Häuser, Brücken, Parkhäuser und Tunnel bestehen fast überall aus demselben Material, und in fast allen steckt Stahl, der irgendwann zu rosten beginnt. Wie schnell das passiert, hängt einer neuen Untersuchung zufolge weit weniger von der Betonmischung ab als vom Wetter am Standort. Der Unterschied fällt dabei drastischer aus als erwartet, denn nasser Beton beschleunigt den Rost um das bis zu Hundertfache.
Beton ist der meistverbaute Werkstoff der Welt, und sein Klimaproblem steckt im Zement. Dessen Herstellung setzt gewaltige Mengen Kohlendioxid frei, weshalb weltweit an Rezepturen gearbeitet wird, die mit weniger oder ganz ohne klassischen Zementklinker auskommen. Diese klimafreundlicheren Varianten haben allerdings eine unangenehme Eigenschaft: Sie karbonatisieren schneller. Gemeint ist damit ein chemischer Vorgang, bei dem Kohlendioxid aus der Luft in den Beton eindringt und dessen Zusammensetzung verändert. Frischer Beton ist stark alkalisch, und genau diese Alkalität legt einen unsichtbaren Schutzfilm um die Stahlbewehrung im Inneren. Verschwindet sie, verliert der Stahl seinen chemischen Schutz und kann zu rosten beginnen. Rostender Stahl dehnt sich aus, sprengt den umgebenden Beton ab und schwächt das Bauwerk.
Die heutigen Bau-Normen setzen deshalb darauf, diese erste Phase möglichst lange hinauszuzögern. Genau daran stören sich Forscher des Instituts für Baustoffe an der ETH Zürich. Ihr Einwand: Der Zeitpunkt, an dem der Schutz endet, sagt allein noch nichts darüber aus, wie schnell danach tatsächlich Schaden entsteht. Entscheidend sei vielmehr die zweite Phase, also das Tempo, mit dem der Stahl anschließend rostet. Weil die Normen darauf kaum eingehen, geraten ökologische Betonsorten systematisch ins Hintertreffen, obwohl sie in der Festigkeit mit herkömmlichem Beton mithalten können.
Um die zweite Phase zu erfassen, untersuchte das Team um die Doktorandin Cristhiana Albert, den Doktoranden Thilo Schmid und den Professor für Dauerhaftigkeit von Werkstoffen Ueli Angst drei Betonmischungen an vier Orten mit sehr unterschiedlichem Klima: Zürich, Bergen in Norwegen, Manaus in Brasilien und Huailai in China. Detaillierte Wetterdaten flossen in ein Modell ein, das die zeitlichen Schwankungen der Feuchtigkeit im Beton abbildet und daraus die Rostgeschwindigkeit ableitet. Das Ergebnis stellt eine gängige Annahme auf den Kopf, wie die ETH Zürich berichtet: Ist der Beton nass, läuft der Rostvorgang bis zu hundertmal schneller ab als im trockenen Zustand. Die Zusammensetzung der Mischung machte dagegen einen deutlich kleineren Unterschied.
Besonders anschaulich wird das beim Vergleich von Bergen und Manaus. An beiden Orten fallen jährlich rund 2.500 Millimeter Niederschlag, in Deutschland liegt der Durchschnitt bei etwa einem Drittel davon. Trotz identischer Regenmenge rostet der Stahl in den Berechnungen unterschiedlich schnell. Der Grund liegt in einer Eigenschaft, die jeder kennt, der schon einmal eine nasse Terrasse betrachtet hat: Beton saugt Wasser schnell auf, gibt es aber nur langsam wieder ab. Entscheidend ist deshalb der Rhythmus, in dem sich Regen- und Trockenphasen abwechseln. Fällt der Regen in kurzen Abständen, bleibt das Material dauerhaft feucht, während dieselbe Wassermenge in wenigen heftigen Schauern mit langen Trockenphasen dazwischen weit weniger Schaden anrichtet.
