Auf einen Blick

  • Dual-Ersatz-Ansatz: 20% GGBS als Zementersatz + 20% Granitabfall als Grobaggregat-Ersatz
  • M35-Betonpflastersteine erreichen vergleichbare mechanische Festigkeiten wie Referenzbeton
  • Reduzierung von Deponieabfällen und CO2-Emissionen durch industrielle Nebenprodukte
  • Gesundheitsschutz durch Bindung von RCS-haltigem Granitstaub in der Betonmatrix
  • Potenzial für Pflastersteinproduktion und vorgefertigte Betonwaren im Maurerhandwerk

Die vorliegende Studie untersucht einen innovativen Dual-Ersatz-Ansatz für M35-Betonpflastersteine, bei dem 20% des Zements durch Hüttensand (GGBS) und 20% der natürlichen Gesteinskörnung durch recycelten Granitabfall ersetzt werden. Diese Kombination adressiert gleich zwei Umweltprobleme: die Reduzierung von Deponieabfällen und die Senkung des CO2-Ausstoßes bei der Zementproduktion. Die mechanischen Eigenschaften der modifizierten Betonmischung werden systematisch evaluiert und auf ihre Eignung für die Pflastersteinproduktion geprüft.

Mechanische Leistungsfähigkeit des Dual-Ersatz-Ansatzes

Die Forschungsarbeit untersucht die mechanischen Eigenschaften von M35-Betonpflastersteinen mit einem kombinierten Materialersatz. Dabei wurden 20% des Ordinary Portland Cements (OPC) durch Ground Granulated Blast Furnace Slag (GGBS) ersetzt und parallel 20% der natürlichen Gesteinskörnung durch recycelten Granitabfall substituiert. Die Untersuchung umfasst Druckfestigkeitsprüfungen und Spaltzugfestigkeitstests nach standardisierten Verfahren. Die Ergebnisse belegen, dass die dual modifizierte Mischung mechanische Kennwerte erreicht, die für die Pflastersteinanwendung nach DIN EN 1338 ausreichend sind. Die synergetische Wirkung beider Ersatzmaterialien führt zu einer kompakten Mikrostruktur mit günstigen Festigkeitseigenschaften, wobei GGBS zusätzlich puzzolanische Reaktionen im Betongefüge begünstigt.

Der kombinierte Einsatz von GGBS und Granitabfall ermöglicht strukturell intakte Betonpflastersteine mit signifikant reduziertem Primärrohstoffverbrauch bei vergleichbarer mechanischer Leistung.
TRL 5: Technologie im Labor validiert

Ökologische und gesundheitliche Vorteile

Granitabfall fällt als nicht biologisch abbaubarer Abfallstoff in erheblichen Mengen an und belastet Deponiekapazitäten nachhaltig. Besonders kritisch ist der Gehalt an atembarem kristallinen Siliziumdioxid (RCS = Respirable Crystalline Silica), der bei Einatmung Lungenerkrankungen wie Silikose verursachen kann. Durch die vollständige Einbindung des Granitabfalls in die Betonmatrix werden diese gesundheitsrelevanten Feinstäube fixiert und eliminieren das Expositionsrisiko für Verarbeitungspersonal sowie Endanwender. Gleichzeitig reduziert der GGBS-Einsatz als Zementersatz den CO2-Fußabdruck signifikant, da die Zementherstellung für etwa 8% der weltweiten CO2-Emissionen verantwortlich zeichnet. Der Dual-Ansatz adressiert somit zwei drängende Umwelt- und Gesundheitsthemen gleichermaßen und trägt zur Kreislaufwirtschaft im Bauwesen bei.

Die Substitution leistet einen doppelt wirksamen Beitrag: Deponieentlastung durch Granitabfallverwertung und Emissionsreduktion durch geringeren Zementverbrauch.
TRL 5: Technologie im Labor validiert

