Nachhaltiger Selbstverdichtender Beton: CO₂-Reduktion durch CEMII-Zement und Nanosilica
Auf einen Blick
- CEMII-basierter selbstverdichtender Beton spart 320 kg Zement/m³ und reduziert CO₂-Emissionen erheblich
- 28-Tage-Druckfestigkeit von 51 MPa erreicht 85% der Referenzmischung (60,3 MPa)
- Nanosilica und Emery-Pulver kompensieren Festigkeitsverlust bei reduziertem Zementgehalt
- Globaler Markt für grünen Zement wächst mit 9,9% jährlicher Wachstumsrate
- Experimentelle Rezeptur erfüllt EN 197-1:2011 Standard mit Praxispotenzial
Die Zementindustrie steht unter starkem Druck, CO₂-Emissionen zu senken. Die vorliegende Fallstudie untersucht den Wechsel von konventionellem CEMI- auf CEMII-Zement in selbstverdichtendem Beton (SCC). Durch die Kombination von Zementreduktion, Emery-Pulver und Nanosilica entstehen Mischungen mit signifikant geringerem CO₂-Fußabdruck bei akzeptablen mechanischen Eigenschaften – direkt relevant für Maurer im Betonbau.
Zementreduktion und CO₂-Einsparung
Die experimentelle Mischung reduziert den Zementgehalt von 420 kg/m³ auf 320 kg/m³ – eine Senkung um 24%. Gleichzeitig wird CEMI durch CEMII/B-M(P-W-L) 42.5N nach EN 197-1 ersetzt, der bereits von Natur aus einen geringeren CO₂-Fußabdruck aufweist. Als Zementersatz dient Emery-Pulver, ein Nebenprodukt der Schleifsteinindustrie, das die Füllwirkung übernimmt und die Nachhaltigkeit weiter steigert. Diese doppelte Reduktionsstrategie – weniger Zement und nachhaltigerer Zementtyp – ermöglicht erhebliche CO₂-Einsparungen ohne vollständige Neuentwicklung der Mischung.
Mechanische Leistung und Nanosilica-Wirkung
Die 28-Tage-Druckfestigkeit erreicht 51 MPa verglichen mit 60,3 MPa der industriellen Referenzmischung – ein Festigkeitsverlust von ca. 15%. Die 7-Tage-Festigkeit beträgt 45 MPa und zeigt eine moderate Anfangsfestigkeit. Nanosilica (SiO₂-Nanopartikel) beschleunigt die Hydratation, verbessert die Mikrostruktur durch Porenauffüllung und erhöht die Festigkeit gezielt. Die Forscher diskutieren, dass Nanosilica besonders effektiv in Kombination mit reduziertem Zementgehalt wirkt, da es die Hydratationskinetik optimiert und die Volumenverluste teilweise kompensiert.
Frischbetoneigenschaften und Verarbeitbarkeit
Der selbstverdichtende Beton zeigt gute Verarbeitungseigenschaften mit angemessenem Setzfließmaß (Slump-Flow) und Luftporeingehalt. Die Zugabe von 12 mm Polypropylenfasern verbessert die Rissbildungseigenschaften und sorgt für zusätzliche Duktilität. Stereomikroskopische Untersuchungen der Oberflächenmorphologie bestätigen eine homogene Verteilung der Zusatzstoffe. Die Frischbetondichte und das Entmischungsverhalten entsprechen den Anforderungen an SCC nach EN 206. Für Maurer bedeutet dies: Die Mischung lässt sich mit konventioneller Ausrüstung verarbeiten und erfordert keine zusätzliche Ausbildung oder Spezialgeräte.
Transferpotenzial für Maurer
Für Maurerbetriebe bietet diese Entwicklung mittel- bis langfristige Anwendungsmöglichkeiten: Die CEMII-basierte SCC-Mischung kann prinzipiell bei bestehenden Lieferanten bezogen werden, da CEMII bereits in vielen Regionen verfügbar ist. Emery-Pulver als Zementersatz ist ein industrielles Nebenprodukt mit begrenzter Verfügbarkeit – hier müssen lokale Bezugsquellen identifiziert werden. Die Rezeptur eignet sich potenziell für nicht-tragende Konstruktionen, Fundamente und Wände im Wohnungs- und Gewerbebau, wo Festigkeiten von 40-50 MPa ausreichen. Die 15-prozentige Festigkeitsreduktion gegenüber CEMI-Referenz ist für viele Anwendungen akzeptabel.
Wichtig für die Praxis: Die marktreife Anwendung erfordert noch weitere Validierungsschritte. Maurer sollten die vertraglichen Anforderungen an die Festigkeitsklasse prüfen und gegebenenfalls mit dem Tragwerksplaner abstimmen. Bei Sichtbetonanwendungen sind Probewürfe empfehlenswert, um die Oberflächenqualität zu validieren. Die CO₂-Reduktion kann in Nachhaltigkeitszertifikaten und Ausschreibungen als Argument für Auftraggeber dienen, sobald die Technologie den TRL 7-Status erreicht hat.
Fazit
Der Übergang von CEMI zu CEMII in selbstverdichtendem Beton stellt eine vielversprechende Lösung für die CO₂-Reduktion im Bauwesen dar. Die vorgestellte Laborstudie (TRL 6) erreicht mechanische Kennwerte, die für viele Anwendungen im Maurerhandwerk ausreichend wären, und zeigt gute Verarbeitungseigenschaften. Mit einem globalen Marktwachstum von 9,9% für grünen Zement werden CEMII-basierte Lösungen künftig an Bedeutung gewinnen. Maurerbetriebe, die die Entwicklung verfolgen und pilotweise erproben, positionieren sich frühzeitig als Partner für nachhaltiges Bauen.
Quellen
- Primär: Concrete Industry's Transition from CEMI to CEMII – A Case Study on CO₂ Footprint Reduction for a Self-Compacting Concrete Mix (2025). https://doi.org/10.4028/p-ka6vlo
- Sekundär: Supplementary cementitious materials (2011). Work ID: W2048271631
- Sekundär: Influence of limestone on the hydration of Portland cements (2008). Work ID: W2006827153
- Sekundär: Innovation in use and research on cementitious material (2007). Work ID: W1969387035
- Sekundär: Optimization of Low-Carbon Footprint Quaternary and Quinary (37% Fly Ash) Cementitious Nanocomposites with Polycarboxylate or Aqueous Nanosilica Particles (2019). Work ID: W2924913854
- Sekundär: Polycarboxylate/nanosilica-modified quaternary cement formulations – enhancements and limitations (2017). Work ID: W2767800411
- Sekundär: Lowering cement clinker: A thorough, performance based study on the use of nanoparticles of SiO₂ or montmorillonite in Portland limestone nanocomposites (2018). Work ID: W2899455078
- Sekundär: The Effect of Nanosilica on the Fresh Properties of Sustainable Self-Compacting Concrete (2024). Work ID: W4405417336
- Sekundär: Cement (2021). Work ID: W4243080735