Das Bauwesen steht vor einem Dilemma: Beton verursacht enorme Mengen CO₂, doch die ökologischen Alternativen halten bisherigen Prüfverfahren nicht stand. Forscher der ETH Zürich haben jetzt einen Ansatz entwickelt, der diesen Widerspruch auflösen könnte – indem sie das Klima in ihre Berechnungen einbeziehen.

Beton mit klimafreundlicheren Zementen hat einen Nachteil: Er ist anfälliger für Karbonatisierung. Dabei dringt CO₂ aus der Luft in den Beton ein und verändert seine Struktur – der Stahl im Inneren beginnt zu rosten. Herkömmliche Baunormen zielen deshalb darauf ab, den Stahl möglichst lange vor dieser chemischen Veränderung zu bewahren. Doch diese Strategie benachteiligt nachhaltige Beton-Arten systematisch.

Entscheidend ist aber eine andere Frage, argumentieren die ETH-Forscher: Wie schnell rostet der Stahl tatsächlich, wenn diese Veränderungen einmal eingetreten sind? Und hier zeigt sich, dass die Feuchtigkeit der entscheidende Faktor ist – nicht das Material allein.

Das überraschende Klima-Phänomen

Um diesen Zusammenhang zu quantifizieren, untersuchten die Forscher drei Betonmischungen an vier Orten mit stark unterschiedlichen Klimabedingungen: Zürich, Bergen, Manaus und Huailai. Mit detaillierten Wetterdaten fütterten sie ein Modell, das zeigt, wie schnell der Stahl im Innern rostet – je nach Feuchtigkeitsmuster vor Ort.

Das Ergebnis überraschte selbst die Experten: Der Einfluss des Klimas ist deutlich größer als erwartet. Derselbe Beton kann in verschiedenen Klimazonen völlig unterschiedliche Haltbarkeit aufweisen – obwohl die europäischen Normen alle vier Standorte der gleichen Kategorie zuordnen.

Ein Beispiel verdeutlicht die Problematik: Bergen und Manaus verzeichnen beide etwa 2500 Millimeter Regen pro Jahr. Trotzdem rostet der Stahl in den Modellberechnungen an den beiden Orten unterschiedlich schnell. Der Grund liegt darin, dass Beton Wasser zwar schnell aufnimmt, aber nur langsam wieder abgibt. Nicht die Regenmenge zählt, sondern der Wechsel von nassen und trockenen Phasen.

Standort statt Einheitsstandard

Die Folgerung ist weitreichend: CO₂-arme Betonarten können je nach Standort 50 Jahre und länger halten – unter anderen Bedingungen aber früher Schaden nehmen. Das bedeutet allerdings nicht, dass solcher Beton grundsätzlich unsicherer ist. Bei der Druckfestigkeit kann er mit herkömmlichem Beton durchaus mithalten. In trockenen oder nicht dauerfeuchten Regionen rostet der Stahl auch nach Verlust des natürlichen Schutzes nur sehr langsam.

Die Forscher sehen darin einen Weg, den breiteren Einsatz von klimafreundlicheren Baustoffen zu fördern. Künftig müsse man stärker berücksichtigen, wo ein Bauwerk steht. In besonders feuchten Regionen könnten zusätzliche Maßnahmen zum Wasserschutz erforderlich sein. Eine universelle Lösung wird es nicht mehr geben.

Derzeit ist der Ansatz allerdings noch nicht praxisreif – die Berechnungen sind aufwendig und müssen an realen Objekten weiter validiert werden. Langfristig planen die Forscher, ein vereinfachtes Verfahren zu entwickeln, das Beurteilungen neuer Betonarten beschleunigt, ohne jahrzehntelang auf Erfahrungen mit bestehenden Bauwerken warten zu müssen. Ein solcher „Klimatest“ könnte zugleich eine Antwort auf den Klimawandel geben: Verändern sich Häufigkeit und Dauer von Regen- und Trockenphasen, ließe sich damit vorhersagen, welcher CO₂-arme Beton an welchem Ort langfristig geeignet ist.

Bild ganz oben: Wie lange Stahlbeton hält, hängt nicht nur vom Material ab, sondern auch vom Klima am Standort. Genau diesen Einfluss wollen ETH-Forschende künftig besser vorhersagen. Foto: Ueli Angst / ETH Zürich