Nachhaltiger Beton aus dem Schweizer Labor

Frischbeton sollte innerhalb von 60 Minuten nach Mischungsende auf der Baustelle sein Frischbeton sollte innerhalb von 60 Minuten nach Mischungsende auf der Baustelle sein

4.5 Milliarden Tonnen Beton und Asphalt werden jährlich verbaut auf unserer Erde. Das macht die beiden Baustoffe zu den meist verwendeten Materialien weltweit. Schweizer Forscher kümmern sich nun um die Nachhaltigkeit des Betons.

Ohne Beton ist unsere moderne Welt mit ihren Bauwerken und ihrer Infrastruktur nicht mehr vorstellbar. Beton wird im Ingenieurbau (z.B. beim Bau von Tunnels, Staudämmen, Windkraft- und Kläranlagen), im Hochbau (typische Einsatzgebiete sind im Wohnungsbau unter anderem Fundamente, Wände Decken und Balkone) aber auch als gestalterisches Element (Sichtbeton, Betonpflaster und Betonmöbel) eingesetzt. 

Beton, der menschengemachte Stein  

Beton gilt als ein vom Menschen hergestellter Stein, der aus Naturmaterialien zusammengemischt wird. Dazu wird Zement mit Gesteinskörnung (Sand und Kies), Wasser sowie gegebenenfalls weiteren Zusatzstoffen zusammengebracht. Der Zement, bestehend hauptsächlich aus Kalkstein und Mergel, dient als hydraulisches Bindemittel; er verleiht dem Beton seine Druckfestigkeit. (Der Zement ist aber auch für die Eigenschaften, die in speziellen Anwendungsbereichen zum Einsatz kommen – wie beispielsweise hinsichtlich einer niedrigeren Wärmeentwicklung –, verantwortlich.) Zunächst wird der sogenannte Zementleim aus Zement und Wasser angerührt, der anschliessend die Gesteinskörner umhüllt und bindet. Im erhärteten Zustand Zementstein genannt, „verklebt“ er Sand und Kies zur gewünschten Festigkeit.  
Beton ist vielseitig einsetzbar und ein beliebig formbarer sowie dauerhafter Baustoff. Aus der Möglichkeit zur Herstellung verschiedener Betonarten ergibt sich sein grosses Anwendungsgebiet: Fast kein menschliches Bauwerk kommt heutzutage ohne Betonbauteile aus. Die unterschiedlichen Betonzusammensetzungen geben ihm die gewünschten Eigenschaften: seien es eine hohe Tragfähigkeit oder ein besonders guter Wärme- und Feuchtigkeits-, bzw. Brand- oder Schallschutz. 
 

Schon gewusst? 
Auch die Natur hat vor hunderttausenden von Jahren eine Art Naturbeton hervorgebracht: die sogenannte Nagelfluh wurde schon seit dem Altertum verwendet. Ebenfalls entwickelten bereits römische Baumeister den Vorläufer unseres heutigen Betons: Mit dem „Opus Caementitium“ wurde nicht nur die zahlreichen Mauern, Strassen, Brücken und Viadukte, sondern auch die beeindruckenden Hafenanlagen und Theater der Römer gebaut. Der römische Leichtbeton erlaubte so schon 115 n. Chr. den Bau der gewaltigen Kuppel des Pantheons in Rom. Sie hat eine Spannweite von 43 Metern.  

