Der Bausektor steht angesichts des fortschreitenden Klimawandels und der zunehmenden Ressourcenverknappung vor einem grundlegenden Wandel. Gebäude und ihre Materialien verursachen einen erheblichen Anteil der globalen Treibhausgasemissionen sowie des Rohstoffverbrauchs. Vor diesem Hintergrund steigt der Bedarf an innovativen, nachhaltigen und zirkulären Baustoffen, die sowohl den ökologischen Fußabdruck reduzieren als auch eine hochwertige, langlebige Bauweise ermöglichen. Insbesondere im Bereich der Bodenaufbauten eröffnet die Entwicklung neuer materialeffizienter Lösungen ein großes Potenzial, um den Klima- und Ressourcenschutzzielen gerecht zu werden.

Konventionelle Fußbodenaufbauten bestehen heute überwiegend aus mehrschichtigen Estrichsystemen, die eine auf der Rohdecke liegende Trennschicht, wärme- und trittschalldämmende Materialien auf Basis von Kunststoffen oder Holzfasern, einen Zement- bzw. Calciumsulfatestrich sowie einen abschließenden Bodenbelag umfassen. Insbesondere Nassestriche auf Zement- oder Anhydritbasis weisen mehrere technische und ökologische Nachteile auf: Sie bringen erhebliche Feuchtemengen in das Gebäude ein, erfordern lange Trocknungszeiten und sind daher nur eingeschränkt mit der modernen Holzbauweise kompatibel. Darüber hinaus sind sowohl ihre CO₂-Bilanz als auch jene der häufig eingesetzten polymerbasierten Dämm-, Trenn- und Belagsschichten ungünstig, wodurch der gesamte Bodenaufbau zu den ökologisch belastendsten Bauteilen im Hochbau zählt.

Trockenestrichsysteme stellen eine mögliche Alternative dar, sind jedoch oftmals mit Einschränkungen verbunden. Sie gelten als aufwändig in der Verarbeitung, weisen eine geringere mechanische Belastbarkeit auf, reagieren empfindlich auf Feuchtigkeit und sind nicht mit allen gängigen Fußbodenheizungssystemen kombinierbar. Zudem bestehen viele Trockenestrichelemente aus wenig nachhaltigen Materialien, was die Rückbau- und Recyclingfähigkeit deutlich limitiert.

Historisch wurden neben dem heute allgegenwärtigen Zement etliche weitere mineralische Bindemittel eingesetzt, die aufgrund fehlerhafter Rezepturen, unsachgemäßer Ausführung und des erforderlichen Spezialwissens weitgehend vom Markt verdrängt wurden. Vor dem Hintergrund des stark zunehmenden Anteils an Projekten in Holzbauweise, wo Zementestrich nicht nur nicht nachhaltig ist, sondern als Stilbruch gesehen wird, eröffnet sich jedoch das Potenzial für eine Renaissance dieser Baustoffe. Die Weiterentwicklung und Modernisierung von nicht-zementären Estrichsystemen stellt daher einen vielversprechenden Ansatz dar, ökologische und bauphysikalische Defizite bestehender Bodenaufbauten zu adressieren.

Ziel des Projekts war die Entwicklung eines vollständig recycelbaren Fußbodenaufbaus sowohl in Form einer lose einbringbaren Schüttmasse als auch als additiv gefertigtes Systemelement. Durch den Einsatz mineralischer Low-Carbon-Binder und biogener Reststoffe wurden neuartige, ökologische und zugleich kostengünstige Produkte geschaffen, die konventionelle Zementestriche hinsichtlich Umweltwirkung, Ressourcenschonung und Wirtschaftlichkeit übertreffen können. Die entwickelten Lösungen ermöglichen eine deutliche Reduktion des Material- und Energieeinsatzes, nutzen Abfallströme und tragen durch ihre Kreislauffähigkeit zur Minimierung des ökologischen Fußabdrucks im Hochbau bei. Gleichzeitig wurden die Produkte so ausgelegt, dass sie breit einsetzbar sind und nachhaltiges Bauen einer größeren Bevölkerungsgruppe zugänglich machen. Durch natürliche Baustoffe, verbesserte Innenraumqualitäten und materialeffiziente Fertigungsmethoden kann zudem der Lebensstandard in urbanen Gebäuden erhöht werden.

