Einfluss des Klimas auf die Haltbarkeit von CO₂-armem Beton
Forschende der ETH Zürich haben anhand von Wetterdaten untersucht, wie Feuchtigkeit die Lebensdauer von Stahlbeton beeinflusst. Dabei zeigte sich, dass Beton je nach Standort und klimatischen Bedingungen stark unterschiedliche Haltbarkeiten aufweist, obwohl diese Standorte nach aktuellen Normen identisch klassifiziert werden. Dieses Modell ermöglicht eine realistischere Einschätzung der Betonlebensdauer und könnte den Einsatz von CO₂-reduziertem Beton im Bauwesen erleichtern.
Hintergrund und Bedeutung von CO₂-armem Beton
Beton ist ein zentraler Baustoff in der modernen Infrastruktur. Die Produktion des darin enthaltenen Zements verursacht weltweit erhebliche CO₂-Emissionen, die den Klimawandel vorantreiben. Die Entwicklung von Zementen mit reduziertem CO₂-Ausstoß stellt daher einen wichtigen Beitrag zu nachhaltigem Bauen dar.
Allerdings karbonatisiert CO₂-armer Beton häufig schneller als herkömmlicher Beton. Dabei dringt Kohlendioxid aus der Luft in den Beton ein und verändert seine chemische Zusammensetzung, was zu Korrosion des im Beton eingebetteten Stahls führen kann. Da der Stahl maßgeblich für die Tragfähigkeit verantwortlich ist, gilt es, dessen Schutz sicherzustellen.
Limitationen aktueller Bau-Normen
Die derzeitigen Normen fokussieren darauf, den Stahl möglichst lange vor Korrosion zu bewahren. Dieser Ansatz benachteiligt jedoch moderne, ökologische Betonarten gegenüber traditionellen Varianten und erschwert deren praktische Anwendung. Laut Cristhiana Albert vom Institut für Baustoffe der ETH Zürich ist entscheidend, wie schnell der Stahl tatsächlich korrodiert, anstatt nur den Schutzzeitraum zu betrachten.
Untersuchung an vier verschiedenen Standorten
Die Studie analysierte drei Betonmischungen an den Standorten Zürich, Bergen, Manaus und Huailai mit unterschiedlichen klimatischen Bedingungen. Mithilfe detaillierter Wetterdaten wurde ein Modell entwickelt, das die Feuchtigkeitsschwankungen im Beton über die Zeit abbildet und somit die Korrosionsgeschwindigkeit des Stahls prognostiziert.
Ueli Angst, Professor für Dauerhaftigkeit von Werkstoffen an der ETH Zürich, betont: „Das Klima hat einen deutlich größeren Einfluss als erwartet. Derselbe Beton verhält sich in verschiedenen Klimazonen völlig unterschiedlich.“ Dennoch klassifizieren europäische Normen alle vier Orte in die gleiche Kategorie „wechselnd nass und trocken“.
Feuchtigkeit als entscheidender Faktor
Die Feuchtigkeit im Beton bestimmt maßgeblich die Korrosionsrate des Stahls. In feuchtem Zustand kann die Korrosion bis zu hundertmal schneller verlaufen als in trockenen Phasen. Die Zusammensetzung der Betonmischungen spielt im Vergleich eine geringere Rolle.
Besonders auffällig ist der Unterschied zwischen Bergen und Manaus: Trotz ähnlicher jährlicher Niederschlagsmengen von etwa 2500 Millimetern variiert die Korrosionsgeschwindigkeit deutlich. Dies liegt daran, dass Beton Wasser schnell aufnimmt, jedoch nur langsam wieder austrocknet. Die Abfolge von Regen- und Trockenperioden ist daher entscheidend.
Bewertung von CO₂-armem Beton
Die Ergebnisse zeigen nicht, dass CO₂-armer Beton generell eine geringere Lebensdauer oder Sicherheit aufweist. In Bezug auf die Festigkeit ist er mit herkömmlichem Beton vergleichbar. Allerdings verliert er seinen natürlichen Schutz für den Stahl schneller. Solange der Beton nicht dauerhaft feucht bleibt, korrodiert der Stahl danach nur sehr langsam.
Cristhiana Albert fordert eine differenziertere Betrachtung: „Wir müssen besser verstehen, wie klimafreundliche Betonarten unter verschiedenen Witterungsbedingungen langfristig reagieren.“ Statt einheitlicher Lösungen sollten Standortfaktoren stärker berücksichtigt werden. In besonders feuchten Regionen könnten zusätzliche Maßnahmen zur Wasserabdichtung erforderlich sein.
Auswirkungen auf Normen und Prüfverfahren
Der neue Ansatz könnte bestehende Barrieren für CO₂-reduzierte Baustoffe abbauen. Viele aktuelle Prüfverfahren basieren auf herkömmlichen Zementen und berücksichtigen nicht ausreichend die spezifischen Eigenschaften klimafreundlicher Betone. Ueli Angst warnt: „Die geltenden Normen könnten zum Hemmnis für innovative und umweltfreundlichere Materialien werden.“
Weiterentwicklung und praktische Anwendung
Derzeit ist das entwickelte Modell noch nicht unmittelbar für die Planungspraxis geeignet, da die Berechnungen komplex sind und an realen Bauwerken validiert werden müssen. Ziel der Forschenden ist die Entwicklung einer vereinfachten Methode, die eine schnellere Bewertung neuer Betonarten ohne jahrelange Erfahrungswerte ermöglicht.
Angesichts des Klimawandels ist diese Entwicklung besonders relevant, da sich die Häufigkeit und Dauer von Niederschlags- und Trockenperioden verändern könnten. Ein „Klimatest“ für Beton könnte künftig aufzeigen, welcher CO₂-arme Beton an welchem Standort langfristig geeignet ist.
Kontakt für wissenschaftliche Rückfragen
- Prof. Dr. Ueli Angst, ETH Zürich
- E-Mail: ueli.angst@ifb.baug.ethz.ch
- Telefon: +41 44 633 40 24
Originalpublikation
Albert C, Schmid T, Zhang Z, Angst U. „Rethinking Concrete Durability for Low-Carbon Concretes through Climate-Informed Corrosion Modelling“, Nature Communications, 21. August 2026, DOI: 10.1038/s41467-026-76916-3
Weiterführende Informationen
https://ethz.ch/de/news-und-veranstaltungen/eth-news/news/2026/09/co2-armer-beton-im-klimatest.html