   

Neue Forschungen in der Schweiz… 

Das Ziel der neuen Forschungsabteilung Beton und Asphalt der Eidgenössische Materialprüfungs- und Forschungsanstalt (Empa) ist die umweltfreundliche und ressourceneffiziente Produktion sowie Nutzung des Betons. Der Tätigkeitsbereich der Abteilung liegt somit im Bereich der Zementchemie und Betontechnologie. Die neue Abteilung verstärkt den Bereich Baumaterialien und ist eine optimale Ergänzung zum Empa-Forschungsschwerpunkt „Sustainable Built Environment“. Dazu arbeiten die Forschenden unter anderem an der Entwicklung von neuen Zement- und Bitumen-basierten Materialien, bei deren Herstellung weniger Treibhausgase entstehen sollen oder dessen Bestandteile sogar CO2 aus der Atmosphäre binden können. Diesbezügliche Fortschritte würden das Klima wesentlich entlasten: Der Beitrag der konventionellen Betonherstellung zum CO2-Eintrag in die Atmosphäre wird auf 6 – 9% aller menschengemachten Emissionen geschätzt.  
Natürlich sollen diese nachhaltigen Baustoffe aber auch kostengünstig produziert werden können. Mit neuen Komposit-Materialien und dem Cross-Recycling von Asphalt und Beton sollen die Prinzipien der Kreislaufwirtschaft umgesetzt werden. Das wird auch aus Gründen der Ressourceneffizienz notwendig, da etwa der zur Betonherstellung verwendbare Sand zunehmend zum raren und umkämpften Rohstoff wird. 
Durch die neuen Möglichkeiten, die der Forschung zur Verfügung steht, lassen sich die chemischen Eigenschaften der Materialien heutzutage bestens analysieren. So können sie nicht nur optimiert, sondern auch mit neuen Funktionen ausgestattet werden. Dabei setzen die Forschenden auf neueste Methoden aus der Digitalisierung (Machine Learning), der Fertigungstechnologie (Additive Manufacturing) und aus dem Bereich der Materialcharakterisierung (3D Imaging und numerische Simulation). 

…und international 

Vielversprechende Innovationen zeichnen sich auch anderswo ab. Ein Forscherinnenteam an der University of Colorado stellte eingangs dieses Jahres einen beton-ähnlichen Werkstoff vor, der – wie oben angedeutet –, in der Herstellung Kohlendioxid bindet, anstatt es zu emittieren. Dieses Living Building Material LBM setzt sich zusammen aus Sand und einer Gelatine, in der Cyanobakterien photosynthetisch Calciumcarbonat erzeugen und Mineralisierungsprozesse anstossen: Das Gel mineralisiert und bindet den Sand zu einer festen Masse.  
Ebenfalls anfangs dieses Jahres stellten Forscher der texanischen Rice University ein Verfahren vor, Graphen schnell und kostengünstig etwa aus Plastikabfällen zu gewinnen. Das mit dem Graphit verwandte Material aus Kohlenstoff wurde schon bislang verwendet, um Beton zu stärken, jedoch war es ungleich teurer – und konnte sich auch nicht rühmen, einen Beitrag zur Entlastung unserer Umwelt von Plastikmüll zu leisten. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
{xtypo_info} Quellen und weitere Informationen:  
Empa: Neue Abteilung Beton Asphalt
Empa: Sustainable Built Environment
Uni Jena: Zement
Im Bautest: Asphalt Recycling
Beton.org: Was ist Beton?
Schon gewusst? Auch die Natur hat vor hunderttausenden von Jahren eine Art Naturbeton hervorgebracht: die sogenannte Nagelfluh wurde schon seit dem Altertum verwendet. Ebenfalls entwickelten bereits römische Baumeister den Vorläufer unseres heutigen Betons: Mit dem „Opus Caementitium“ wurde nicht nur die zahlreichen Mauern, Strassen, Brücken und Viadukte, sondern auch die beeindruckenden Hafenanlagen und Theater der Römer gebaut. Der römische Leichtbeton erlaubte so schon 115 n. Chr. den Bau der gewaltigen Kuppel des Pantheons in Rom. Sie hat eine Spannweite von 43 Metern.

