Bauhaus-Universität Weimar
F.A. Finger-Institut für Baustoffkunde

Baustoffkreislauf im Massivbau
Teilprojekt A/04

Entwicklung von Verfahren zur Beurteilung der Kontamination der Baustoffe vor dem Abbruch (Schnellprüfverfahren)

Abschlußbericht
(Kurzfassung)

1 Problemstellung

Beim Abbruch von Bauwerken mit dem Ziel einer Wiederverwendung der Baustoffe als Zuschlagstoffe für konstruktiven Beton sind die schadstoffbelasteten Bereiche durch eine Vor-Ort-Analytik im Rahmen des kontrollierten Rückbaus zu erfassen und von der Verwertung auszuschließen. Die Vor-Ort-Analyse am Bauwerk einschließlich der Probenahme und einer definierten Auslaugung (Elution)
sieht vor, daß die Ergebnisse innerhalb von 1 - 2 Stunden vorliegen. Aufgrund der Schadstoffaufnahme über die Baustoffoberfläche ist neben der Ermittlung der Flächenverteilung auch das Tiefenprofil der Kontaminierung für die Verwertung entscheidend.

2 Rahmenbedingungen

Die Trennung in verwertbare und nicht verwertbare, kontaminierte Abbruchbaustoffe erfolgt derzeit auf der Grundlage von Richtwerten und analytischen Referenzverfahren, die in den Technischen Regeln für Bauschutt der LAGA bzw. dem Entwurf der DAfStb-Richtlinie für Beton mit rezykliertem Zuschlag für die Bewertung schadstoffbelasteter Gebäude, Bauteile oder Bauschutt vor der Aufbereitung vorgegeben sind. Entscheidend für die Bewertung des Gefährdungspotentials ist dabei weniger der Gesamtgehalt eines Schadstoffes im Bauschutt (bestimmt durch Feststoffanalyse) als der unter realen Bedingungen mobilisierbare und damit verfügbare Schadstoffanteil (bestimmt durch Raumluft- oder Eluatanalyse). Im Vordergrund der Maßnahmen steht die Bewahrung des Schutzgutes Wasser. Für die Bestimmung der auslaugbaren Schadstoffe ist dabei die Elution nach DIN 38414 Teil 4 (S 4) an einer definierten Körnung ( < 2 mm) vorgeschrieben.

Bei unspezifischem Verdacht sind die analytischen Untersuchungen auf folgende Schadstoffe bzw. Schadstoffgruppen beschränkt:

• Die Schwermetalle Cu, Ni, Pb, Cd, Cr(gesamt), Zn und Hg sowie As als Einzelwerte im Feststoff und im Eluat
• Phenole als Summenparameter im Eluat (Phenolindex)
• die organischen Schadstoffgruppen PAK, PCB, EOX und die Kohlenwasserstoffe als Summenparameter im Feststoff.

Durch die Vorgabe allgemeiner Verwertungsgrundsätze wie dem Vermischungsverbot, dem Verdünnungsverbot und die Zuordnung in entsprechende Einbauklassen (Z2) wird die Umweltverträglichkeit der Recyclingbaustoffe abgesichert.

3 Konzepte für die Vor-Ort-Analytik beim kontrollierten Rückbau

In Auswertung der Fachliteratur kommen für die Vor-Ort-Bewertung der Schadstoffbelastung in Abbruchbaustoffen im wesentlichen drei Lösungswege in Betracht:

• Die wirkungsbezogene Bestimmung des ökotoxischen Potentials der Baustoffe durch Anwendung von unspezifischen Biotests wie dem Leuchtbakterientest nach DIN 38412 Teil 34 (L34) an Eluaten und wäßrigen Suspensionen.
  Die Biotests sind einfach, preiswert, schnell und erfordern keine besondere Qualifizierung. Das Problem besteht in der geringen Empfindlichkeit gegenüber kanzerogenen und mutagenen Schadstoffen und der vielfältigen Störungen durch unschädliche Baustoffkomponenten.
• Die auf einen Richtwert bezogene, halbquantitative bzw. quantitative Bestimmung von Einzelschadstoffen oder Gruppenparametern mit Hilfe analytischer Fertigtests für Eluate und Extrakte.
  Die Tests sind einfach zu handhaben, sicher, umweltfreundlich, schnell und relativ kostengünstig. Schwierigkeiten ergeben sich vor allem durch Störungen der Farbbildung infolge hoher Begleitstoffkonzentrationen sowie durch ungenügende Empfindlichkeit bei geringen Konzentrationen.
• Der Einsatz von mobilen, feldtauglichen Meßgeräten der Laboranalytik bzw. von speziellen Methoden der in-itu-Messung am Bauwerk.
  Der Vorteil dieser Verfahren liegt in der rationellen und zuverlässigen Bestimmung der Schadstoffgehalte im Feststoff. Die Schadstoffkomponenten werden in der Regel simultan erfaßt und durch entsprechende Detektorsysteme aufgetrennt. Nachteilig sind die hohen Kosten für die Meßtechnik, ihren Schutz und für das qualifizierte Personal. Die in-situ-Meßtechnik erfaßt nur Oberflächenkontaminierungen bzw. Gesamtgehalte an den Bauwerken, die wasserwirtschaftlich nicht relevant sind.

Aufgrund der positiven Erfahrungen bei der Eigenkontrolle in der Abwasserbehandlung und der Bodensanierung mit analytischen Fertigtests werden die photometrischen Schnellmethoden auch für die abbruchbegleitende Vor-Ort-Analytik als besonders aussichtsreiche Lösung eingeschätzt.

