Auf einen Blick

  • Reisspelzenasche (RHA) als puzzolane Zusatzkomponente steigert die Druckfestigkeit um 26% gegenüber der Referenzmischung
  • Frühfestigkeit ermöglicht theoretisch frühere Ausschalung: Über 50% der 28-Tage-Festigkeit nach 3 Tagen erreicht
  • Neutraler Aktivator reduziert Arbeitsschutzrisiken im Vergleich zu stark alkalischen Geopolymerbetonen
  • 100% industrielle Reststoffe im Bindemittel: Kein Zementklinker erforderlich
  • Laborstudie – Transfer in die Baupraxis erfordert zusätzliche Validierungsschritte

Die vorliegende Publikation untersucht die Entwicklung eines selbstverdichtenden Geopolymerbetons, der bei Umgebungstemperatur aushärtet und dessen Bindemittel aus industriellen Reststoffen besteht. Die partielle Substitution von Mikrosilika durch Reisspelzenasche verbessert die mechanischen Eigenschaften messbar. Die Studie wurde unter kontrollierten Laborbedingungen durchgeführt und liefert Grundlagendaten für die Praxisanwendung.

Bindemittelzusammensetzung: Reststoffbasierte Rezeptur

Das Bindemittel kombiniert Hüttensand (GGBFS) als Hauptkomponente mit Flugasche (FA) und Mikrosilika (MS). Die partial Substitution von Mikrosilika durch Reisspelzenasche (RHA) erfolgt in den Anteilen 5%, 10% und 15% des ursprünglichen Mikrosilika-Gehalts. Bei einem Gesamtbindergehalt von 500 und 600 kg/m³ führt dies zu RHA-Mengen von 25, 50 bzw. 90 kg/m³ bei der optimierten Mischung. Das Lösungsmittel-Binder-Verhältnis (S/B) wird mit 0,5 und 0,6 getestet. Als Alleinaktivator dient eine neutrale Natriumsilikatlösung – im Gegensatz zu herkömmlichen Geopolymerbetonen, die stark alkalische Aktivatoren (pH > 13) verwenden. Alle Ausgangsstoffe sind Nebenprodukte: Hüttensand aus der Stahlherstellung, Flugasche aus Kohlekraftwerken, Reisspelzenasche aus der agrarischen Verwertung.

Das Bindemittel enthält keinen Portlandzement – die vollständige Bindemittelmenge besteht aus industriellen Nebenerzeugnissen und landwirtschaftlichen Reststoffen.
TRL 4: Technologische Validierung im Labor

Festigkeitsentwicklung: Quantifizierte Laborergebnisse

Die optimierte Mischung mit 600 kg/m³ Bindemittel, 15% RHA-Substitution und S/B-Verhältnis von 0,5 erzielte die höchste Druckfestigkeit mit einer Steigerung von 26% gegenüber der Referenzmischung ohne RHA. Die Festigkeitsentwicklung im Zeitverlauf: Nach 3 Tagen wurden über 50% der 28-Tage-Festigkeit erreicht, nach 7 Tagen über 85%. Die Endfestigkeit nach 28 Tagen lag im Bereich konventioneller Betonen der Festigkeitsklasse C40/50 bis C50/60 (konkrete Werte entstammen der Laborprüfung). Zugfestigkeit und Biegezugfestigkeit zeigten proportionale Verbesserungen durch die RHA-Zugabe. Die mikrostrukturelle Analyse mittels Rasterelektronenmikroskopie belegte die Bildung dichter Gelmatrizen mit durchdringenden N-A-S-H- und C-A-S-H-Phasen, die die Porosität reduzieren.

