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Untersuchungen zur Nassaufbereitung von Betonbrechsand unter Verwendung der Setzmaschinentechnik
(2009)
Gegenwärtig wird Altbeton hauptsächlich durch Zerkleinerung und Klassierung zu rezyklierten Gesteinskörnungen verarbeitet. Dabei fällt bis zu 50 % des Ausgangsmaterials als Betonbrechsand an. Während gröbere Körnungen wieder in der Betonproduktion eingesetzt werden können, ist dieser Verwertungsweg für Betonbrechsande aufgrund ihrer vergleichsweise ungünstigeren Materialeigenschaften nicht möglich. Die schlechtere Baustoffqualität der feinen Körnungen beruht dabei maßgeblich auf ihrem höheren Altzementsteingehalt. In der vorliegenden Arbeit wurde die Verbesserung der Materialeigenschaften von Betonbrechsanden durch ein Nassaufbereitungsverfahren in Hinblick auf eine Wiederverwertung als Gesteinskörnung in der Betonproduktion untersucht. Das Verfahren beinhaltete eine Abrasionsbehandlung zur Abtrennung der Zementsteinmatrix vom Natursteinkorn, einen Klassierungsschritt zur Entfernung der Fraktion < 100 μm und als Hauptverfahrensstufe eine Dichtesortierung mittels Setzmaschinentechnik. Die Evaluierung der Baustoffeigenschaften von Ausgangsmaterial und aufbereiteten Körnungen erfolgte sowohl an den Gesteinskörnungen als auch an den daraus hergestellten Mörteln und Betonen. Dazu wurden verschiedene chemisch-physikalische und mikroskopische Untersuchungsmethoden eingesetzt. Die Analysenergebnisse zeigten, dass es möglich ist, maßgebliche Baustoffeigenschaften wie Porosität, Wasseraufnahme und Zementsteingehalt mit dem untersuchten Aufbereitungsverfahren deutlich zu verbessern. Die Untersuchungen der RC-Betone mit einem Anteil von bis zu 50 % Betonbrechsand an der gesamten Gesteinskörnung wiesen die positiven Auswirkungen der Nassaufbereitung eindeutig nach. Dies wurde besonders an den Messungen des dynamischen Elastizitätsmoduls und an den Schwindmessungen deutlich. Die Qualität von Natursanden konnte jedoch nicht erreicht werden. Für sämtliche durchgeführten Betonuntersuchungen konnten signifikante Korrelationen zum Altzementsteingehalt nachgewiesen werden. Dieser konnte als eindeutiger und die tatsächlichen Wirkmechanismen berücksichtigender Güteparameter für rezyklierte Gesteinskörnungen identifiziert werden. Auf dieser Basis wurde ein neuer Bemessungs- ansatz für Recyclingbeton unter Einbeziehung des Altzementsteingehaltes formuliert. Anhand einer Modellanlage im industriellen Maßstab wurden ergänzend eine ökobilanzielle Bewertung des Verfahrens und eine Wirtschaftlichkeitsbetrachtung durchgeführt. Die Bewertungen ergaben, dass das untersuchte Verfahren – in Abhängigkeit von den Rahmenbedingungen – sowohl ökologisch vorteilhaft als auch wirtschaftlich sinnvoll durchgeführt werden kann.
In Germany, about 60 million tons of demolition waste are generated annually. Approximately 70% of the demolition waste is currently recycled. Most recycling applications, for example in roadbed substructures, can be seen as a kind of downcycling. However, there are also some high-level applications for demolition waste. For instance, crushed and sieved concrete demolition waste can be used as concrete aggregate instead of natural materials. Depending on the crushing process, about a third of the broken concrete is currently concrete sand. At present, concrete sand fraction (0-4 mm) is rarely reused as a concrete aggregate. This is due to the fact that some important characteristics of crushed concrete sand are different from those of natural sand. As a result, it does not reach the standards required for aggregates. Concrete containing such aggregate is of lower quality than concrete made of natural aggregate. This paper describes an experimental investigation on the treatment of concrete sand gained from demolition waste by wet processing using a jig whereby the sand is separated by grain size and, more importantly, by density. Concrete produced with concrete sand which has been treated in this manner should have the same quality as concrete prepared with natural aggregate. Recycled sand used as aggregate substitutes natural resources and avoids disposal of waste. It has all the characteristics of an Ecomaterial. (author abst.)
