Technische Universität Darmstadt
Institut für Massivbau
Baustoffe, Bauphysik, Bauchemie

 

Baustoffkreislauf im Massivbau


Teilprojekt E/13

Der Einfluß von Gips aus Bauschutt im rezyklierten Zuschlag auf die Frisch- und Festbetoneigenschaften

Abschlußbericht

Alexanderstraße 5
64283 Darmstadt
Tel.: 06151/16-2744
Fax: 06151/16-5344

 

1. AUFGABENSTELLUNG

Gipsbaustoffe sind im Innenausbau weit verbreitet. Neben Gipsputzen werden heute in großem Umfang Gipsplatten sowie Fließestrich auf Gipsbasis verarbeitet. Nach der Nutzungsphase eines Bauwerks können vor allem Gipsplatten relativ einfach selektiv zurückgebaut werden. Prinzipiell ist dies auch für Estrichkonstruktionen möglich. Auch bei ungeordnetem Rückbau können Gipsplattenreste sowie massive Gipsbauteile einfach durch mechanische Selektion aus dem Bauschuttstrom entfernt werden. Für Gipsputze, die relativ fest am jeweiligen Putzträger haften, ist dies indessen nicht einfach möglich. Speziell bei der Aufbereitung von Betonbauwerken, die mit Gips im Innenbereich verputzt sind, gelangt dieser in die Fraktionen des rezyklierten Zuschlags und damit in den daraus hergestellt Beton. Die DIN 4226 legt dabei als Höchstgrenze einen maximalen Gipsgehalt für Zuschlag, ausgedrückt als SO3, von 1% fest.

Im Rahmen der vorliegenden Untersuchungen soll geklärt werden, wie Gips in rezykliertem Zuschlag die Eigenschaften von Beton verändert, verglichen mit Beton der mit gipsfreiem Zuschlag hergestellt wurde.

 

2. DURCHFÜHRUNG DER VERSUCHE

Zur Untersuchung wurde Gips in stückiger bzw. feinpulvriger Zugabeform im Mengenbereich 0-4 Gew.-% SO3 der Kornfraktion 2-8 mm bzw. 0-2 mm zugesetzt. Der rezyklierte Zuschlag 2-8 mm wird nach DIN 4226 und DIN 52104 auf seine Frost-Tau-Beständigkeit überprüft.

Von den Betonen werden Frisch- und Festbetoneigenschaften bestimmt. Am Frischbeton wird das Ausbreitmaß in Abhängigkeit von der Zeit sowie die Verarbeitbarkeitszeit ermittelt. Am Festbeton werden die Druckfestigkeitsentwicklung, die feuchteabhängige Verformung und die Frost-Tau-Beständigkeit bestimmt.

 

3. BETONHERSTELLUNG

Bei der Herstellung der Betone wird das Größtkorn, der w/z-Wert und der Zementgehalt stets beibehalten. Die einzelnen Betonmischungen unterschieden sich in ihren Gipsgehalten. Diese werden gewichtsanteilig in der jeweiligen Korngruppe ausgetauscht. Die Gipszugabeform entspricht der Körnung der jeweils auszutauschenden Korngruppe.

Zusammensetzung des Referenzbetons:

Zuschlag 0/2 mm Natursand 632 kg/m3
Zuschlag 2/8 mm
(Zusammensetzung Tab. 3)
rezyklierter Zuschlag 512 kg/m3
Zuschlag 8/16 mm Kies 361 kg/m3
Sieblinie angestrebt B 16
w/z-Wert 0,55
Zement CEM I 32,5 R
Zementgehalt 373 kg/m3
Konsistenz KR

 

