Umfassende Bewertung der Umweltleistung und Haltbarkeit von mit Biokohle angereichertem Beton

Um globale Kohlenstoffneutralität zu erreichen, konzentriert sich die Bauindustrie zunehmend auf die Reduzierung des CO2-Fußabdrucks von zementbasierten Materialien. Umfassende Bewertungen von mit Biokohle angereichertem Beton, die langfristige mechanische Leistung, Frost-Tau-Dauerhaftigkeit und Umweltauswirkungen integrieren, sind jedoch noch begrenzt. Zur Lösung dieser Probleme präsentiert diese Studie eine umfassende experimentelle Bewertung von holzbasierter Biokohle als alternatives Zusatzstoffmaterial (ASCM) im Beton. Die physikalischen Eigenschaften der Biokohle wurden mittels Rasterelektronenmikroskopie (SEM), SEM-EDX und Brunauer–Emmett–Teller (BET)-Analysen untersucht, und die chemischen Eigenschaften wurden mittels XPS bewertet. Die Betonleistung wurde hinsichtlich mechanischer Eigenschaften (Druckfestigkeit, Biegefestigkeit und statisches Elastizitätsmodul), Frost-Tau-Dauerhaftigkeit mit quantitativer bildbasierter Oberflächenanalyse bewertet, und eine Lebenszyklusanalyse (LCA) wurde durchgeführt, um das Treibhauspotenzial (GWP) zu quantifizieren. Die Ergebnisse zeigen, dass Beton mit 5 % Biokohle die Zielentwurfskraft von 24 MPa erreichte, während ein Ersatz von 7 % zu einer Reduktion der Druckfestigkeit um bis zu 35,5 % im Vergleich zur reinen Mischung führte. Nach 300 Frost-Tau-Zyklen hielt die 5 % Biokohle-Mischung einen Dauerhaftigkeitsfaktor von 96,8 % aufrecht und reduzierte die Zunahme der Oberflächenskalierung und die Zunahme der Porenzahl um etwa 74 bzw. 72 % im Vergleich zum reinen Probestück. Die Ergebnisse der LCA zeigten, dass eine Erhöhung des Biokohle-Ersatzanteils das GWP reduzierte, mit einer Reduktion von bis zu 27,7 % bei 7 % Ersatz. Unter Berücksichtigung sowohl der mechanischen Leistung als auch der Umweltauswirkungen wurde ein Biokohle-Ersatzbereich von 3–5 % als optimal identifiziert. Diese Ergebnisse zeigen, dass holzbasierte Biokohle ein praktikables alternatives Zusatzstoffmaterial für nachhaltigen und kohlenstoffarmen Betonbau ist.