Eine von ecuadorianischen Forschern durchgeführte und im Journal „Construction and Building Materials“ veröffentlichte Studie bewertete die Leistungsfähigkeit von Beton, bei dem Reishülsenasche (RHA), zerkleinerter PET-Kunststoff und Altreifengummi als teilweiser Ersatz für Feingesteinskörnung verwendet wurden. Das Forscherteam testete systematisch Betonmischungen, bei denen die Feingesteinskörnung zu 2,5 %, 5 % und 10 % (Gewichtsanteil) ersetzt wurde, und verglich diese mit herkömmlichem Beton. Bewertet wurden unter anderem Setzmaß, Dichte, Luftgehalt, Druckfestigkeit, Spaltzugfestigkeit und Elastizitätsmodul.
Die Ergebnisse zeigten, dass Reishülsenasche die insgesamt beste Leistung erbrachte. Bei einer Substitutionsrate von 2,5 % verringerte sich die 28-Tage-Druckfestigkeit nur um 1,6 %. Rasterelektronenmikroskopische (REM) Analysen bestätigten eine verbesserte Verbindung in der Übergangszone (ITZ) zwischen Gesteinskörnung und Zementpaste. Die hervorragende Leistung der Reishülsenasche ist auf ihren hohen Siliziumdioxidgehalt und ihre puzzolanische Aktivität zurückzuführen. Aufgrund ihrer hohen Wasseraufnahme muss jedoch das Wasser-Zement-Verhältnis angepasst werden, um die Verarbeitbarkeit zu gewährleisten. Die Studie betrachtet eine Substitutionsrate von 5 % als technisch machbar.
Bei PET-Kunststoff sank die Druckfestigkeit bei einer Substitutionsrate von 2,5 % um etwa 10 % und die Zugfestigkeit um etwa 18 %. Aufgrund seiner Hydrophobie und fehlenden Reaktivität geht er keine chemische Bindung mit der Zementmatrix ein, behält aber ohne Anpassung des Wasser-Zement-Verhältnisses eine gute Verarbeitbarkeit. Der mechanische Verlust bei einer Substitutionsrate von 5 % wurde als akzeptabel für nicht-tragende oder weniger anspruchsvolle Anwendungen erachtet.
Bei Altreifengummi war der Rückgang der mechanischen Eigenschaften am stärksten ausgeprägt. Die REM-Aufnahmen zeigten eine weniger durchgängige Grenzfläche zur Zementpaste, der Leistungsverlust war jedoch bei Substitutionsraten von bis zu 5 % noch beherrschbar.
Statistische Analysen (Varianzanalyse und Tukey-Test) bestätigten, dass sowohl die Materialart als auch das Substitutionsniveau einen signifikanten Einfluss auf die mechanischen Eigenschaften hatten. Bei Substitutionsraten unter 5 % lagen die Rückgänge der Druck- und Zugfestigkeit in der Regel unter 25 %. Bei einer Substitutionsrate von 10 % war der Abfall der mechanischen Eigenschaften deutlicher, mit einem Rückgang des Elastizitätsmoduls um bis zu 34 %. Aus technischer Sicht stellt die Substitutionsrate von 5 % einen Gleichgewichtspunkt zwischen Nachhaltigkeit und struktureller Leistung dar.
Die thermogravimetrische Analyse (TGA) zeigte, dass Reishülsenasche stabilere thermische Eigenschaften aufweist, während PET und Gummi bei mittleren Substitutionsraten aufgrund ihrer Polymereigenschaften einen größeren Massenverlust aufwiesen. Die Qualität der Übergangszone wurde als entscheidender Faktor für die Leistungsfähigkeit identifiziert.
Im Hintergrund der Studie wird darauf hingewiesen, dass im Jahr 2023 weltweit etwa 2,3 Milliarden Tonnen Siedlungsabfälle anfielen, ein Wert, der bis 2050 voraussichtlich auf 3,8 Milliarden Tonnen ansteigen wird. Davon werden 35 % des PETs verbrannt, was jährlich etwa 534 Millionen Tonnen CO2-Äquivalent freisetzt. Die Bauindustrie ist für 40 % bis 50 % der weltweiten CO2-Emissionen verantwortlich, verbraucht fast 40 % der globalen Energie und 60 % der Rohstoffe, wobei der jährliche Sandbedarf bei 50 Milliarden Tonnen liegt.
Weitere Informationen: Autoren: Valeria Franco-Quiñonez et al., Titel: „Sustainable concrete with rice husk ash, PET and tire rubber as fine aggregate replacement“, veröffentlicht in: Construction and Building Materials (2025).