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Organisationseinheit der BAM
Das Projektziel bestand in der Entwicklung eines Verfahrens zur Herstellung von leichter Gesteinskörnung für Beton und Mörtel aus ziegelhaltigen Bau- und Abbruchabfällen durch thermische Porosierung. Hierzu erfolgte nach einem mehrstufigen mechanischen Prozess eine thermische Stabilisierung der RC-Granulate (RCG). Nach Laborversuchen wurden RCG im halbtechnischen Maßstab hergestellt. Als Ausgangsmaterial dienten Mauerwerkbruch bzw. Gemische aus Mauerwerkbruch und Ton. Dabei wurde die gesamte Prozesskette vom Granulieren der Ausgangsmehle bis zur thermischen Behandlung im Drehrohrofen in einem Produktionsschritt dargestellt. Die erzeugten RCG sind mit Rohdichten zwischen 780 und 1800 kg/m³ leichte Gesteinskörnungen. In den Applikationsuntersuchungen erfolgte eine vollständige Verwertung des gesamten beim Brennprozess entstehenden Materials, von den Körnungen kleiner 2 mm für leichte Steinergänzungsmörtel (Leichtmörtel) bis zu den Körnungen 2-8 mm für Leichtbeton. Die RCG und die damit erzeugten Betone wurden umfangreich charakterisiert. Die Leichtbetone mit RCG wurden abschließend in Applikationsversuchen eingesetzt.
Unsere Industriegesellschaft ist auf den ständigen Abbau und Verbrauch von Rohstoffen und Energie angewiesen. Der Bausektor zählt dabei zu den größten Verursachern von Stoffströmen in Deutschland. Zum einen ist das Bauen mit einem hohen Bedarf an materiellen und energetischen Ressourcen sowie finanziellen Aufwendungen verbunden. Zum anderen sind nahezu 50 % des deutschen Abfallaufkommens dem Bausektor zuzurechnen, Die Beschränktheit natürlicher Ressourcen, die zunehmenden negativen Umweltauswirkungen sowie die Verteuerung und Verknappung von Deponieraum führten in den letzten Jahren zu einem Umdenken in der Bau- und Abfallwirtschaft hin zu einer Kreislaufwirtschaft. Im Sinne einer nachhaltigen Kreislaufwirtschaft sind die im Bausektor anfallenden Restmassen zukünftig möglichst einem Recycling zuzuführen. Bei der Wahl der geeigneten Recyclingoption spielen technische, ökologische und ökonomische Fragestellungen eine Rolle. Für den Bereich Mauerwerksrecycling existiert bisher keine umfassende Methodik zur ganzheitlichen Eignungsbewertung (Technik, Ökologie, Ökonomie) mit einem vertretbaren Arbeitsaufwand. Grundlegende strukturierte und strukturierende Informationen für das Recycling von Mauerwerksbruch fehlen bislang. Aus diesem Grunde wird derzeit mit dem Ziel eines möglichst hochwertigen Mauerwerksrecyclings eine umfassende und praxisorientierte Methodik entwickelt. Diese Methodik soll eine
ganzheitliche Eignungsbewertung unterschiedlicher potenzieller Recyclingbereiche für Mauerwerksbruch ermöglichen. Im vorliegenden Beitrag werden erste Ansätze dieser Bewertungsmethode vorgestellt.
