Auf einen Blick
- Neuartiger alkali-aktivierter Porenbeton (ASAAC) aus Flugasche und Hüttensand als nachhaltige Alternative zu klassischem Porenbeton
- Aluminium-Hydrothermalreaktion steuert Hydratationsmechanismus und Festigkeit des Materials
- Potenzial zur Reduktion von CO₂-Emissionen bei der Baustoffproduktion durch Nutzung industrieller Nebenprodukte
- Relevante Anwendungen: Innen- und Außenwände, Wärmedämmung, nicht-tragende Bauteile
- Technologie befindet sich im experimentellen Maßstab (TRL 5) mit guter Skalierungsperspektive
Die vorliegende Studie von 2026 untersucht einen innovativen Alkali-Activated Slag Autoclaved Aerated Concrete (ASAAC, deutsch: alkali-aktivierter autoklavierter Porenbeton), der aus Flugasche (FA) und Hüttensand (BFS) hergestellt wird. Im Mittelpunkt steht dabei die Aluminium-Hydrothermalreaktion, die maßgeblich den Hydratationsmechanismus und die mechanischen Eigenschaften des neuartigen Baustoffs beeinflusst. Für das Maurergewerk eröffnet diese Forschung Perspektiven für nachhaltige Mauerwerkslösungen mit geringerem ökologischen Fußabdruck.
Hydratationsmechanismus und Phasenbildung
Die Hydratation von alkali-aktiviertem Porenbeton differenziert sich grundlegend von konventionellem, zementgebundenem Porenbeton. Bei der Reaktion von Flugasche und Hüttensand unter alkalischen Bedingungen entstehen hydratisierte Calciumsilicat-Phasen (C-S-H) und Alumosilicat-Gele. Die aluminiumhaltige Hydrothermalreaktion – insbesondere bei Temperaturen oberhalb von 150 °C im Autoklaven – begünstigt die Bildung von Tobermorit, einem mineralischen Phasenbestandteil, der für die Festigkeit des Materials verantwortlich ist.
Dieser Bildungsprozess wurde bereits in früheren Untersuchungen an substituierten Tobermoriten nachgewiesen, wobei Aluminium und Sulfat die Kristallgitterstruktur verändern und die mechanischen Eigenschaften verbessern können. Die Steuerung der Aluminium-Freisetzung aus den Ausgangsmaterialien ist somit ein entscheidender Prozessparameter für die Endqualität des ASAAC.
Mechanische Eigenschaften und Baustoffleistung
Die mechanische Leistungsfähigkeit des ASAAC hängt vom Verhältnis der Rohstoffe und den Prozessbedingungen ab. Untersuchungen an nicht-autoklaviertem, zellularem Beton aus alkali-aktiviertem Hüttensand zeigten, dass Druckfestigkeiten bis 10–15 MPa bei Rohdichten unter 800 kg/m³ erreichbar sind. Für autoklavierte Varianten kann durch die thermische Behandlung die Festigkeit signifikant gesteigert werden, wobei die Aluminium-Quelle – ob aus Flugasche oder Zusatzstoffen – die Phasenbildung und damit die Festigkeit beeinflusst.
Vergleichsstudien zur Modifikation von Phasenentwicklung in alkali-aktivierten Systemen belegen, dass die partielle Substitution von Hüttensand durch Flugasche die Bildung zusätzlicher Gel-Phasen fördert, die die Mikrostruktur verdichten. Dies führt zu einer verbesserten Zwischenfestigkeit und Dauerhaftigkeit, ohne die Wärmedämmeigenschaften wesentlich zu beeinträchtigen.
Nachhaltigkeit und Ressourceneffizienz
Ein zentraler Vorteil von alkali-aktivierten Bindemitteln ist die Nutzung industrieller Nebenprodukte. Flugasche entsteht als Rückstand in Kohlekraftwerken, Hüttensand als Nebenprodukt der Stahlproduktion. Beide Materialien werden in der Studie vollumfänglich als Bindemittel verwendet, ohne dass Portlandzement benötigt wird. Dies reduziert die CO₂-Emissionen der Baustoffproduktion erheblich, da die Herstellung von Portlandzement für ca. 8 % der globalen anthropogenen CO₂-Emissionen verantwortlich ist.
Die Studie zeigt auf, dass durch die Variation der Alkalizugabe und der Autoklavierungsparameter die Eigenschaften des Endprodukts gezielt eingestellt werden können. Dies ermöglicht eine Anpassung an unterschiedliche Anforderungsprofile im Bauwesen und erweitert die Anwendungsbreite dieses nachhaltigen Baustoffs.
