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Im Forschungsprojekt „Aufbaukörnungen“ wird eine Technologie zur Herstellung hochwertiger Leichtgranulate aus sekundären Rohstoffen auf der Basis von heterogenen und teilweise feinkörnigen Bau- und Abbruchabfallen entwickelt. Im Mittelpunkt der Untersuchungen steht der Mauerwerkbruch, der größere Verwertungsdefizite als Betonbruch aufweist, Im Jahr 2010 fielen in Deutschland neben den rund 6 Mio. Tonnen reiner Ziegelabfälle mehr als 20 Mio. Tonnen ziegelhaltige Gemische als Bau- und Abbruchabfälle an. Der Verwertungsstrategie liegt die Idee des rohstofflichen Recyclings zu Grunde. Das heißt, nicht die physikalischmechanischen Eigenschaften des Mauerwerkbruchs, sondern sein Rohstoffpotenzial wird genutzt. Das Recycling baut auf der chemisch-mineralogischen Zusammensetzung des Ausgangsmaterials auf. Die Leichtgranulate(Aufbaukörnungen) werden am Ende eines mehrstufigen Herstellungsprozesses durch thermische oder hydrothermale Erhärtung produziert.
Im vorliegenden Beitrag werden der Herstellungsprozess beschrieben und die Ergebnisse zu den chemischen und physikalischen Eigenschaften der hergestellten Leichtgranulate denen von vergleichbaren handelsüblichen Blähtönen gegenübergestellt. Entscheidend für die Eignung einer leichten Gesteinskörnung ist jedoch letztlich ihre Leistungsfähigkeit im Beton. Daher wurden Betone mit den neuartigen Leichtgranulaten hergestellt. Über die Festbetoneigenschaften wird ebenfalls berichtet.
Recycling materials from building construction can currently not be adequately recycled. Reasons for this are their considerable heterogeneity in terms of materials composition and high fine partide content. Recycling as filling material and in the construction of waste disposal facilities, or as landfill, will in future no longer be possible in view of the stringent application of the German law of lifecyde management and/or the steady decrease of waste-disposal capacities. In this context, the joint research project “lightweight aggregates,” supported by the German Federal Ministry for Education and Research, a technology for manufacturing lightweight aggregates was developed.
In Deutschland fallen mittelfristig erhebliche Mengen von Mauerwerkbruch an. Aus dem jährlichen Bauschuttanfall und den Produktionszahlen von Wandbausteinen lassen sich die Mengen an Mauerwerksrestmassen ableiten, die als Rückbaumaterial bei Abriss-, Umbau und Sanierungsarbeiten in Deutschland anfallen werden. Hiernach ist pro Jahr mit bis zu 10 Millionen Tonnen heute vornehmlich heterogen anfallendem Mauerwerkbruch zu rechnen [1a]. Im Sinne einer nachhaltigen Kreislaufwirtschaft sind diese Restmassen zukünftig einem möglichst hochwertigen Recycling zuzuführen. In diesem Spannungsfeld führt die deutsche Mauersteinindustrie das breit aufgestellte gemeinschaftliche Forschungsprojekt "SIM Stoffkreislauf im Mauerwerksbau" durch. In insgesamt acht mauersteinübergreifenden IGFForschungsvorhaben wurden und werden technisch orientierte Lösungsmöglichkeiten für das Recycling von Mauerwerk erarbeitet und Anwendungsbereiche für Mauerwerksrestmassen aufgezeigt. Eine grundsätzliche Entscheidung über die Eignung von Mauerwerksrestmassen für bestimmte Recyclingwege kann es letztlich nicht geben. Es wird immer eine Einzelfallentscheidung bleiben, die wesentlich durch komplexe technische sowie ökologische und ökonomische Randbedingungen geprägt wird.
Vor diesem Hintergrund wurde im Rahmen des IGF-Forschungsvorhabens 17022 N der Forschungsvereinigung Porenbetonindustrie e.V., Berlin die Nachhaltigkeit verschiedener Recyclingoptionen für Mauerwerkbruch ganzheitlich untersucht und bewertet. Unter Einbeziehung der Hauptwandbausteinarten Ziegel, Kalksandstein, Porenbeton und Leichtbeton wurden dabei material- und verfahrenstechnische sowie ökologische, ökonomische und soziale Aspekte berücksichtigt. Auf Grundlage der gewonnenen Erkenntnisse wurde ein EDV-gestütztes Analysetool (Web-Tool) zur Nachhaltigkeitsbewertung für das Mauerwerksrecycling entwickelt. Mit dem Web-Tool sollen Anwender (Planer, Architekten, Recycler) die Möglichkeit erhalten, für verschiedene Untersuchungsfälle unter Einbeziehung regional und sachlich bedingter Parameter, wie Materialqualität, Stoffmengen, Logistik, Aufbereitungstechnik, Anwendungsbereiche, Kosten und Erlöse, objektspezifische Aussagen zur Nachhaltigkeit treffen zu können. Auf diesem Wege können im Sinne der aktuellen gesetzlichen Vorgaben nachhaltige Stoffkreisläufe im Mauerwerksbau geschlossen und somit letztlich die Deponierung von Mauerwerksrestmassen vermieden werden.