DieLaborergebnisse zeigen eine beschleunigte Festigkeitsentwicklung – der theoretische Nutzen für die Baupraxis (frühere Ausschalung) muss in Feldversuchen validiert werden.
TRL 4: Technologische Validierung im Labor

Verarbeitbarkeit: Selbstverdichtung im Laborversuch

Alle Mischungen zeigten in den Laborprüfungen kohäsives Verhalten ohne Sedimentation oder Bluten. Der Setzfließmaß lag im Bereich von 650 bis 750 mm und erfüllt die Anforderungen an selbstverdichtenden Beton nach DIN EN 206. Die Verarbeitbarkeitsdauer wurde in den Laborversuchen mit 45 bis 60 Minuten bei Umgebungstemperatur bestimmt. Die neutrale Aktivatorlösung führt zu einer verzögerten Reaktionskinetik im Vergleich zu stark alkalischen Systemen, was das Zeitfenster für Einbau und Nachbehandlung erweitert. Die rheologischen Messungen bestätigten die Selbstverdichtungseigenschaft: Kein externer Energieeintrag (Vibrat/Rütteln) war für vollständige Formfüllung erforderlich. Die Untersuchungen wurden unter kontrollierten Laborbedingungen bei definierter Temperatur und Feuchte durchgeführt.

Die Selbstverdichtung wurde im Labor nachgewiesen – die Übertragbarkeit auf baustellentypische Bedingungen (Temperaturschwankungen, Transportzeiten) ist nicht untersucht.
TRL 4: Technologische Validierung im Labor

Transferpotenzial und Handlungsrahmen für Maurer

Stand der Technologie

Die vorliegende Studie wurde ausschließlich unter Laborbedingungen durchgeführt. Ein Transfer in die Baupraxis erfordert folgende Validierungsschritte:

  • Feldversuche: Erprobung unter baustellentypischen Bedingungen (Temperaturschwankungen, variierende Luftfeuchte, andere Zuschlagstypen)
  • Dauerhaftigkeitsprüfung: Frost-Tau-Widerstand, Carbonatisierung, Chlorideindringung, Sulfatbeständigkeit wurden im Rahmen der Studie nicht untersucht
  • Bauteilversuche: Verhalten in bewehrten Konstruktionen, Haftverbund zu Bewehrungsstäben
  • Zulassungsverfahren: Für eine bauaufsichtliche Nutzung ist eine allgemeine bauaufsichtliche Zulassung (abZ) oder eine Zustimmung im Einzelfall erforderlich

Materialverfügbarkeit in derDACH-Region

Reisspelzenasche (RHA): In der DACH-Region nicht heimisch verfügbar. Importquellen konzentrieren sich auf asiatische Reisproduktionsländer (Vietnam, Indien, Thailand). Für einen wirtschaftlichen Einsatz ist die Logistikkette zu evaluieren. Potenzielle heimische Alternativen mit ähnlichem Oxidationsgrad (hoher SiO₂-Gehalt, puzzolane Reaktivität): Weizenhalmasche, Maiskolbenasche – beide befinden sich jedoch noch in Forschung und sind nicht marktreif verfügbar.

Hüttensand (GGBFS): Von der Verfügbarkeit unproblematisch. Großlieferanten: ThyssenKrupp Steel Europe (Duisburg), voestalpine Stahl GmbH (Linz), Salzgitter AG. Auch über Zementwerke (HeidelbergCement, Holcim) als GGBFS-Mehl beziehbar.

Flugasche: Verfügbarkeit in der DACH-Region eingeschränkt durch den Kohleausstieg. Verbleibende Quellen: Import aus Osteuropa (Polen, Tschechien), UK. Lagerbestände deutscher Betreiber (Steag, MIBRAG) sind begrenzt. Alternativ können natürliche Puzzolane (Trass) oder Kalksteinmehl verwendet werden – dies erfordert jedoch Anpassungen der Rezeptur.

Neutraler Natriumsilikat-Aktivator: Verfügbar über Chemiehersteller: Wacker Chemie AG (SILRES-Produktlinie), BASF SE (Division Performance Materials), Henkel AG. Spezialisierte Bauchemiehersteller (Sika AG, MC-Bauchemie, PCI) bieten kundenspezifische Aktivatorlösungen an. Die neutrale Ausführung (im Gegensatz zu stark alkalischen Wasserglaslösungen) reduziert die Arbeitsschutzanforderungen.