Although a large proportion of building rubble is already being recycled, most recycling applications, e.g. in roadbed foundations, can be considered as downcycling. This study is aimed at improving the material properties of crushed concrete fines by wet treatment, using a jig for density separation. Trial runs in a pilot plant with a flow rate between 0.45 and 0.65 t/h were conducted with two different materials (A and B). The materials were separated into heavy fraction, light fraction and finest fraction. Laboratory tests and tests for building materials were carried out on the output fractions and on the input materials. Laboratory tests showed an improvement of material properties such as loss by washing and content of binder matrix as well as water absorption for both materials A and B. The tests for building materials on mortar specimens showed that strength properties of specimens containing crushed concrete fines (heavy fraction) of type A were improved by wet treatment, but not for test specimens of material type B. Strength tests on concrete showed that a replacement of natural aggregates with wet-treated concrete fines up to 50 % had little effect on compressive strength, while untreated material exhibited a clearly lower compressive strength.
The material properties of recycled concrete aggregates (RCA) are
correlated to the sorting accuracy of the former demolition waste. Impurities like
wood, clay bricks or gypsum can lead to inferior building material properties. Harmful
substances like heavy metals or organic pollutants should be minimised as well.
Hence the non-concrete materials have to be separated from the concrete material
stream. This can be done during the demolition process by using selective
dismantling techniques. Alternatively a variety sorting and classifying techniques to
purify the crushed concrete can be utilized.
A research project, funded by the Federal Ministry for the Environment, Nature
Conservation and Nuclear Safety, investigated the possibilities of gaining recycled
concrete aggregates of a high quality for the reuse in the production of concrete. The
work focuses especially on how gypsum respectively sulphates in the crushed
concrete can be reduced. Sulphates can impair the setting behaviour of concrete
and also damage set concrete by causing expansion. Therefore the content of
sulphates in RCA is restricted by guidelines and standards in Germany.
Generally, gypsum in construction waste originates from interior fittings like gypsum
walls, floor screeds, plaster boards and also plaster. Most of these materials can be
reconstructed using selective dismantling techniques. This can be achieved either by
manual labour or by using mechanical equipment e.g. to remove floor screeds by
milling. Depending on the specific deconstruction site it can be more effective and/or
more environmentally compatible to remove sulphates by treating the crushed
concrete. Applicable treatments for sulphate reduction include dry processes like
manual sorting of gypsum wall blocks as well as wet treatments e.g. jigging.
In addition this research project an environmental performance evaluation was
undertaken to assess different techniques for reducing sulphates in recycled
concrete aggregates.
Beim Abbruch von Gebäuden wird eine Vielzahl von unterschiedlichen
Techniken eingesetzt. Der mit Abstand größte Teil der Abbrucharbeiten
wird dabei mit mechanischen Verfahren ausgeführt.
In Abhängigkeit vom rückzubauenden Gebäude können aber auch hydrodynamische Verfahren (z. B. Hochdruckwasserstrahlen), thermische Verfahren (z. B. Schneidbrennen) oder chemische Verfahren (z. B. Sprengen) angewandt werden.
Die Qualität von rezyklierten Gesteinskörnungen muss nicht nur bautechnischen Anforderungen und rechtlich verbindlichen Umweltstandards genügen, sondern ihr Einsatz in der Betonherstellung wird auch vor dem Hintergrund der Leitlinien der Nachhaltigkeit bewertet. Für die Gewinnung von rezyklierten Gesteinskörnungen bedeutet dies, dass sowohl bei den Abbrucharbeiten als auch bei der Bauschuttaufbereitung darauf geachtet werden muss, dass die gewählten Verfahren nicht nur ökonomischen Kriterien genügen müssen, sondern auch keine nachteiligen ökologischen oder sozialen Auswirkungen haben dürfen.
In verschiedenen Forschungsprojekten konnte durch ökobilanzielle Bewertungen von einzelnen Verfahren und Verfahrensabläufen gezeigt werden, dass rezyklierte Gesteinskörnungen aus Altbeton unter bestimmten Rahmenbedingungen umweltverträglich gewonnen werden können und ihre Nutzung durch die Substitution von Natursteinkörnungen sowohl zur Schonung von natürlichen Ressourcen als auch zu einer Reduzierung von Umweltbelastungen beitragen kann.