Alle vier Wandbaustoffarten haben sich im Rahmen des Forschungsvorhabens als recyclingfähig und hinsichtlich der Nachhaltigkeit als gleichwertig erwiesen. Das Ziel des Vorhabens wurde damit erreicht.
Heterogene und feinkörnige Bauabfälle aus Mauerwerkbruch lassen sich heute nur auf einem sehr geringen Qualitätsniveau verwerten. Um diese Situation zu überwinden, wurde das Material als Rohstoff für die Herstellung von leichten Gesteinskörnungen verwendet, die ähnlich wie Blähtone und Blähschiefer in einem thermischen Prozess erzeugt werden. Auf der Grundlage einer Literaturübersicht wurde zunächst die grundsätzliche Eignung von Mauerwerkbruch bewertet. Es folgten experimentelle Untersuchungen, in welchen nachgewiesen werden konnte, dass Leichtgranulate mit definierten, einstellbaren Eigenschaften aus Mauerwerkbruch herstellbar sind. Sie sind in ihren Eigenschaften den leichten Gesteinskörnungen aus natürlichen Rohstoffen mindestens ebenbürtig. -----------------------------------------------------
At present heterogeneous and fine-grained masonry rubble is recycled at a very low level. To overcome this situation the material is used as feedstock for the generation of lightweight aggregates, produced by a thermal process similar to the manufacturing of expanded clays and shales. On the basis of a literature review the suitability of masonry rubble as raw material is evaluated generally. Then materials from different recycling plants were experimentally tested. The results show, that expanded granules with defined, adjustable properties can be produced from masonry rubble. The properties of these secondary lightweight aggregates are at least equivalent to the properties of the known expanded clay aggregates.
Neue leichte Gesteinskörnungen werden durch rohstoffliches Recycling aus heterogenem und feinkörnigem Mauerwerkbruch hergestellt. Die Erprobung dieser Aufbaukörnungen im Leichtbeton liefert Aussagen zu ihrer Qualität und Eignung. Nach einer kurzen Charakterisierung der für die Betonherstellung ausgewählten Aufbaukörnungen werden die entworfene Betonrezeptur vorgestellt und einige Ergebnisse der Festbetonuntersuchungen diskutiert.----------------------------------------------------------------------------------------------------------
New lightweight aggregates are produced by feedstock recycling from heterogeneous and fine-grained masonry rubble. Testing of these tailor-made expanded aggregates in lightweight concrete provides information about their quality and performance. Following a brief characterization of the tailor-made expanded aggregates used in concrete production, the concrete mix design is presented and some results of the tests of hardened concrete are discussed.
Bau- und Abbruchabfälle stellen den größten Abfallstrom in Deutschland dar. Die anfallenden Mengen und die erreichten Recyclingquoten sind in den seit 1996 erscheinenden Monitoring-Berichten der Arbeitsgemeinschaft Kreislaufwirtschaftsträger Bau dargestellt. In dem 2013 erschienenen Bericht [BV Baustoffe 2013] wird ausgewiesen, dass im Jahr 2010 53.1 Millionen Tonnen Bauschutt (ohne Straßenaufbruch) bestehend aus Beton- und Mauerwerkabbruch anfielen. Im Jahr 2010 fielen in Deutschland neben den rund 6 Mio. Tonnen reiner Ziegelabfalle mehr als 20 Mio. Tonnen ziegelhaltige Gemische als Bau- und Abbruchabfälle an [destatis 2012], Das in stationären oder mobilen Anlagen aufbereitete Material wird hauptsächlich im Tief- und Landschaftsbau eingesetzt. Ein Einsatz im Hochbau erfolgt nur vereinzelt. Hierbei werden rezyklierte grobe Gesteinskörnungen für Normalbeton aus Betonbruch gewonnen. Heterogener Mauerwerkbruch, der Wandbaustoffe, Mörtel, Putz, Fliesen und weitere Bestandteile enthält, oder die bei der Aufbereitung zwangsläufig entstehenden Feinfraktionen finden bisher keine Verwendung. Ursachen dafür sind die erhebliche Heterogenität in Bezug auf die Materialzusammensetzung und der große Feinkornanteil. Die Verwertung als Verfullmaterial und im Deponiebau oder die Deponierung selbst wird zukünftig durch die strikte Anwendung des Kreislaufwirtschaftsgesetzes bzw. den stetigen Rückgang von Deponiekapazitäten nicht mehr möglich sein.