Aus den Modellrechnungen ergibt sich eine Spanne, die für die Baupraxis erhebliche Folgen hat: Bestimmte der untersuchten CO2-armen Betonsorten halten je nach Standort 50 Jahre oder länger, unter anderen Bedingungen nehmen sie früher Schaden, wie die Studie in der Fachzeitschrift Nature Communications darlegt. Bemerkenswert ist dabei ein Detail der geltenden Regelwerke: Die europäischen Normen ordnen alle vier untersuchten Standorte derselben Kategorie zu, nämlich wechselnd nass und trocken. Zürich, Bergen, Manaus und Huailai gelten dort also als vergleichbar, obwohl sich der Stahl im selben Beton völlig unterschiedlich verhält. Angst nennt diesen Befund die größte Überraschung der Arbeit.
Die praktische Bedeutung reicht weit über Fachkreise hinaus. Wer ein Haus besitzt, eine Tiefgarage nutzt oder täglich über eine Brücke fährt, ist von der Lebensdauer dieses Materials unmittelbar betroffen, denn Sanierungen von Stahlbeton gehören zu den teuersten Posten der Bauunterhaltung. Aus der Untersuchung folgt, dass es künftig nicht mehr eine einzige richtige Betonsorte geben wird, sondern eine standortabhängige Wahl. In besonders feuchten Lagen könnten zusätzliche Maßnahmen nötig werden, die das Eindringen von Wasser verringern, etwa Beschichtungen oder konstruktive Details, die Wasser rasch ableiten. In trockeneren Regionen ließen sich dagegen klimafreundlichere Rezepturen ohne Nachteile einsetzen. Wie viel Aufmerksamkeit die Haltbarkeit von Baustoffen inzwischen erhält, zeigt auch die Debatte um langlebige Baustoffe als Beitrag zur Ressourcenschonung.
Für den Planungsalltag taugt der Ansatz bislang nicht, und die Forscher sagen das deutlich. Die Berechnungen sind aufwendig, und sie müssen an realen Bauwerken überprüft werden, bevor sie in Normen einfließen können. Langfristig will das Team ein einfacheres Verfahren entwickeln, mit dem sich neue Betonsorten beurteilen lassen, ohne jahrzehntelang auf Erfahrungswerte aus fertigen Bauwerken zu warten. Genau darin liegt das Grundproblem des Bauwesens: Ein Material, das hundert Jahre halten soll, lässt sich schlecht in fünf Jahren testen. Hinzu kommt der Klimawandel, denn wenn sich Häufigkeit und Dauer von Regen- und Trockenphasen verschieben, ändert sich auch das Tempo, mit dem der Stahl im Beton rostet. Ein Bauwerk, das heute an einem geeigneten Standort steht, kann in einigen Jahrzehnten unter anderen Bedingungen stehen.
Die vielleicht wichtigste Botschaft der Arbeit betrifft nicht den Beton, sondern die Regeln. Viele der heute üblichen Prüfverfahren wurden für klassische Zemente entwickelt und werden den Eigenschaften neuer Materialien zunehmend nicht mehr gerecht. Damit werden ausgerechnet jene Baustoffe benachteiligt, die den Kohlendioxid-Ausstoß der Branche senken sollen, obwohl sie in der Praxis womöglich lange genug halten. Ähnliche Entwicklungen kennt die Werkstoffforschung auch anderswo, etwa wenn eine neue Legierung die zehnfache Festigkeit von Stahl erreicht und dennoch Jahre bis zur Zulassung braucht. Der vorgeschlagene Klimatest wäre ein Weg, diese Hürde abzubauen, indem er zeigt, welcher Beton an welchem Ort tatsächlich taugt.
Nature Communications, Rethinking Concrete Durability for Low-Carbon Concretes through Climate-Informed Corrosion Modelling; doi:10.1038/s41467-026-76916-3