Neue Forschungen in der Schweiz… Das Ziel der neuen Forschungsabteilung Beton und Asphalt der Eidgenössische Materialprüfungs- und Forschungsanstalt (Empa) ist die umweltfreundliche und ressourceneffiziente Produktion sowie Nutzung des Betons. Der Tätigkeitsbereich der Abteilung liegt somit im Bereich der Zementchemie und Betontechnologie. Die neue Abteilung verstärkt den Bereich Baumaterialien und ist eine optimale Ergänzung zum Empa-Forschungsschwerpunkt „Sustainable Built Environment“. Dazu arbeiten die Forschenden unter anderem an der Entwicklung von neuen Zement- und Bitumen-basierten Materialien, bei deren Herstellung weniger Treibhausgase entstehen sollen oder dessen Bestandteile sogar CO2 aus der Atmosphäre binden können. Diesbezügliche Fortschritte würden das Klima wesentlich entlasten: Der Beitrag der konventionellen Betonherstellung zum CO2-Eintrag in die Atmosphäre wird auf 6 – 9% aller menschengemachten Emissionen geschätzt. Natürlich sollen diese nachhaltigen Baustoffe aber auch kostengünstig produziert werden können. Mit neuen Komposit-Materialien und dem Cross-Recycling von Asphalt und Beton sollen die Prinzipien der Kreislaufwirtschaft umgesetzt werden. Das wird auch aus Gründen der Ressourceneffizienz notwendig, da etwa der zur Betonherstellung verwendbare Sand zunehmend zum raren und umkämpften Rohstoff wird. Durch die neuen Möglichkeiten, die der Forschung zur Verfügung steht, lassen sich die chemischen Eigenschaften der Materialien heutzutage bestens analysieren. So können sie nicht nur optimiert, sondern auch mit neuen Funktionen ausgestattet werden. Dabei setzen die Forschenden auf neueste Methoden aus der Digitalisierung (Machine Learning), der Fertigungstechnologie (Additive Manufacturing) und aus dem Bereich der Materialcharakterisierung (3D Imaging und numerische Simulation). …und international Vielversprechende Innovationen zeichnen sich auch anderswo ab. Ein Forscherinnenteam an der University of Colorado stellte eingangs dieses Jahres einen beton-ähnlichen Werkstoff vor, der – wie oben angedeutet –, in der Herstellung Kohlendioxid bindet, anstatt es zu emittieren. Dieses Living Building Material LBM setzt sich zusammen aus Sand und einer Gelatine, in der Cyanobakterien photosynthetisch Calciumcarbonat erzeugen und Mineralisierungsprozesse anstossen: Das Gel mineralisiert und bindet den Sand zu einer festen Masse. Ebenfalls anfangs dieses Jahres stellten Forscher der texanischen Rice University ein Verfahren vor, Graphen schnell und kostengünstig etwa aus Plastikabfällen zu gewinnen. Das mit dem Graphit verwandte Material aus Kohlenstoff wurde schon bislang verwendet, um Beton zu stärken, jedoch war es ungleich teurer – und konnte sich auch nicht rühmen, einen Beitrag zur Entlastung unserer Umwelt von Plastikmüll zu leisten. {xtypo_info} Quellen und weitere Informationen: Empa: Neue Abteilung Beton Asphalt https://www.empa.ch/de/web/s604/abteilung-beton-asphalt Empa: Sustainable Built Environment https://www.empa.ch/de/web/empa/sustainable-built-environment Uni Jena: Zement http://www.mingeoch.uni-jena.de/igwminmedia/Lehre_TechnMin/ZF_6_Zement+I.pdf Im Bautest: Asphalt Recycling https://www.impbautest.ch/upload/cms/news/2018.06_Asphalt-Recycling.pdf Beton.org: was ist Beton? https://www.beton.org/wissen/beton-bautechnik/was-ist-beton/ Lab turns trash into valuable graphene in a flash https://www.sciencedaily.com/releases/2020/01/200127134751.htm /xtypo_info}" target="_blank" rel="alternate">Lab turns trash into valuable graphene in a flash
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