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Zur Ermittlung der Präzision des Messverfahrens Quecksilberporosimetrie für die Materialklasse Zementmörtel dienten Ringversuche mit 32 Laboratorien. Sechs unterschiedlich präparierte Proben eines Portlandzementmörtels (CEM I 42,5, Sand mit 4 mm Größtkorn, Wasser/Zement-Wert 0,44) wurden untersucht. Das waren 10 mm Bohrkern- und 3-8 mm Granulatproben, die bei 105 °C, im Vakuum bzw. individuell im Messlabor getrocknet wurden. Jedes Labor führte je Probe vier Quecksilberintrusionsmessungen nach DIN 66133 durch und bestimmte die Rohdichte pyknometrisch mit Quecksilber. Für das Gesamtporenvolumen bei 2000 bar, den Median und die Rohdichte erfolgte die statistische Auswertung nach ISO 5725. Dabei wurden die Mittelwerte mit ihren Wiederhol-, Zwischenlabor- und Vergleichstreuungen bestimmt. Um den Gesamtverlauf der Druck- Volumen-Kurve bewerten zu können, wurden Gesamtmittelwertkurven mit Streubändern berechnet.
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.
Der Einsatz von Sekundärrohstoffen im Betonbau kann einen wesentlichen Beitrag zu einer nachhaltigen Ressourcenwirtschaft im Bauwesen leisten. Sekundärrohstoffe (Recycling-Baustoffe, RC-Baustoffe) finden bereits Anwendung als Roh- bzw. Brennstoffe in der Portlandzementklinkerherstellung, als Zementbestandteile, als Betonzusatzstoffe sowie als sekundäre Gesteinskörnungen in Beton. In einem Teilprojekt des DAfStb/BMBF-Verbundforschungsvorhabens 'Nachhaltig Bauen mit Beton' wurde das Einsatzpotenzial von Sekundärrohstoffen in Beton untersucht. Hierbei spielen sowohl technische als auch ökologische und ökonomische Fragestellungen eine wichtige Rolle. Vor diesem Hintergrund wurde eine Bewertungsgrundlage mit ganzheitlicher Betrachtung von Nachhaltigkeitsaspekten (Technik, Ökologie, Ökonomie) ausgearbeitet. Dieses Bewertungskonzept umfasst die vier Bewertungsschritte: I. Grundsätzliche Überlegungen, II. Vorteile für das nachhaltige Bauen, III. Alternative Bewertungswege und IV. Sensitivitätsanalysen. Das Bewertungskonzept wurde am Beispiel der bereits im Betonbau eingesetzten rezyklierten Gesteinskörnungen entwickelt.----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Nowadays there are several applications of secondary mineral materials and residues. In the framework of the German research project 'Sustainable Building with Concrete', a concept to assess the applicability of already used and new secondary materials in concrete has been developed. It considers sustainability aspects and includes the following four assessment steps: I. Basic considerations, II. Advantages for sustainable construction, III. Alternative paths of application, and IV. Sensitivity analysis. Depending on changing technical, ecological and economic aspects, the assessment has to be performed for changed technical, ecological and economic conditions as necessity arises.
Mineralische Sekundärrohstoffe finden im Beton als Gesteinskörnung, Betonzusatzstoff, Bestandteil von Zementen oder Spezialbindemitteln Anwendung. Für den Einsatz von rezyklierten Gesteinskörnungen, Kesselsand, Steinkohlenflugasche, Silicastaub und Hüttensand bestehen bereits Normen bzw. bauaufsichtliche Zulassungen. Für weitere Reststoffe, wie Mauerwerkbruch und beim Baustoffrecycling anfallende feinkörnige, heterogene Sandfraktionen, existieren noch keine höherwertigen Verwertungswege. In einem Forschungsprojekt werden derzeit Möglichkeiten zur Verwertung von heterogenen mineralischen Bau- und Abbruchabfällen durch Herstellung von Blähgranulaten mit maßgeschneiderten Eigenschaften (Schüttdichte, Rohdichte, Korngröße und Kornfestigkeit) untersucht. Dies eröffnet die Möglichkeit einer rohstofflichen Verwertung solcher Abfälle. Im Mittelpunkt der Untersuchungen steht der Mauerwerkbruch. Er fällt mit über 20 Tonnen pro Jahr an und weist im Vergleich zum Betonbruch größere Verwertungsdefizite auf hl. Die erzeugten Granulate sollen als leichte Gesteinskörnung im Beton, Schüttung oder Pflanzsubstrat Anwendung finden.