4 Untersuchungen und Ergebnisse

Unter Berücksichtigung der o.a. Rahmenbedingungen wurde eine spezielles Betriebsverfahren zur Überwachung der Gewinnung wiederverwendbarer Baustoffe beim Abbruch entwickelt. Das Verfahrenskonzept wird in der folgenden Übersicht der konventionellen Laborüberwachung gegenübergestellt.

In den Laborversuchen wurde die Anwendbarkeit von handelsüblichen analytischen Fertigtests zur Schnellbestimmung der Schadstoffgehalte in künstlich dotierten Baustoffen bzw. real kontaminierten Bauschuttproben durch Vergleich mit Standardverfahren untersucht. Die Probenahme an kompakten Baustoffen erfolgte durch Bohrung mit Bohrmehlgewinnung bzw. Bohrkernentnahme. Nach beiden Methoden lassen sich Kontaminierungsprofile in einem Bauteil ermitteln. Das feinteilige, homogene Probenmaterial, das durch Trockenbohrung und Bohrmehlabsaugung gewonnen wurde, war für die nachfolgende Schnellelution mittels Ultraschallbehandlung besonders geeignet. Im Gegensatz dazu wurde für die Bestimmung organischer Komponenten die Bohrkerngewinnung durch Naßbohrung bevorzugt.

Durch die Ultraschallelution wurden innerhalb von 30 min bei Betonproben 40 bis 70 % und bei Ziegelproben 75 bis 95 % der unter Standardbedingungen (S4) löslichen Schadstoffe für die Analyse erfaßt. Für die quantitative Schnellbestimmung der toxischen Schwermetalle bzw. der Phenole im Eluat sind selektive analytische Fertigtests mit photometrischer Auswertung geeignet. Im Vergleich zu Referenzanalysen ergaben sich in der Regel um 10 bis 20 % höhere Ergebnisse, so daß eine sichere Beurteilung des beprobten Bauteils für die Verwertung möglich ist. Für die Vor-Ort-Bestimmung von Hg und As konnten keine geeigneten Fertigtests nachgewiesen werden.

Insgesamt sind die Ergebnisse der Schnellmethoden für Schwermetalle mit den Analysenwerten der Referenzverfahren weitgehend vergleichbar und können durch Einführung entsprechender Sicherheitskoeffizienten oder einer Anpassung der Richtwerte für die Vor-Ort-Bewertung der Umweltverträglichkeit der Abbruchbaustoffe im Sinne von Betriebsverfahren herangezogen werden.

Zementgebundene Baustoffe wie Beton und, in unterschiedlichem Maße, auch Ziegelmaterial wiesen eine hohe Kapazität für die Immoblisierung von Schwermetallen mit Ausnahme des anionischen Cr(VI) auf. Für die Untersuchungen an dotierten Baustoffproben ergab sich daraus der unerwünschte Effekt, daß die Eluatkonzentrationen trotz hoher Kontaminierung oft unter den Bestimmungsgrenzen der verfügbaren Fertigtests lagen und Schnellbestimmungen in den Konzentrationsbereichen der Richtwerte mit Standardlösungen simuliert werden mußten.

Organische Schadstoffbelastungen in den Baustoffen konnten durch gruppenspezifische immonologische Schnelltests in Bezug auf einen vorgebenen Richtwert halbquantitaiv als Über- oder Unterschreitung bestimmt werden. werden. Bei Absenkung der LAGA-Richtwerte entsprechend den Empfehlungen des BiM-Projektes A/03 sind die Immunoassays jedoch in Bezug auf PCB nicht mehr anwendbar. Unter diesen Voraussetzungen müssen die Entscheidungen über die Verwertbarkeit des Abbruchmaterials ausschließlich durch konventionelle Laboranalysen (Deklarationsanalysen) getroffen werden.

Die Konzept wurde zur Untersuchung real kontaminierter Baustoffe eines Industrieobjektes (Galvanikbereich und Maschinenhalle) angwendet und und zeigte in Rahmen der gegebenen Probenhomogenität weitgehende Übereinstimmung mit den Ergebnissen der Referenzanalytik eines akkreditierten Umweltlabors.

5 Schlußfolgerungen

Zusammenfassend ist festzustellen, daß die Vor-Ort-Bestimmung einzelner kritischer Schadstoffe wie der Schwermetalle oder einzelner organischer Schadstoffgruppen schnell, und bei Parallelbestimmungen auch kostengünstig, mit Hilfe analytischer Fertigtests durchgeführt werden kann. Dagegen ist bei der Analyse mehrerer Schadstoffe aufgrund der Einzelbestimmungen ein hoher Aufwand an Personalkosten zu erwarten, die den Kostenvorteil der Vor-Ort-Analytik im Vergleich zu Simultanbestimmungen im Labor drastisch senken können. Eine ebenso aufwendige Alternative stellt der Einsatz mobiler, feldtauglicher Laborgeräte wie GC/MS, GC/FID und tragbarer IR-Photometer dar. Für die Gefahrstoffermittlung ist hier die Entwicklung der in-situ-Meßverfahren am Bauwerk auf der Basis der Laseranregung und einer integrierten Sensormeßtechnik für die simultane Identifizierung und Bestimmung vorhandener Schadstoffe abzuwarten.

Die Akzeptanz der Fertigtests als Betriebsmethoden für die Vor-Ort-Bewertung von wiederverwendbaren Baustoffen wird im wesentlichen durch die Zuverlässigkeit und den Kostenaufwand der Schnellbestimmungen im Vergleich zu den Referenzverfahren bestimmt. Dabei ist jedoch zu berücksichtigen, daß das eigentliche Problem für eine zuverlässige Bewertung des Kontaminierungszustandes der Abbruchbaustoffe in der Gewinnung repräsentativer Proben am Bauwerk besteht.