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Abgeschlossenes Projekt: Energiearmer Beton
Das Projekt entwickelte einen neuen Zement und völlig neuartige Betonlösungen. Damit lässt sich die graue Energie in Gebäuden drastisch reduzieren.
Weltweit ist der Gebäudebereich für etwa 40 % des Energieverbrauchs verantwortlich, und in der Regel entfällt der grösste Teil davon auf den Betrieb. Durch kontinuierliche Verbesserungen der Energieeffizienz der Gebäude verringert sich der Anteil der Betriebsenergie jedoch stetig, womit die Relevanz der grauen Energie in den Baustoffen steigt. Der Standard der 2000-Watt-Gesellschaft für nachhaltige Gebäude sieht eine Verteilung der Energie neuer Gebäude von 70 % für die Bauausführung und 30 % für den Betrieb vor. In der Schweiz ist Beton immer noch der meistverwendete Baustoff und die Reduktion der grauen Energie und der Kohlendioxidemissionen ist ein vordringliches Ziel, um die Energiewende voranzutreiben.
Das Ziel des Verbundprojekts unter der Leitung von Prof. Guillaume Habert vom Institut für Bau- und Infrastrukturmanagement der ETH Zürich war es, die Umweltauswirkungen von Baustoffen und namentlich von Betonstrukturen zu reduzieren. Die durch die Zementherstellung verursachten Emissionen lassen sich weiter senken, wenn der Anteil von Klinkerersatz erhöht wird. Begrenzt wird dies allerdings durch den Verlust mechanischer Festigkeit und das erhöhte Risiko der Korrosion des Bewehrungsstahls. Daher sollte mit diesem Projekt einerseits der Klinkeranteil auf Materialebene ohne Einbussen bei der Frühfestigkeit reduziert werden und andererseits strukturelle Lösungen entwickelt werden, die Stahl durch nicht-eisenhaltige Materialien ersetzen.
Resultate
Auf Materialebene wurde ein neues ternäres Gemisch mit Zement entwickelt, bei dem der Klinker-Anteil ohne Einbusse der Frühfestigkeit um bis zu 65 % reduziert werden konnte. Auf struktureller Ebene wurden neue Betonlösungen mit nicht-metallischen Verstärkungen entwickelt und getestet, um Probleme mit der Alterungsbeständigkeit zu vermeiden. Die Ergebnisse zeigten, dass es möglich ist, die Emissionen um bis zu 50 % zu senken, indem ein hoher Anteil des Zements mit Zementersatzstoffen (supplementary cementitious materials, SCM) substituiert wird. Auf struktureller Ebene lassen sich bis zu 80 % der Kohlendioxidemissionen durch Materialoptimierung und strukturelle Hybridisierung vermeiden.