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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.

Zielstellung des Projekts REALight war die Herstellung von Leichtgranulaten (lightweight aggregates, LWA) aus mineralischen Bau- und Abbruchabfällen auf einer Referenzanlage zur unter Erweiterung der Technologie für die Nutzung weiterer Einsatzstoffe und zur Gipsrückgewinnung. Dies ist Voraussetzung für die Übertragung der Produkt- und Verfahrensidee in die Praxis und den Nachweis der Sulfatabtrennung und -rückgewinnung aus gipshaltigem Material. Es werden Untersuchungen zur Verbreiterung der Rohstoffbasis durch Einkopplung spezifischer Stoffströme durchgeführt. Im Ergebnis soll das zu einer Reduktion des Blähmittelbedarfs und einer Absenkung der Brenntemperatur führen. Die Herstellung ausreichender Mengen an Leichtgranulaten für die umfassende Charakterisierung nach Norm und die Praxiserprobung in bekannten Anwendungen und neuen Einsatzfeldern war ebenfalls Gegenstand des Projekts. Das Verbundprojekt wurde durch die Bauhaus-Universität Weimar koordiniert. Am Projekt waren 12 Partner aus verschiedenen Bereichen der Baustoffherstellung und -anwendung, Abfallaufbereitung, Verfahrenstechnik sowie Forschung und Entwicklung beteiligt. Die Leichtgranulate wurden in einer Pilotanlage der IAB - Institut für Angewandte Bauforschung Weimar gGmbH in hergestellt. Untersuchungen zur Anwendung der leichten Gesteinskörnungen erfolgten bei den einzelnen Projektpartnern in hydraulisch gebundenen und ungebundenen Systemen. Die Einbeziehung von mehreren kleinen und mittelständischen Unternehmen trägt unmittelbar dazu bei, den Innovationsgehalt des Projekts in Bezug auf die Wirtschaftlichkeit, die Nutzung und die Eignung der Produkte für marktfähige Anwendungen nachzuweisen. Gleichzeitig geben die Unternehmen Anforderungen an die Eigenschaften der Leichtgranulate vor. Dazu wurden in das Projekt nicht nur zwei unterschiedliche Recyclingspezialisten einbezogen, sondern auch vier Unternehmen, die jeweils für die unterschiedlichen Anwendungsgebiete stehen. Das Projekt war in 12 Arbeitspakete gegliedert, die aufgrund ihrer Komplexität ineinandergriffen. Das Verbundprojekt kann auf der Basis des wissenschaftlich-technischen Innovationsgehalts in folgende Schwerpunkte unterteilt werden: • Rohstoffassessment zur Erweiterung der Rohstoffbasis über Bau- und Abbruchabfälle hinaus einschließlich Vorbehandlung und Aufbereitung • Herstellungstechnologie der Leichtgranulate in der Pilotanlage • Applikation der Granulate in Leichtbetonen, Mörteln, Mörteltrockenmischungen und ungebundenen Systemen • Sulfatentfrachtung von gipshaltigen Inputmaterialien und Erzeugung von REA-Gips Das Projekt wurde durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) im Rahmen der Fördermaßnahme „Ressourceneffiziente Kreislaufwirtschaft – Bauen und Mineralische Stoffkreisläufe (ReMin)“ als Teil der BMBF Strategie „Forschung für nachhaltige Entwicklung – FONA“ gefördert. Die Eignung von heterogenem ziegelhaltigen Bauschutt als Ausgangsstoff zur Herstellung von leichten Gesteinskörnungen in einem mehrstufigen Prozess wurde im Labor und im Pilotmaßstab nachgewiesen. Das Projekt REALight stellt einen weiteren Schritt für das Scale-up der Technologie dar. Erstmals wurde auch die Möglichkeit der Sulfatentfrachtung näher untersucht. Gleichzeitig wird es durch den Einsatz der in einer Pilotanlage hergestellten großen Materialmengen möglich, in einem umfangreicheren Prüfprogramm die Leistungsbeständigkeit als leichte Gesteinskörnung zu untersuchen. Gleichzeitig können vielfältige Anwendungen und Demonstrationen in gebundenen und ungebundenen Anwendungen erfolgen. Die Einbeziehung neuer mineralischer Reststoffe als Ausgangsstoffe oder Blähmittel für den Prozess kann bei positiven Ergebnissen zur Verbesserung der Wirtschaftlichkeit der Technologie beitragen. Die Eignung der LWA wurde im Rahmen von REALight für alle angezielten nachfolgenden Anwendungsgebiete nachgewiesen: • Trockenmörtel- und Mörtelsysteme • Leicht- und Infraleichtbetone (ILC) • Leichte Steinergänzungsmörtel für die Denkmalpflege • Ungebundene Anwendungen für leichte Körnungen In allen diesen Einsatzbereichen besteht im Hinblick auf eine nachhaltigere Produktion der Druck, dass natürliche oder aus natürlichen Rohstoffen erzeugte Körnungen, wie Bims und andere Vulkangesteine sowie hauptsächlich Blähton, ersetzt werden müssen. Geeignete leichte Gesteinskörnungen auf Sekundärrohstoffbasis sind mit Ausnahme von Blähglas, das aber nicht für alle Anwendungen per se geeignet ist, nicht am Markt vorhanden. Im Rahmen des Verbundprojekts erfolgte eine enge Zusammenarbeit zwischen den Industriepartnern und den 4 beteiligten Forschungseinrichtungen Bauhaus-Universität Weimar, IAB - Institut für Angewandte Bauforschung Weimar gGmbH, Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) und der Technischen Universität Clausthal mit dem Institut für Aufbereitung, Recycling und Kreislaufwirtschaftssysteme (IFAD).

