekts“, erklärt Tošić. „Wir mischten Beton verschiedene Zusatzstoffe hinzu, analysierten die Eigenschaften im Ausgangszustand und nach der Aushärtung und testeten Tragfähigkeit und Verhalten an maßstabsgetreuen Bauelementen wie Trägern bei unterschiedlicher Belastung.“ Das über die Marie-Skłodowska-Curie-Maßnahmen geförderte Projekt sollte zudem Modelle und Berechnungen der Eigenschaften solcher Betone erstellen. „Hierzu wurden experimentelle Ergebnissen in Datenbanken erfasst, um dann u. a. mit Algorithmen des maschinellen Lernens Zusammenhänge zwischen Input (Eigenschaften der Ausgangsstoffe) und Output (Qualität des Endprodukts Beton) zu analysieren“, fügt Tošić hinzu. Numerische Simulationsmodelle sollten die „inneren“ Prozesse des jeweiligen Baustoffs veranschaulichen. So konnte spezifisches Verhalten, das experimentell nicht ermittelt werden kann, virtuell simuliert werden.
Ausräumen industrieller Engpässe
Tošić zufolge demonstrierte das Projekt die Machbarkeit neuer Betonkonzepte mit alternativen Ausgangsstoffen und Bewehrungen und die Möglichkeit, sie an verschiedene Bauzwecke anzupassen. „So belegten wir die Eignung makrosynthetischer Fasern wie Polypropylen als Faserverstärkung auch unter Dauerbelastung“, sagt er. „Dies war im Vorfeld unserer Tests noch nicht ganz klar. Wir ermittelten auch, wie Bemessungsvorschriften geändert werden müssten, um das neue Material zu integrieren.“ Die Verbesserung der Bemessungsvorschriften ist eine wichtige Voraussetzung für die Einführung künftiger Vorgaben, und hier konnte das Projekt viel dazu beitragen, noch immer bestehende Engpässe in der Branche zu beseitigen.
Nachhaltiges Bauen
„Das fachliche Wissen ist bereits da“, führt Tošić weiter aus. „Es muss nur noch gemeinsam in die Praxis umgesetzt werden.“ Das Projektteam arbeitet bereits aktiv mit Unternehmen zusammen, um das Wissen an Hersteller von Faserverstärkungen und faserverstärkten Polymerstäben sowie Abbruchunternehmen weiterzugeben. „Im Rahmen des Projekts entstanden zahlreiche Kooperationen“, so Tošić, „was viel dazu beitragen kann, auf lange Sicht ein Netzwerk von kooperierenden Universitäten, Instituten und Unternehmen zu schaffen, die gemeinsam darauf hinarbeiten, Beton als Konstruktionsmaterial ständig zu optimieren.“
Schlüsselbegriffe
GREEN-FRC, Beton, Gebäude, Konstruktionsmaterial, Zement, CO2, Emissionen, Kontamination, nachhaltig