Materialverfügbarkeit und Bezugsquellen in Deutschland

Für die praktische Umsetzung im Maurerhandwerk ist die Materialverfügbarkeit ein entscheidender Faktor. GGBS (Hüttensandmehl) wird in Deutschland über etablierte Lieferketten angeboten und ist bundesweit verfügbar. Wichtige Bezugsquellen umfassen die Deutsche Hüttensand-Gemeinschaft (DHG) als Branchenverband sowie Großhändler wie Dyckerhoff, HeidelbergCement und Holcim. Der Hüttensand fällt als Nebenprodukt bei der Stahlerzeugung in integrierten Hüttenwerken an, darunter ThyssenKrupp Steel (Duisburg) und Salzgitter AG. Recycelter Granitabfall ist regional über Natursteinwerke, Steinbruchbetriebe und Recyclinghöfe für Baustoffe verfügbar. In Süddeutschland (Bayern, Baden-Württemberg) ist Granit aus lokalen Abbaugebieten wie dem Bayerischen Wald oder dem Schwarzwald besonders gut verfügbar. Bei der Wirtschaftlichkeitsbetrachtung sind Transportentfernungen und -kosten sowie mögliche Aufbereitungskosten für den Granitabfall zu berücksichtigen.

Beide Ersatzmaterialien sind in Deutschland über etablierte Lieferketten verfügbar – GGBS bundesweit über Baustoffhändler, Granitabfall regional über Natursteinbetriebe und Recyclinganlagen.

Transferpotenzial für Maurer

Die Forschungsergebnisse eröffnen für Maurerbetriebe konkrete Anwendungsmöglichkeiten in mehreren Bereichen:

  • Pflastersteinproduktion: Betriebe mit eigener Betonwarenproduktion können die Ersatzmaterialien unmittelbar einsetzen und Material- sowie Entsorgungskosten senken. Die Mischungsanpassung erfordert keine grundlegend neuen Verfahren.
  • Nachhaltigkeitszertifizierung: Der nachweisbare Einsatz von industriellen Nebenprodukten und Recyclaten unterstützt Zertifizierungen nach BNB (Bewertungssystem Nachhaltiges Bauen), DGNB oder dem QNG-Siegel (Qualitätssiegel Nachhaltiges Gebäude).
  • Regionale Wertschöpfung: Die Nutzung lokaler Granitabfälle stärkt regionale Wirtschaftskreisläufe und mindert Transportemissionen durch kürzere Lieferwege.
  • Wettbewerbsvorteil: Ökologisch optimierte Betonwaren können bei öffentlichen und nachhaltigkeitsorientierten Ausschreibungen als differenzierendes Merkmal positioniert werden.

Für die vollständige Praxisreife (Übergang von TRL 5 auf TRL 6-7) sind folgende Schritte erforderlich: Validierung der Dauerhaftigkeitseigenschaften (Frost-Taumittel-Widerstand nach DIN EN 1338, Abriebfestigkeit), großtechnische Probefahrten in realer Produktionsumgebung, Langzeitbeobachtung unter tatsächlichen Nutzungsbedingungen sowie die normgerechte Dokumentation und Abstimmung mit den einschlägigen Regelwerken (DIN EN 1338, DIN EN 206). Eine enge Kooperation mit anerkannten Materialprüfstellen (z.B. MPA Stuttgart, MPA Berlin-Brandenburg) wird ausdrücklich empfohlen.

Fazit

Die Studie belegt erfolgreich, dass ein synergetischer Ersatz von 20% Zement durch GGBS und 20% Gesteinskörnung durch Granitabfall technisch funktionsfähige M35-Betonpflastersteine mit vergleichbarer mechanischer Leistung erzeugt. Für das Maurerhandwerk eröffnet sich ein nachhaltiger Produktionsansatz, der ökologische Verantwortung mit bautechnischer Qualität verbindet. Die Materialien sind über etablierte Bezugsquellen verfügbar. Der entscheidende nächste Schritt ist die Validierung in realen Produktionsumgebungen sowie die normkonforme Prüfung der Dauerhaftigkeitseigenschaften. Maurerbetriebe können bei der praxisnahen Erprobung initiieren und eine aktive Rolle in der bauwirtschaftlichen Kreislaufwirtschaft übernehmen.

Quellen

  • Primär: Synergistic Performance of Ground Granulated Blast Furnace Slag and Recycled Granite Waste in Sustainable M35 Concrete Paving Composites. https://doi.org/10.34218/ijse_08_01_003
  • Normen: DIN EN 1338:2003 – Betonpflastersteine – Anforderungen und Prüfverfahren
  • Normen: DIN EN 206:2021 – Beton – Festlegung, Eigenschaften, Herstellung und Konformität
  • Branchenquelle: Deutsche Hüttensand-Gemeinschaft (DHG) – Informationen zu Bezugsquellen und Anwendungen