Die methodische Umsetzung umfasste zunächst die systematische Analyse und Bewertung der industriellen Verarbeitbarkeit der neu entwickelten Baustoffe – von der Rohstoffgewinnung über Lagerung und Mischung bis hin zur Verarbeitung im industriellen Maßstab. Darauf aufbauend wurden mechanische Festigkeits- und Materialkennwerte ermittelt, um die Leistungsfähigkeit der Produkte zu charakterisieren und mit konventionellen Zementestrichen zu vergleichen. Parallel dazu erfolgte die ökologische Bewertung mittels Produktfußabdruck, um die Vorteile der Low-Carbon-Binder, der biogenen Reststoffe und der Wiederverwertbarkeit des Materials quantifizierbar zu machen. Eine kalkulierbare Kostenbasis wurde durch techno-ökonomische Analysen geschaffen. Für das Systemelement wurde zusätzlich die additive Fertigungstechnologie adaptiert und optimiert, um durch geometrische Anpassungen weitere Material- und Ressourceneinsparungen zu erzielen. Abschließend wurden Konzepte zur Kreislaufführung ausgearbeitet, um vollständige Rezyklierbarkeit und Wiederverwendbarkeit sicherzustellen.

Das Projekt lieferte wesentliche Erkenntnisse zur Entwicklung eines recyclingfähigen Estrichsystems und stärkte maßgeblich die technische Kompetenz des Projektteams. Die Untersuchungen bestätigten, dass sich der entwickelte Estrich grundsätzlich erfolgreich herstellen lässt und die erforderlichen normativen Prüfungen zum überwiegenden Teil erfüllt. Gleichzeitig zeigte sich, dass niedrige Verarbeitungstemperaturen die Festigkeitsentwicklung des Bindemittels beeinträchtigen – ein erwartbares, aber nun empirisch belegtes Verhalten, für das geeignete Gegenmaßnahmen definiert wurden. Die additive Fertigung erwies sich hingegen noch nicht als ausreichend leistungsfähig, um die notwendige Festigkeit für ein normgerechtes Systemelement zu erreichen; die daraus entwickelte Alternative zeigt jedoch, dass durch CNC-basierte Verfahren bereits praxistaugliche Lösungen möglich sind. Die gewonnenen Materialerkenntnisse, insbesondere zur guten Fräsbarkeit, ebnen den Weg für zukünftige Produktvarianten. Auf Basis der Projektergebnisse können nun Verkaufsunterlagen, ein systematisches Qualitätsmanagement und weiterführende technische Auswertungen erstellt werden. Darüber hinaus wurden wichtige Impulse für die Markteinführung gesetzt: Die dokumentierten Nachhaltigkeitsvorteile bilden ein starkes Alleinstellungsmerkmal, das sowohl für Endkund:innen als auch für Planer:innen und potenzielle Lizenznehmer:innen relevant ist. Zugleich wurden normative und regulatorische Herausforderungen identifiziert, insbesondere hinsichtlich alternativer biogener Füllstoffe, deren Einsatz weitere Entwicklungen in der Normung sowie zusätzliche Leistungsnachweise erfordert. Künftige Arbeiten werden sich daher sowohl auf die Weiterentwicklung des Endbelags als auch auf die Validierung der Materialeigenschaften für unterschiedliche Anwendungsfälle konzentrieren, um das Produktportfolio zu vervollständigen und die Marktreife weiter voranzutreiben.

Projektleitung

ParaStruct GmbH: Georg Breitenberger, Dr. Gregor Metzler

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