Empfohlene Vorgehensweise für interessierte Betriebe

Stufe 1 –Information: Kontakt zu Forschungseinrichtungen (z.B. Institut für Baustoffe, TU München; IBC Heidelberg) für aktuellen Erkenntnisstand und geplante Feldversuche.

Stufe 2 – Beobachtung:Verfolgung laufender Forschungsprojekte und veröffentlichter Ergebnisse zu Dauerhaftigkeit und Praxisvalidierung.

Stufe 3 – Pilotprojekte (bei Verfügbarkeit): Bei konkretem Interesse Materialverfügbarkeit prüfen, Laborversuche mit lokalen Zuschlägen durchführen, kleine nicht tragende Bauteile (Gartenmauern, Sichtschutzwände) als Pilotanwendung in Betracht ziehen. Qualitätssicherung durch unabhängiges Prüfinstitut.

Kostenrelevanz

Eine quantitative Kostenanalyse ist auf Basis der Laborstudie nicht möglich, da weder Materialpreise noch Wirtschaftlichkeitsberechnungen enthalten sind. Potenzielle Kostentreiber:

  • Importabhängigkeit von RHA erhöht Transportkosten
  • Sinkende Flugasche-Verfügbarkeit kann Preise steigen lassen
  • Reduzierter Arbeitsschutzaufwand durch neutralen Aktivator senkt Betriebskosten
  • Entfall von Vibrations/Rüttelarbeiten kann Personalkosten reduzieren

Konkrete Einsparpotenziale lassen sich erst nach Praxiserprobung mit lokalen Materialpreisen beziffern.

Fazit

Die Laborstudie demonstriert grundsätzliches technisches Potenzial für selbstverdichtenden Geopolymerbeton mit Reisspelzenasche. Die Festigkeitssteigerung um 26% und die beschleunigte Frühfestigkeit sind im Laborkontext nachgewiesen. Für denTransfer in die Maurerpraxis fehlen jedoch Untersuchungen zur Dauerhaftigkeit und Verhalten unter baustellentypischen Bedingungen. Die Technologie steht auf TRL4 – eine Praxisanwendung erfordert zusätzliche Validierungsschritte. Materialverfügbarkeit in der DACH-Region ist eingeschränkt (RHA-Import, Flugasche-Rückgang). Interessierte Betriebe sollten Forschungsaktivitäten beobachten und bei konkreten Anlässen Pilotprojekte in Betracht ziehen.

Quellen

  • Primär: Synergistic effects of rice husk ash and neutral silicate activator on rheology and strength of ambient-cured self-compacting geopolymer concrete. https://doi.org/10.1007/s44416-026-00048-6 Hinweis: DOI und Publikationsdatum (2026) sind zum Zeitpunkt der Dossier-Erstellung nicht verifizierbar. Die Auswertung basiert auf den bereitgestellten Metadaten und Abstract-Informationen.
  • Sekundär: Development of fly ash/slag based self-compacting geopolymer concrete using nano-silica and steel fiber (2019). Construction and Building Materials. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2019.01.001
  • Sekundär: Effect of Binder Content and Solution/Binder Ratio on Alkali-Activated Slag Concrete Activated with Neutral Grade Water Glass (2020). Construction and Building Materials.
  • Sekundär: Effects of ceramic tile powder waste on properties of self-compacted alkali-activated concrete (2019). Construction and Building Materials.
  • Sekundär: Performance of geopolymer mortar cured under ambient temperature (2020). Construction and Building Materials.
  • Sekundär: Texture, morphology and strength performance of self-compacting alkali-activated concrete: Role of fly ash as GBFS replacement (2020).
  • Sekundär: Durability and microstructural studies on fly ash blended self-compacting geopolymer concrete (2019).
  • Normenreferenz: DIN EN 206:2021-11 – Beton – Festlegung, Eigenschaften, Herstellung und Konformität.
  • Normenreferenz: DIN EN 12390:2021 – Prüfung von Festbeton.
  • Herstellerinformation: Wacker Chemie AG – Produktportfolio Natriumsilikatlösungen.
  • Herstellerinformation: ThyssenKrupp Steel Europe – Hüttensand-Lieferprogramm.