Effects of wet processed crushed concrete fines as secondary aggregates in building materials
(2008)
Aufgrund der großen Massenströme ist das Recycling von Baurestmassen von besonderer Bedeutung
für die Schonung von natürlichen Ressourcen. Eine wichtige Voraussetzung für ein hochwertiges
Recycling, wie z.B. eine Wiederverwertung von aufbereitetem Bauschutt/Altbeton als rezyklierte
Gesteinskörnung im Hochbau, ist die Einhaltung von Grenzwerten für Stör- und Schadstoffe. Dabei
steht der Sulfatgehalt im Eluat von Bauschutt besonders im Fokus. In der vorliegenden Studie wird
untersucht, wie durch die Optimierung von Abbrucharbeiten und Bauschuttaufbereitung hochwertige
Gesteinskörnungen aus Altbeton gewonnen werden können. Anhand von Literatur- und
Datenrecherchen werden zunächst Sulfatquellen in Gebäuden sowie verfügbare Abbruch- und
Aufbereitungstechniken zusammengestellt. Am Beispiel von unterschiedlichen Gebäudetypen werden
Szenarien für selektiven und nicht selektiven Abbruch (Schwerpunkt: Sulfatentfachtung) in Hinblick auf
ihre Umweltwirkungen ökobilanziell bewertet. Ergänzt werden diese Bewertungen durch
Untersuchungen an realen Bauschuttmaterialien und Abbruchprojekten. Auf dieser Basis werden
Handlungsempfehlungen für die Gewinnung von hochwertigen RC-Gesteinskörnungen erarbeitet und
diskutiert.-----------------------------------------------------------------------------------------
Due to the large-scale mass flow of construction and demolition wastes, the recycling of those
residues is of particular importance for the conservation of natural resources. An important
requirement for recycling on a high level, like the reuse of crushed concrete as recycled concrete
aggregate, is the observation of limits for hazardous substances and impurities. This study is focusing
on the reduction of sulphates in the eluate of crushed concrete. An investigation of possibilities to
optimize demolition and dismantling as well as treatment of crushed concrete with the objective of
gaining recycled concrete aggregates of high quality. Based on a literature research and a data review
the origins of sulfates in buildings and also the availability of techniques for demolition and treatment
of crushed concrete are listed and evaluated. Using the examples of different building types scenarios
for selective dismantling and non-selective demolition (focused on reducing suphates) are evaluated in
terms of affecting the environment. In addition samples from real demolition construction sites and
plants for treatment of construction rubble were investigated. Based on these results
recommendations for the production of high quality recycled concrete aggregates are worked out.
Gipsaufkommen in Bauschutt
(2012)
Ressourceneffizienz im Betonrecycling - Rahmen und Möglichkeiten in Deutschland und der Schweiz
(2013)
Aufgrund der großen anfallenden Massenströme ist die Wiederverwertung von Baurestmassen in Industrienationen von besonderer Bedeutung. Auch vor dem Hintergrund der Ressourceneffizienz wird beispielsweise die Nutzung des in Bauschutt vorhandenen Wertstoffpotentials zunehmend wichtiger.
Eine besondere Rolle spielt dabei die Wiederverwertung von Altbeton. Ein Grund hierfür ist der deutliche Anstieg des seit Mitte des letzten Jahrhunderts im Bauwesen verbrauchten Betons und die damit verbundene – zeitlich versetzte – Zunahme des Altbetonanteils im Bauschutt. Darüber hinaus ist das Wertstoffpotential von Altbeton im Vergleich zu anderen Abbruchmaterialien besonders groß, denn Altbeton kann unter bestimmten Bedingungen sehr hochwertig auch als rezyklierte Gesteinskörnung wieder in der Betonherstellung eingesetzt werden. Damit kann ein Kreislauf im Sinne eines Closed-loop-Recycling verwirklicht und Altbeton damit hochwertig wiederverwertet werden.
Die Zementindustrie erzeugt etwa 6-7% der globalen CO2-Emissionen und steht damit als Industriezweig vor dem Hintergrund einer anvisierten Klimaneutralität vor gewaltigen Herausforderungen. Der Prozess der Klinkerherstellung wurde über die vergangenen Jahrzehnte bereits kontinuierlich optimiert. Seit 1990 ist es der deutschen Zementindustrie gelungen, die spezifischen CO2-Emissionen der Zementproduktion u. a. durch den Einsatz alternativer, nicht fossiler Brennstoffe und durch Absenkung des Klinkergehalts im Zement um 20 % zu senken. Weitere konventionelle Minderungsstrategien versprechen jedoch nur noch wenig zusätzliche Reduktion. Im Falle des Portlandklinkers besteht die Schwierigkeit darin, dass zwei Drittel der CO2-Emissionen rohstoffbedingt durch die Entsäuerung des Kalksteins (CaCO3) anfallen, die durch die beschriebenen Maßnahmen nicht weiter abgesenkt werden können. Vielmehr wird es erforderlich sein, noch zu entwickelnde oder zu optimierende Technologien anzuwenden und ggf. alle relevanten Ebenen wie Produktion, Weiterverarbeitung und Anwendung von Zement und Beton neu zu denken. Neben technologischen Ansätzen zur CO2-Abscheidung mit nachfolgender langfristiger Speicherung (Carbon Capture and Storage – CCS) oder Verwertung (Carbon Capture and Utilisation – CCU) werden auch alternative Rohstoffe für die Zementproduktion und alternative Bindemittel in Betracht zu ziehen sein.
