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14.02.2018 | Stahlbetonbau | Im Fokus | Onlineartikel

Vulkanasche für die Betonherstellung

Autor:
Christoph Berger

Um den sogenannten ökologischen Fußabdruck bei der Herstellung von Beton zu verkleinern, arbeiten Forscher an neuen Zusammensetzungen des Baustoffs. Ein Zusatzstoff zur Erreichung des Ziels könnte Vulkanasche sein.

"Der heute im Bauwesen eingesetzte Beton besteht aus Zement, Zuschlag (Gesteinskörnung) und Wasser sowie oftmals auch Betonzusätzen", heißt es im Kapitel "Beton" des Springer-Fachbuchs "Faserbeton". Zement wiederum, so beschrieben im Kapitel "Beton" des Springer-Fachbuchs "Wendehorst Bautechnische Zahlentafeln", ist ein hydraulisches Bindemittel, "das heißt ein fein gemahlener, anorganischer Stoff, der mit Wasser gemischt Zementleim ergibt, welcher durch Hydratation erstarrt und erhärtet und nach dem Erhärten auch unter Wasser fest und raumbeständig bleibt."

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Beton

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Interessant dabei ist, dass Beton nach Wasser das am häufigsten verwendete Material der Welt ist. Und, dass zu seiner Herstellung eine Menge Energie benötigt wird: Steine werden aus Steinbrüchen gesprengt, transportiert, zerkleinert und gemahlen und später bei hohen Temperaturen durch verschiedene Prozesse behandelt, was schließlich zur Zementherstellung führt. Es wird davon ausgegangen, dass die Produktion von herkömmlichem Portlandzement etwa fünf Prozent der weltweiten Kohlendioxidemissionen ausmacht.

Senkung der "grauen Energie"

Daher wird weltweit daran gearbeitet, diesen Wert zu senken. Unter anderem auch durch ein interdisziplinäres Team unter der Leitung von Oral Buyukozturk, Professor an der Abteilung für Bau- und Umweltingenieurwesen (CEE) des Massachusetts Institute of Technology (MIT). Bei ihren Untersuchungen haben die Wissenschaftler herausgefunden, dass vulkanisches Gestein, wenn es zu einer feinen Asche pulverisiert wird, als nachhaltiger Zusatzstoff in Betonstrukturen verwendet werden kann. Was prinzipiell aber keine gänzlich neue Idee ist. So schreiben Jens Götze und Matthias Göbbels im Kapitel "Baustoffe und Bindemittel" des Springer-Fachbuchs "Einführung in die Angewandte Mineralogie": "Zement ist ein Bindemittel, welches historisch gesehen auf eine Entwicklung der Römer zurückzuführen ist, die unter dem Begriff opus caementicium ein Gemisch aus Vulkanasche, Kalk und Wasser mit Zugabe von Kies oder Ziegelsplitt herstellten."

Die Forscher aus der heutigen Zeit fanden nun allerdings auch heraus, dass sie durch die Ersetzung eines bestimmten Prozentsatzes von traditionellem Zement durch Vulkanasche die "graue Energie" der Betonstruktur oder die Gesamtenergie, die in die Betonherstellung fließt, reduzieren lasse. Anhand eines aus 26 Betongebäuden bestehenden Pilotareals berechneten sie, dass für den Bau der Gebäude 16 Prozent weniger Energie aufgebracht werden muss, wenn 50 Prozent Vulkanasche beigefügt werden – verglichen mit der Energie, die nötig gewesen wäre, um die gleichen Bauwerke ausschließlich aus herkömmlichem Portlandzement herzustellen.

Nutzung natürlicher Additive

Sie stellten aber auch fest: Je kleiner die Partikelgrößen der Vulkanasche, desto stärkere Betonstrukturen seien möglich – ein Prozess, der auch Energie verbraucht. Daher müsse aufgrund des Zusammenhangs zwischen der erforderten Stärke einer Betonstruktur und der verwendeten Energie, je nach Bauwerk, individuell berechnet werden, wie die Zusammensetzung des Betons aussehen und welcher Anteil des Zements durch Vulkanasche ersetzt werden könne. Ein weiterer Vorteil bei der Nutzung von Vulkangestein sei, so die Forscher, dass das felsige Material auf der gesamten Welt herumliege und verfügbar sei.

Derzeit untersuchen die Wissenschaftler außerdem die Bindungsmechanismen, wenn Portlandzement durch fein gemahlene Vulkanasche ersetzt wird. Dabei fanden sie bereits heraus, dass die feineren vulkanischen Aschepartikel Produkte im Nanometermaßstab in der Zementpaste beim Aushärten erzeugten, was dazu beitrug, die Matrix beim Aushärten zu verdichten. "Unsere Arbeit bietet den Ingenieuren die Möglichkeit, ihre Mischungen mit natürlichen Additiven entsprechend ihren spezifischen Anforderungen zu optimieren", so eine der am Projekt teilnehmenden Forscherinnen.

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2017 | Supplement | Buchkapitel

Beton

Quelle:
Faserbeton

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