Die ersten Ergebnisse der Granulatherstellung mit einer thermischen Behandlung zeigen, dass sich Mauerwerkbruch als Rohstoff zur Herstellung leichter Gesteinskörnungen eignet 121. Die so erzeugten Blähgranulate weisen ähnliche Eigenschaften wie herkömmliche Blähtöne auf 131. Das Hauptziel der in diesem Beitrag vorgestellten weiteren Untersuchungen war, die Rohdichte der Granulate bei gleichbleibender oder steigender Kornfestigkeit zu senken. Aus energetischer Sicht des Blähprozesses wurde neben dem thermischen Verfahren auch die Möglichkeit einer hydrothermalen Erhärtung der Granulate untersucht.
Die Ressourcenverknappung und steigende Preise rücken nachhaltiges Wirtschaften und die Wiederverwertung von Abfällen in den Blickpunkt der Forschung. Bauabfälle sind in Deutschland – mit 72,4 Mio.t im Jahr 2004 – der größte Abfallstrom. Es wird ein Überblick über den Stand der Technik zur Aufarbeitung und Verwertung von Bauabfällen gegeben und die Anforderungen an Bauabfälle, die als Sekundärrohstoff eingesetzt werden sollen, diskutiert. Die Forschung im Baustoffrecycling bezieht sich sowohl auf neue Aufbereitungstechniken als auch auf die Charakterisierung der Recyclingmaterialien sowie auf deren Einfluss auf die Betonqualität. Die Eignung und Verwertung von Bauabfällen als Sekundärrohstoffe für Baustoffe wird anhand ihrer chemischen Zusammensetzungen mit Hilfe von ternären Diagrammen diskutiert.----------------------------------------------------------------------
An overview about quantity of construction and demolition waste (CDW) and a state of the art of the reuse is given. The technology is described, which is applied for the processing of CDW in a stationary plant. The requirements on recycled aggregates, which shall be used in road construction or in manufacturing of concrete, can be divided in such related to the material and physical properties and such related to the environmental properties. The rules give guidance on the composition with the aim of excluding the constituents with unfavourable features. The environmental standards which yet in discussion are give threshold of the leachable components in recycled aggregates. The material potential of building waste is discussed. Information on the chemical composition of recycled materials is compared with the composition of pure materials. With the aid of ternary charts such building materials are identified, in which the recycled materials can be used as recycled feedstock.
Beton mit leichten Gesteinskörnungen (Leichtzuschlägen) ist seit dem Altertum bekannt. Leichte Gesteinskörnungen vulkanischen Ursprungs wurden bereits zur Errichtung der Maya-Pyramiden in Mexiko und von monumentalen Bauwerken im Römischen Reich verwendet. Zu den berühmtesten Beispielen der ersten Anwendung von Leichtbeton in Europa gehören das Kolosseum und das Pantheon in Rom, Hier wurden sowohl natürliche als auch künstliche Zuschlagstoffe, wie Bims, Lava und zerkleinerter Ziegelsplitt, benutzt.
Mit steigender Nachfrage nach leichten Gesteinskörnungen und einer weltweit begrenzten Verfügbarkeit natürlicher Leichtzuschläge wurden synthetische leichte Gesteinskörnungen entwickelt. Ihre großtechnische Herstellung begann nach dem Ersten Weltkrieg. Heute werden leichte Gesteinskörnungen in einem breiten Schüttdichtespektrum von 100 bis 1200 kg/m3 hergestellt. Sie stellen einen wichtigen Teil der Gesteinskörnungen in der Baubranche dar.
Reststoffe aus Kohlekraftwerken und der Metallurgie, wie Steinkohlen- und Braunkohlenflugasche, Hüttensand und Silikastaub werden bereits seit Jahren als puzzolanische und hydraulische Zusätze in Zementen, Mörteln und Betonen zur Optimierung der Eigenschaften eingesetzt. Dennoch gibt es weitestgehend ungenutzte Sekundärrohstoffquellen aus der Silikon- und Kieselsäureherstellung.
Der Beitrag beschreibt Untersuchungen zur Nutzung kieselsäurehaltiger Filterrückstände aus der industriellen Abwasserbehandlung für den Einsatz als Bindemittelkomponente. Die chemisch-mineralogischen Eigenschaften der Filterrückstände, beispielsweise ein hoher Gehalt an amorpher Kieselsäure sowie eine große spezifische Oberfläche, legen eine Nutzung als puzzolanischer Bindemittelbestandteil nahe. Deshalb müssen Möglichkeiten einer Nutzung als Zusatz in Kompositzementen, Bodenverbesserungsmitteln und Spezialbindemitteln untersucht werden. Im Beitrag wird über die Stoffcharakterisierung, den Nachweis der puzzolanischen Eigenschaften und den Einfluss des Filterrückstands auf die Eigenschaften von Zementmörteln berichtet.