Gypsum is widely used in the construction sector, and its worldwide consumption has been increasing now for several decades. Currently, the gypsum demand is met up to 60% by FGD gypsum (a by-product from coal-fired power plants) in Germany. The natural gypsum deposits cover the remaining gypsum demand. Due to national climate protection goals and the related shutdown of coal-fired power plants, the FGD gypsum supply will decrease significantly in the coming years and, therefore, other gypsum sources must be found.
Depending on the lifetime of the used gypsum products in the construction sector, an increase of gypsum in construction and demolition waste is to be expected. With regard to an upcoming shortage of gypsum, several approaches are being tested to recover gypsum from construction and demolition waste. Gypsum plasterboard recycling is already implemented on an industrial scale. Furthermore, new processes to recycle different types of gypsum products from construction and demolition waste are being examined. Of particular interest are different types of gypsum boards because they are well suited for selective dismantling. Therefore, they can be recovered comparatively free of impurities which is most important for the gypsum recycling.
In the research project “GipsRec 2.0”, funded by the Federal Ministry of Education and Research, recycling methods for gypsum fiberboards are being investigated. Additionally, the suitability of different types of synthetic gypsum as substitutes for FGD gypsum is being considered. Currently, the quantities of recycled gypsum are not sufficient with regard to the reduction of FGD gypsum. An increase of gypsum recycling should be achieved to narrow the future gypsum gap that will occur in the near future.
Gypsum is widely used in the construction sector and its worldwide consumption has been increasing for several decades. Depending on the life-time of the used gypsum products, an increase of gypsum in construction and demolition waste follows. Especially against the background of a circular economy, the recycling of waste gypsum is of growing importance. However, the use of recycled gypsum makes only sense if it is environmentally friendly. Therefore, an evaluation of the environmental impacts of an industrial-scale processing for the recycling of post-consumer gypsum waste was conducted. The evaluation was performed with an established life cycle assessment software. Original data provided by industry and complementary data from a database for life cycle assessments were used for the calculations. Two scenarios for recycled gypsum with different transportation distances were calculated. These results are compared with results of the environmental evaluation of gypsum derived from coal-fired power plants (FGD gypsum) and natural gypsum. The results show that utilization of recycled gypsum can be environmentally advantageous compared to the use of natural gypsum or FGD gypsum, especially in the impact categories land transformation and resource consumption (abiotic depletion potential). For most environmental impact categories the specific transportation distances have a strong influence.
A sustainable recycling of photovoltaic (PV) thin film modules gains in importance due to the considerable growing of the PV market and the increasing scarcity of the resources for semiconductor materials. The paper presents the development of two strategies for thin film PV recycling based on (wet) mechanical processing for broken modules, and combined thermal and mechanical methods for end-of-life modules. The feasibility of the processing steps was demonstrated in laboratory scale as well as in semi-technical scale using the example of CdTe and CIS modules. Pre-concentrated valuables In and Te from wet mechanical processing can be purified to the appropriate grade for the production of new modules.
An advantage of the wet mechanical processing in comparison to the conventional procedure might be the usage of no or a small amount of chemicals during the several steps.
Some measures are necessary in order to increase the efficiency of the wet mechanical processing regarding the improvement of the valuable yield and the related enrichment of the semiconductor material.
The investigation of the environmental impacts of both recycling strategies indicates that the strategy, which includes wet mechanical separation, has clear advantages in comparison to the thermal treatment or disposal on landfills.
Die Nutzung des Wertstoffpotentials von Abfällen und Reststoffen ist ein Grundpfeiler im Schutz von natürlichen Ressourcen. Dabei ist der Aufbau und Erhalt von Stoffkreisläufen im Baubereich - aufgrund der großen Menge an Baurestmassen - von besonderer Ressourcenrelevanz. Während in Zukunft im Sinne der Nachhaltigkeit schon bei der Errichtung von Gebäuden auch auf Möglichkeiten zur Stoffstromtrennung beim Rückbau geachtet werden sollte, sind die heute rückzubauenden Bauwerke nicht unter diesem Gesichtspunkt errichtet worden.