In der vorliegenden Arbeit wurden verschiedene Epoxidharzsysteme charakterisiert. Zwei Systeme mit großen bruchmechanischen Unterschieden wurden zur Fertigung äquivalenter GFK- und CFK-Laminate mit Faserausrichtungen in 0/90° und ±45° ausgewählt. In quasi-statischen Zugversuchen und Einstufenschwingversuchen mit einem Beanspruchungsverhältnis von R= 0,1 wurden diese Laminate hinsichtlich ihres Schädigungsbeginns und ihrer Schädigungsentwicklung untersucht. Die Detektion der Schädigungen sowie die Dokumentation der Schädigungsentwicklung wurde anhand der Lichtabsorptionsanalyse an GFK-Laminaten und anhand der Röntgenrefraktionsanalyse an CFK-Laminaten umgesetzt. Auf diese Weise konnten Einflüsse der bruchmechanischen Eigenschaften der Matrix auf die Schädigungsentwicklung im Verbund aufgezeigt werden. Zudem wurden für die untersuchten Laminate die Schädigungsgrenzen bei schwingender Beanspruchung ermittelt. Anhand durchgeführter Schwingversuche an CFK-Laminaten im Very High Cycle Fatigue-(VHCF)-Lastwechselbereich bis 108 konnten Rückschlüsse vom Schädigungsverhalten im High Cycle Fatigue-(HCF)-Lastwechselbereich bis 106 auf die Dauerfestigkeit im VHCF-Bereich gezogen werden und damit VHCF-Dauerfestigkeitsgrenzen bestimmt werden. Mit dem Ziel die Ermüdung der Laminate auf die Beanspruchung der Matrix zurückzuführen, wurden die Erweiterte Inverse Laminattheorie, mikromechanikbasierte Mischungsregeln sowie eine Vergleichsspannungshypothese auf die untersuchten Laminate angewendet. Die Schädigungsgrenzen konnten damit in Form der Matrixbeanspruchung wiedergegeben werden. Die Abbildung der Ermüdung verschiedener Laminate anhand einer matrixspezifischen normierten Masterschädigungslinie ist für die behandelten CFK- und GFK-Laminate gelungen.

Carbon fiber-reinforced-plastics (CFRP) are already used under high-cycle- (HCF) and very-high-cycle-fatigue (VHCF) at relatively low loads not only in aerospace industry, but also in other growing markets like especially wind energy and increasingly also automotive industry. While the static strength of CFRP is satisfyingly predictable by means of layerwise-strenght-analysis and material data from single layers, it is more and more uncertain to predict residual strength or lifetime as the design lifetime increases. Previous studies showed that local minor cracks and inter-fiber-fracture (IFF) originate long before total failure of single layers. Reliable fatigue estimation for fiber-reinforced-plastics is not available at present. Subsequently safety-related primary structures made out of FRP are over dimensioned. It is possible to detect the change of inner surface in a specimen by means of X-Ray-Refractography. This includes voids, intact fiber-matrix-interfaces as well as defective ones, cracks and all interfaces in plane with the X-Ray-beam. As the crack-density (including IFF) increases, the inner surface of the material correspondingly increases. The borderline where even at high cycles no early cracks were detected was identified for selected laminates out of woven and non-crimped fabric with epoxy-matrix. When no micro-cracks were detected up to 106 cycles, the specimens also lasted in the VHCF-regime. Furthermore for the epoxy resin LY556 in combination with carbon fiber it was distinguished that at a load minor to 50% IFF-load level, no micro cracks were detected and consequently the VHCF-endurance reached. The integration of the set-up small-sized testing machine into the X-Ray buildup in order to achieve in-situ non-destructive detection of the crack initiation while loading the specimens (CFRP and GFRP- woven fabric and non-crimped-fabric) at the same time will increase the performance of the studies. In earlier investigations at BAM it was shown, that the matrix has a strong influence on the micro-crack formation and finally on the total lifetime. In order to determine the influence of the matrix properties on the boarderline to infinite life, research is done on laminates while replacing the epoxy-based matrix with an equivalent one with different fracture mechanical properties. With the evolution of early cracks and IFF monitored as well as the influence of the matrix on the crack propagation investigated we are working on an appropriate model to improve lifetime prediction in CFRP. This work is done within the priority program “infinite life” (SPP 1466) funded by Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG).

Faser-Kunststoff Verbunde und insbesondere Kohlenstofffaserverstärkte Kunststoffe werden bereits im Bereich der hohen (HCF) und sehr hohen Lastspielzahlen (VHCF) eingesetzt. Während statische Festigkeiten für diese Materialien bereits gut vorhersagbar sind, gibt es noch keine verlässliche Methode Schwingfestigkeiten zu bestimmen. Vergangene Studien an Faser-Kunststoff Verbunden an der BAM zeigten, dass bei Schwingbelastung Mikrorisse und Zwischenfaserrisse bereits weit vor dem finalen Versagen auftreten. Diese Schäden erhöhen die innere Oberfläche des Materials. Die Änderung der inneren Oberfläche kann mittels der Röntgenrefraktion bestimmt werden. Damit konnte im Rahmen der aktuellen Arbeit eine Lastgrenze ermittelt werden, bei der im untersuchten Lastwechselbereich keine Mikrorisse auftreten. Unter den gegebenen Material- und Versuchsparametern kann damit von einer ermittelten Dauerfestigkeitsgrenze gesprochen werden.