Auf einen Blick
- Graphenoxid (GO) steigert die Festigkeit von Recycling-Beton signifikant – optimale Dosierung: 0,04% des Zementgewichts
- Verbesserung der Mikrostruktur durch Rissüberbrückung und Keimbildung in der Kontaktzone zwischen Zuschlag und Zementstein
- 100% Recycling-Zuschlag mit M-Sand als vollwertiger Ersatz für Primärmaterialien machbar
- Umfassende mikrostrukturelle Analyse mittels SEM, EDS, FTIR, TGA und Mikro-CT-Scanning
- Praxisrelevante Lösung für umweltfreundliche Betonbaustellen mit Kreislaufwirtschaftsansatz
Die wissenschaftliche Publikation „Enhancing the performance of recycled aggregate concrete using graphene oxide" (2025) untersucht, wie Graphenoxid als nanostrukturiertes Additiv die mechanischen und mikrostrukturellen Eigenschaften von Recycling-Beton verbessern kann. Für das Maurergewerk eröffnet dies konkrete Perspektiven, nachhaltige Betonrezepturen mit 100% recycelten Zuschlägen praktisch umzusetzen, ohne Kompromisse bei der Festigkeit einzugehen.
Festigkeitssteigerung durch Graphenoxid
Die Untersuchung zeigt, dass bereits geringste Mengen an Graphenoxid die Druck-, Spaltzug- und Biegefestigkeit von Recycling-Beton deutlich verbessern. Bei einer Dosierung von 0,04% GO bezogen auf das Zementgewicht wurden die besten mechanischen Ergebnisse erzielt. Die Druckfestigkeit des M30-Betons mit 100% Recycling-Zuschlag erreichte dabei Werte, die konventionellem Beton mit Primärmaterialien entsprechen oder diese übertreffen. Die Spaltzugfestigkeit und Biegefestigkeit profitieren ebenfalls von der GO-Zugabe, was insbesondere für tragende Bauteile im Mauerwerk relevant ist.
Verbesserung der Mikrostruktur und Kontaktzone
Ein zentrales Problem bei Recycling-Beton ist die schwächere Kontaktzone (Interfacial Transition Zone, ITZ) zwischen dem alten Mörtel am Zuschlagkorn und dem neuen Zementstein. Die Studie belegt, dass Graphenoxid die ITZ gezielt verbessert. Durch Rissüberbrückung und Keimbildung des GO werden Poren reduziert, die Porenverteilung optimiert und die Bindung zwischen Zuschlag und Zementmatrix gestärkt. Die mikrostrukturellen Untersuchungen mittels SEM, EDS, FTIR, TGA und Mikro-CT zeigen eine signifikant verringerte Porosität und eine homogenere Mikrostruktur. Die Rissüberbrückung durch GO-Plättchen verhindert die Ausbreitung von Mikrorissen und erhöht die Dauerhaftigkeit.
Nachhaltige Rezeptur mit 100% Recycling-Zuschlag
Die verwendete Rezeptur setzt konsequent auf Kreislaufwirtschaft: 100% Recycling-Grobsplitt (RCA) und M-Sand als Feinzuschlag ersetzen sämtliche Primärmaterialien. Dies reduziert den Ressourcenverbrauch und die Deponiemenge erheblich. Die Studie zeigt, dass ein M30-Beton mit dieser Rezeptur und GO-Additiv die Anforderungen an Druckfestigkeit, Arbeitstauglichkeit und Dauerhaftigkeit erfüllt. Für Bauvorhaben, die Nachhaltigkeitszertifikate wie DGNB oder BNB anstreben, ist dieser Ansatz direkt anwendbar. Die Verwendung von M-Sand (herstelltem Sand) als Alternative zu natürlichem Sand bietet zudem regionale Unabhängigkeit und weitere ökologische Vorteile.
Transferpotenzial für Maurer
Für das Maurergewerk ergeben sich konkrete Anwendungen und Perspektiven. Beton- und Stahlbetonarbeiten mit Recycling-Beton nach M30-Standard werden möglich, ohne Festigkeitseinbußen in Kauf zu nehmen. Die Dosierung von Graphenoxid im Bereich von 0,02%–0,06% (optimal 0,04%) des Zementgewichts erfordert eine exakte Dosierung – eine Herausforderung, die über geeignete Mischtechnik oder fertig angemischte GO-Suspensionen gelöst werden kann. Die verbesserte ITZ erhöht die Dauerhaftigkeit von Fundamenten, Wänden und Pfeilern. Für ökologisch ambitionierte Bauprojekte kann der GO-verstärkte Recycling-Beton als Verkaufsargument und Beitrag zu Nachhaltigkeitszertifikaten dienen. Die Umsetzung erfordert jedoch eine enge Zusammenarbeit zwischen Baustoffherstellern, Betonwerken und ausführenden Maurerbetrieben, um die korrekte GO-Dosierung und Mischung sicherzustellen.
Herausforderungen im Transfer betreffen die Verfügbarkeit von Graphenoxid in erforderlicher Reinheit und Stückzahl, die exakte Dosierung im Betonwerk, die Schulung des Personals sowie die Anpassung der Ausschreibungstexte und Normenwerke. Die Kosten für GO liegen aktuell noch höher als für konventionelle Additive, jedoch können sie bei steigender Produktion sinken. Erste Pilotprojekte im Bestandsbau oder bei nicht-tragenden Bauteilen können Erfahrungswerte liefern und den Praxistransfer vorbereiten.
Fazit
Die wissenschaftliche Studie belegt, dass Graphenoxid als nanostrukturiertes Additiv Recycling-Beton auf ein Festigkeitsniveau hebt, das konventionellem Beton entspricht oder übertrifft. Damit wird der Weg für nachhaltige Betonbauwerke unter Verwendung von 100% Recycling-Zuschlag geebnet. Für das Maurergewerk bietet sich eine zukunftsfähige Alternative zu herkömmlichen Betonrezepturen, die zugleich ökologische und ökonomische Vorteile vereint. Der nächste Schritt besteht in der Erprobung unter realen Baustellenbedingungen und der Integration in bestehende Normenwerke.
Quellen
- Primär: Enhancing the performance of recycled aggregate concrete using graphene oxide (2025). https://doi.org/10.3389/fbuil.2025.1740790
- Verwandt: Experimental study of the effects of graphene oxide on microstructure and properties of cement paste composite (2017).
- Verwandt: Specifications for concrete with recycled aggregates (1994).
- Verwandt: Use of Recycled Concrete Aggregates in Production of Green Cement-Based Concrete Composites: A Review (2021).
- Verwandt: Application of X-ray computed tomography to characterise the early hydration of calcium aluminate cement (2003).
- Verwandt: An Investigation into the Use of Manufactured Sand as a 100% Replacement for Fine Aggregate in Concrete (2016).
- Verwandt: Strength properties of graphene oxide cement composites (2020).
- Verwandt: Graphene oxide as nano-material in developing sustainable concrete – A brief review (2022).
- Verwandt: Modification effect of graphene oxide on oxidation coating of Ti-3Zr-2Sn-3Mo-25 Nb near-β titanium alloy (2022).