Die Zielstellung des Forschungsprojekts REALight ist die Entwicklung eines Verfahrens zur Herstellung von Leichtgranulaten auf der Grundlage der Ergebnisse des BMBF-Projekts „Aufbaukörnungen“ unter Erweiterung der Technologie, um Gips zurückzugewinnen und weitere mineralische Einsatzstoffe zu nutzen. In einem thermischen Verfahren werden mineralische Bau- und Abbruchabfälle über ein rohstoffliches Recycling, d. h. einen thermisch-chemischen Stoffumwandlungsprozess, zu leichten Gesteinskörnungen verarbeitet. Dabei werden im Bauschutt vorhandene Sulfate zersetzt. In einer anschließenden Rauchgaswäsche werden die Sulfate abgetrennt. Sie können als Ersatz für REA-Gips verwendet werden. Dies ist Voraussetzung für die Übertragung der Produkt- und Verfahrensidee in die Praxis und für den Nachweis der Sulfatabtrennung und -rückgewinnung aus gipshaltigem Inputmaterial. Es werden Untersuchungen zur Verbreiterung der Rohstoffbasis durch Einkopplung spezifischer mineralischer Stoffströme durchgeführt, die im Ergebnis zu einer Reduktion des Blähmittelbedarfs und einer Absenkung der Brenntemperatur führen sollen. Die Herstellung ausreichender Mengen Leichtgranulate für eine umfassende Charakterisierung nach Norm und die Praxiserprobung in bekannten Anwendungen und neuen Einsatzfeldern ist ein weiteres Projektziel.
Hydrothermale Herstellung von Filter- und Speichermaterialien aus SiO2- und CaO-reichen Reststoffen
(2019)
Aus SiO2- und CaO-reichen Sekundärrohstoffen können in einem hydrothermalen Stoffumwandlungsprozess poröse Körnungen (Hydrothermalgranulate HTG) hergestellt werden. Die Erhärtung der HTG erfolgt dabei in einem Autoklav bei ca. 200 °C und 1,6 MPa Sattdampf ähnlich dem Prozess der Kalksandsteinherstellung. Festigkeit und Gefüge der HTG entwickeln sich durch die Ausbildung von Calciumsilicathydraten (CSH-Phasen), die durch die Reaktion zwischen Quarzpartikeln (SiO2) und Kalk (CaO) entstehen. SiO2-Lieferant ist ziegelhaltiger Mauerwerkbruch, der als Hauptmineralphase Quarz enthält. Papierasche kann mit ihren Anteilen an Freikalk und anderen reaktive Calciumverbindungen als Kalkersatz dienen. Über die Mischungszusammensetzung und die Reaktionsbedingungen werden die Eigenschaften der Reaktionsprodukte gezielt gesteuert. Die HTG haben Rohdichten kleiner als 2000 kg/m³. Ihr Gefüge ist durch ein eher ungeordnetes System an Mesoporen und kleinen Makroporen mit Porenweiten kleiner 100 nm gekennzeichnet. Diese Porenstruktureigenschaften legen eine Anwendung der HTG als Filter- oder Speichermaterial nahe. Sie können natürliche Rohstoffe, wie Bims, Lavasand und fluviale Sande, aus Primärrohstoffen hergestellte Produkte, wie Blähton, Keramik und Aktivkohle, sowie erdölbasierte Kunststoffadditive ersetzen, wobei die typischen Filter- und Speichereigenschaften der herkömmlichen Produkte nahezu erreicht werden. Dadurch wird einerseits für Reststoffe, die gegenwärtig ein hohes Verwertungsdefizit aufweisen, eine hochwertige Wieder- bzw. Weiterverwertungsmöglichkeit geschaffen und die Abfallmenge vermindert. Andererseits erfolgt eine Schonung von knapper werdenden natürlichen mineralischen Rohstoffen und Erdöl. In einem Forschungsprojekt werden derzeit die technischen Möglichkeiten der hydrothermalen Herstellung von leichten porösen Körnungen aus Mauerwerkbruch, Kalk und Papierasche sowie die Anwendung der HTG als Filtermaterial in Bodenfiltern zur Abwasserreinigung und als Wasserreservoir in Substraten von Pflanzwänden und zur inneren Nachbehandlung hochfester Betone systematisch untersucht. Der Beitrag berichtet insbesondere über die experimentelle Entwicklung der hydrothermalen Synthesestrategie, die nachfolgende Charakterisierung der HTG und die Beziehungen zwischen Gefügekennwerten und technischen Eigenschaften der Körnungen.