Recyclingzuschläge (rezyklierte Gesteinskörnungen, Betonsplitt) werden großtechnisch aus dem Material, das beim Abbruch von Betonbauwerken anfällt, hergestellt. Sie bestehen zu mehr als 90% aus Altbeton. Die Wiederverwendung dieser Materialien zur Herstellung von neuen hochwertigen Beton erfordert umfangreiche Kenntnisse über ihre betontechnologischen und chemisch-physikalischen Eigenschaften. Zwei unterschiedliche Recyclingzuschläge und die damit hergestellten Betone wurden im Vergleich zu einem Referenzbeton mit natürlichen Zuschlägen gleicher Sieblinie untersucht.
Der Filterschlamm (FS) fällt als Reststoff bei der Abwasserbehandlung des Chemiewerkes an. Er liegt als feinteiliges Granulat vor und enthält als Hauptbestandteil amorphe Kieselsäure. Damit eröffnet sich die Möglichkeit, ihn wie einen mineralischen Zusatzstoff bei der Beton- und Mörtelherstellung zu verwenden.
Als Betonzusatzstoff werden fein aufgeteilte Zusätze zum Beton bezeichnet, die durch chemische und/oder physikalische Wirkung die Betoneigenschaften beeinflussen, und die als Stoffraumkomponente zu berücksichtigen sind.
Hochfeste Betone werden durch die Zugabe puzzolanischer Zusatzstoffe (Microsilica, Flugasche) und die Reduzierung des Wasser-Zement-Wertes bei gleichzeitiger Verwendung eines Fließmittels hergestellt. Diese Modifizierungen des Betons beeinflußen die Zusammensetzung und die Mikrostruktur seiner Mörtelmatrix.
Im Rahmen eines DFG-Forschungsvorhabens (FOR 537) wird ein Teilprojekt an der BAM bearbeitet. Ziel dieser Arbeit ist die quantitative Beschreibung und Bewertung des Korrosionsfortschrittes an Stahlproben mit kleinen Kathodenflächen (Eigenkorrosion) mittels elektrochemischer Messungen. Für die Untersuchungen wurden Betonproben mit eingebetteten Stahlelektroden hergestellt. Dabei wurden gezielt betontechnologische Parameter variiert. Dabei ist der Beton als Elektrolyt zu betrachten. Nach bestimmten Zeitintervallen werden die Betonproben aufgebrochen und die eingebetteten Stahlelektroden durch visuelle Inspektion und anschließende Bestimmung des Masseverlustes bewertet. Zur Charakterisierung des Betons (Elektrolyt) dient das Verfahren der Quecksilberporosimetrie. Mit dem Verfahren lassen sich die Zusammenhänge zwischen den betontechnologischen Parametern und der Porenstruktur aufzeigen und mittels der umfangreichen Variation der Betonparameter die Auswirkung auf den Korrosionsfortschritt nachweisen.
Ultrahochfeste Betone (UHPC) sind durch Druckfestigkeiten > 150 MPa und eine besonders hohe Dauerhaftigkeit gekennzeichnet. Ihre Herstellung gelingt durch die Optimierung der Mischungszusammensetzung, des Mischprozesses und der Nachbehandlung. Maßnahmen dazu bestehen in der Verwendung feinstgemahlener Zemente, puzzolanischer und inerter Feinststoffe, dem Einsatz gezielt ausgewählter grober und feiner Gesteinskörnungen, der Reduktion des Wasser/Bindemittel-Wertes bei Zugabe von Fließmitteln auf Polycarboxylat-Basis sowie einer Wärmebehandlung der Betone.
Das Ziel dabei ist es, eine möglichst hohe Packungsdichte in der Bindemittelmatrix bei Ausbildung einer sehr gleichmäßigen und extrem dichten Gefügestruktur mit einem hohen Anteil an Calciumsilicathydrat-Phasen zu erreichen. Deshalb sind Untersuchungen zur Porosität und Porenstruktur ein wichtiger Bestandteil zur Materialcharakterisierung im Rahmen der Mischungsoptimierung. Die Ergebnisse der Mikrostrukturuntersuchungen werden im Vergleich zu denen an einem hochfesten Beton und einem Normalbeton betrachtet.
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.