Heterogene und feinkörnige Bauabflle aus Mauerwerkbruch lassen sich heute nur auf einem sehr geringen Qualittsniveau verwerten. Um diese Situation zu überwinden, wird deren Verwendung als Ausgangsstoff für die Herstellung von leichten Gesteinskörnungen vorgeschlagen, die hnlich wie Blhtone und Blhschiefer in einem thermischen Prozess erzeugt werden. Dafür wurde zunchst die grundstzliche Eignung von Mauerwerkbruch bewertet. Es folgten experimentelle Untersuchungen, in welchen nachgewiesen werden konnte, dass Leichtgranulate mit definierten, einstellbaren Eigenschaften aus Mauerwerkbruch herstellbar sind. Sie sind in ihren Eigenschaften den leichten Gesteinskörnungen aus natürlichen Rohstoffen mindestens ebenbürtig. Die daraus hergestellten, gefügedichten Leichtbetone erzielen durchweg vergleichbare Werte wie die Leichtbetone mit herkömmlichem Blhton. Leichtgranulate aus Mauerwerkbruch stellen ein Produkt dar, dessen Herstellung nahezu ohne Primrrohstoffe auskommt. Das Verfahrensprinzip scheint außerdem prdestiniert für die hochwertige Verwertung auch anderer mineralischer Reststoffe zu sein.---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Production of lightweight aggregate from masonry rubble. At present, heterogeneous and fine-grained masonry rubble can only be recycled at very low quality. To overcome this limitation, the material was employed as feedstock for the production of lightweight aggregates in a thermal process similar to that used in the manufacture of expanded clay and expanded slate. To that end, the fundamental suitability of masonry rubble as a raw material was evaluated. Experiments were carried out which indicated that lightweight granules with defined, modifiable proper-ties on a par with to those of natural-material- based aggregates could be manufactured from masonry rubble. Structural lightweight concretes produced with these secondary aggregates achieved comparable performance to lightweight concretes produced with conventional expanded clay. Lightweight recycled building material aggregates represent a product that hardly requires any primary resources in its manufacture. In principle, the technique also seems to be well suited for high-quality recycling of other mineral waste materials.
Ziel des Projekts HYTEGRA ist die Herstellung leichter Gesteinskörnungen durch hydrothermale Behandlung quarz- und kalkreicher Reststoffe. Als Ausgangsstoffe dienen heterogener Mauerwerkbruch aus Bau- und Abbruchabfällen als SiO2-Träger und Papierasche aus dem Altpapierrecycling als CaO-Träger. Für beide Reststoffe besteht derzeit ein Verwertungsdefizit. Das Verfahren beruht auf der Idee des rohstofflichen Recyclings, d. h. die chemisch-mineralogischen Stoffeigenschaften werden für die hydrothermale Stoffumwandlung genutzt. Bei der Härtung der Hydrothermalgranulate bilden sich Calciumsilicathydrat-Phasen (CSH) aus der Reaktion zwischen Quarzpartikeln und Kalk im Autoklav bei 200 °C und 16 bar Sattdampf.
Bei mineralischen Bauabfällen und industriellen Reststoffen sind mit zu Heterogenität und Feinheit der Materialien auch die größten Verwertungsdefizite zu verzeichnen. Mangels geeigneter Trenn- und Sortierverfahren stellt eine stoffliche Verwertung im Prozess "Aufbaukörnungen" insbesondere für die feinen Fraktionen Alternative dar.
Die Eignung von Mauerwerkbruch mit unterschiedlichen Zusammensetzungen für die Herstellung von Aufbaukörnungen wurde nachgewiesen. Testreihen im Labor und unter Praxisbedingungen in einem Betonwerk zeigen, dass die Eigenschaften von Leichtbetonen mit Aufbaukörnungen als leichte Gesteinskörnung mit denen herkömmlicher Leichtbetone hervorragend vergleichbar sind.
Im Rahmen eines aktuellen Forschungsprojekts werden die Eignungsuntersuchungen von thermisch porosierten Leichtgranulaten für den Einsatz in Leichtbetonen -mörteln vertieft. Unter Einsatz der Leichtgranulate sollen Sonderbetone zur Herstellung von Leichtbetonelementen konzipiert werden. In Restauriermörteln und Steinersatzmassen für die Denkmalpflege sollen hingegen insbesondere die fein Leichtgranulate mit Korngrößen < 2 mm eingesetzt. werden.