Im Rahmen neuer Forschungen an der Eidgenössischen Technischen Hochschule Zürich (ETH Zürich) wurde ein vielversprechender Ansatz zur Bewertung der Lebensdauer von Stahlbeton entwickelt. Dieser berücksichtigt vor allem den Einfluss von klimatischen Bedingungen auf den Verfall des Materials. Insbesondere die Feuchtigkeit spielt eine entscheidende Rolle, wie eine aktuelle Studie zeigt. Der Einsatz von CO₂-armem Beton, der weniger schädliche Emissionen bei der Herstellung verursacht, könnte durch diese Erkenntnisse gefördert werden.
Beton ist ein zentrales Material im Bauwesen, dessen Verwendung weltweit enorme Mengen an CO₂-Emissionen verursacht, insbesondere aufgrund der Zementproduktion. In der Architektur wird zunehmend nach umweltfreundlicheren Alternativen gesucht, und CO₂-armer Beton gilt als Schlüsseltechnologie. Diese Form von Beton hat jedoch eine Herausforderung: Sie neigt dazu, schneller zu karbonatisieren, was bedeutet, dass CO₂ aus der Luft in das Material eindringt und dessen chemische Struktur ändert. Diese Veränderung kann dazu führen, dass der im Beton eingebaute Stahl rosten kann, was die Tragfähigkeit der Konstruktionen gefährdet. Die aktuellen Bauvorschriften legen den Fokus darauf, den Stahl bestmöglich vor diesen schädlichen Einflüssen zu schützen, was jedoch die Einführung neuer, umweltfreundlicherer Betontypen behindert.
Die Forschung unter der Leitung von Cristhiana Albert am Institut für Baustoffe der ETH Zürich zeigt, dass die gegenwärtigen Normen nicht ausreichend sind. Statt nur die Materialzusammensetzung zu betrachten, ist es entscheidend, wie schnell der Stahl im Beton tatsächlich rostet. In ihren Experimenten analysierten die Wissenschaftler vier verschiedene Standorte – Zürich, Bergen, Manaus und Huailai – und untersuchten, wie unterschiedliche klimatische Bedingungen die Rostgeschwindigkeit des Stahls beeinflussen. Dabei nutzten sie detaillierte Wetterdaten, um ein Modell zu erstellen, das die zeitlichen Schwankungen der Feuchtigkeit im Beton abbildet.
Ein zentrales Ergebnis der Studie war die Erkenntnis, dass die Feuchtigkeit einen viel größeren Einfluss auf die Rostgeschwindigkeit hat, als ursprünglich angenommen. Die Forschungen ergaben, dass nasser Beton bis zu hundertmal schneller Rost ansetzen kann als trockener. Obwohl die chemische Zusammensetzung des Betons auch eine Rolle spielt, ist die Wechselwirkung zwischen Regen- und Trockenperioden entscheidend. So zeigen die Ergebnisse beispielsweise, dass der Stahl in Bergen und Manaus, die beide eine ähnliche jährliche Niederschlagsmenge von etwa 2500 Millimetern aufweisen, unterschiedlich rostet. Dies liegt daran, dass der Beton zwar schnell Wasser aufnimmt, jedoch nur sehr langsam wieder austrocknet.
Die Studie legt nahe, dass einige CO₂-arme Betontypen unter bestimmten klimatischen Bedingungen durchaus eine Lebensdauer von über 50 Jahren erreichen können. Allerdings könnten sie unter anderen Verhältnissen auch schneller Schaden nehmen. Dies bedeutet nicht, dass CO₂-armer Beton grundsätzlich weniger haltbar ist; vielmehr ist es wichtig, seine Leistungsfähigkeit über viele Jahre zu betrachten. Auch wenn er seinen natürlichen Schutz schneller verlieren kann, rostet der Stahl in einem trockenen Umfeld langsamer.
Die Forscher betonen die Notwendigkeit, das Verhalten klimafreundlicher Betone unter verschiedenen Wetterbedingungen besser zu verstehen. Anstatt überall denselben Beton nach einheitlichen Regeln zu verwenden, sollte künftig stärker berücksichtigt werden, wo ein Bauwerk errichtet wird. Für besonders feuchte Regionen könnten zusätzliche Schutzmaßnahmen erforderlich sein, um das Eindringen von Wasser zu minimieren.
Allerdings ist der aktuelle Forschungsansatz noch nicht direkt auf die Baupraxis übertragbar. Die Berechnungen sind aufwendig und müssen an realen Bauprojekten weiter validiert werden. Langfristig streben die Forschenden an, eine einfachere Methode zu entwickeln, um neue Betontypen schneller bewerten zu können, ohne auf jahrelange Erfahrungswerte warten zu müssen. Angesichts des Klimawandels ist dies besonders relevant, da sich die Häufigkeit und Dauer von Regen- und Trockenperioden ändern können, was wiederum die Rostgeschwindigkeit des Stahls beeinflusst.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass ein neuer „Klimatest“ dabei helfen könnte, die Eignung von CO₂-armer Beton für verschiedene Standorte besser zu bewerten und die Verwendung umweltfreundlicherer Baustoffe zu erleichtern.