Transferpotenzial für Maurer
Für das Maurergewerk ergeben sich aus dieser Forschung multiple Anknüpfungspunkte:
- Baustoffauswahl: Maurer können bei Ausschreibungen für nicht-tragendes Mauerwerk ASAAC als nachhaltige Alternative zu klassischem Porenbeton oder Kalksandstein anbieten. Die Kombination aus Wärmedämmung und Tragfähigkeit macht es für energieeffizientes Bauen attraktiv.
- Verarbeitungspraxis: Die Verarbeitung von ASAAC-Steinen unterscheidet sich geringfügig von konventionellem Porenbeton. Maurer müssen mit den spezifischen Eigenschaften – wie geringerem Wasseraufnahmevermögen und veränderter Schnittfähigkeit – vertraut gemacht werden. Schulungen zu den neuen Materialparametern sind empfehlenswert.
- Qualitätskontrolle: Da die Festigkeitseigenschaften vom Mischungsverhältnis der Rohstoffe abhängen, ist eine zuverlässige Lieferantenqualifikation essenziell. Maurerbetriebe sollten Zertifikate und Prüfberichte der Hersteller fordern und bei kritischen Bauteilen eigene Festigkeitsprüfungen durchführen lassen.
- Nachhaltigkeitskommunikation: Maurer können Bauherren und Architekten zunehmend auf nachhaltige Baustoffe hinweisen. Die CO₂-Einsparung und die Nutzung von Sekundärrohstoffen sind starke Verkaufsargumente, die in Angeboten und Beratungen kommuniziert werden sollten.
Die Technologie befindet sich aktuell im experimentellen Maßstab (TRL 5) mit klarem Skalierungspfad zur Marktreife. Erste Pilotprojekte könnten innerhalb der nächsten 3–5 Jahre realisierbar sein, vorausgesetzt, die Produktionsskalierung und die baurechtliche Zulassung werden erfolgreich abgeschlossen.
Fazit
Der alkali-aktivierte Porenbeton (ASAAC) aus Flugasche und Hüttensand stellt einen vielversprechenden Baustoff der nächsten Generation dar. Die kontrollierte Aluminium-Hydrothermalreaktion ermöglicht die gezielte Einstellung der mechanischen und thermischen Eigenschaften bei gleichzeitig deutlich reduziertem CO₂-Fußabdruck. Für Maurer eröffnet sich damit ein neues Anwendungsfeld für nachhaltiges Bauen, das sowohl ökologische als auch ökonomische Vorteile bietet.
Die weitere Entwicklung hin zur baurechtlichen Zulassung und die Skalierung der Produktion sind entscheidende nächste Schritte. Maurerbetriebe sollten sich proaktiv mit den neuen Materialien auseinandersetzen, um bei der Markteinführung kompetent beraten und ausführen zu können.
Quellen
- Primär: Influence of aluminum hydrothermal reaction on hydration mechanism and mechanical properties of alkali-activated autoclaved aerated concrete (ASAAC) produced from FA and BFS (2026). https://doi.org/10.1016/j.jobe.2026.115586
- Sekundär: Modification of phase evolution in alkali-activated blast furnace slag by the incorporation of fly ash (2013). https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2013.10.074
- Sekundär: Effect of alkalis on fresh C–S–H gels. FTIR analysis (2009). https://doi.org/10.1016/j.cemconcomp.2009.01.006
- Sekundär: Modification effects of colloidal nanoSiO₂ on cement hydration and its gel property (2012). https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2012.04.008
- Sekundär: Mechanisms and parameters controlling the tricalcium aluminate reactivity in the presence of gypsum (2007). https://doi.org/10.1016/j.cemconres.2007.06.001
- Sekundär: Determining cement composition by Fourier transform infrared spectroscopy (1995). https://doi.org/10.1016/0008-8846(95)00178-6
- Sekundär: Characterization of Calcium Carbonate, Calcium Oxide, and Calcium Hydroxide as Starting Point to the Improvement of Lime for Their Use in Construction (2009). https://doi.org/10.1111/j.1475-1305.2009.00658.x
- Sekundär: Hydrothermal synthesis and characterization of aluminium and sulfate substituted 1.1nm tobermorites (2007). https://doi.org/10.1016/j.cemconres.2006.10.018
- Sekundär: Non-autoclaved high strength cellular concrete from alkali activated slag (2011). https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2011.04.059