4. HERSTELLUNG UND LAGERUNG DER PROBEKÖRPER

Es werden insgesamt 8 Serien mit je 12 Probekörpern betoniert und vermessen. Dabei variieren die Lagerbedingungen, der Calciumsulfatgehalt und die Körnung des zugegebenen CalciumsulfatDihydrates. Die Probekörper für die Druckfestigkeitsprüfung werden alle 1 d in der Schalung belassen und anschließend bis zum Prüfzeitpunkt alternativ bei Normklima, 20 0C und 65% r.F., oder in Wasser gelagert. Die mit Gipspulver versetzten Proben werden ausschließlich in Wasser gelagert. Zur Bestimmung eines Meßwertes werden drei Probewürfel mit 150 mm Kantenlänge auf Druckfestigkeit geprüft. Die Messungen der feuchteabhängigen Verformung werden an Probekörpern mit der Abmessung 4x4x16 cm vorgenommen. Die Prismen werden 2 Tage in der Schalung belassen und anschließend 5 Tage in Wasser gelagert. Ab dem 7 Tag erfolgt die Lagerung bei einer relativen Luftfeuchte von 45 % r.F. und 20 0C.

 

5. GIPSANTEILE

Die Gewichtsanteile beziehen sich auf die jeweilige auszutauschende Korngruppe, den Gesamtzuschlag und den Zementgehalt.

Tabelle 1: Gipsanteile im Zuschlag

 

6. ERGEBNISSE DER VERSUCHE

6.1 Frischbetoneigenschaften

Die Bestimmung der Konsistenz des Frischbetons wird nach DIN EN 12358 durchgeführt. 10 Minuten und 60 Minuten nach der Wasserzugabe wird das Ausbreitmaß bestimmt. Die Verarbeitbarkeitszeit wird in Anlehnung an die DAfStb-Richtlinie für Beton mit verlängerter Verarbeitbarkeitszeit ermittelt.

Tabelle 2: Ergebnisse der Frischbetonuntersuchungen.

 

6.2 Festbetoneigenschaften

6.2.1 Untersuchungen zur Druckfestigkeitsentwicklung des Referenzbetons

Die Druckfestigkeit der wasser- und luftgelagerten Probekörper wird nach 2, 7, 28 und 91 Tagen bestimmt. Die Prüfung der Druckfestigkeit erfolgt nach DIN 1048, Teil 5.


Bild 1: Einfluß der Probenlagerung auf die Festigkeitsentwicklung des Referenzbetons


Bild 2: Vergleich der Druckfestigkeit von luft- und wassergelagerten Proben des Referenzbetons und der mit Stückgips versetzten Betone

6.2.2 Untersuchungen zur Bestimmung des Schwindens

Die Messungen der feuchteabhängigen Verformung werden bis zum Alter von 91 Tagen vorgenommen. Zu jedem Meßzeitpunkt wird das Gewicht und die Längenabmessung der einzelnen Probekörper bestimmt.


Bild 3: Zusammenhang zwischen feuchteabhängiger Verformung und Feuchteänderung in Abhängigkeit vom Gipszusatz

 

7. FROST-TAU-WECHSEL-VERSUCHE

7.1 Untersuchung des rezyklierten Zuschlagmaterials nach DIN 4226 und DIN 52104

Die Proben werden 10 Frost-Tau-Wechsel bei starker Durchfeuchtung und 20 Frost-Tau-Wechsel bei mäßiger Durchfeuchtung ausgesetzt, wobei sie an der Luft auf -20 0C abgekühlt und in einem Wasserbad aufgetaut werden. Bei den untersuchten Proben handelt sich um rezyklierten Zuschlag der Kornfraktionen 2/8 mm. Das Material wurde von der Mainfränkischen Baustoffaufbereitung und Wiederverwertung GmbH & Co. KG in Eltmann-Roßstadt ausgeliefert.

Tab. 3: Zusammensetzung des verwendeten Zuschlags

Betonbruch 63,5 Gew .-%
Naturstein 28,5 Gew.-%
Ziegel 6,0 Gew.-%
Fremdanteile 2,0 Gew.-%

Nach Bestimmung der Wasseraufnahme werden die Proben 10 bzw. 20 Frost-Tau-Wechseln ausgesetzt und im Anschluß daran der Gewichtsverlust bestimmt.

Tab. 4: Wasseraufnahme und Absplitterung der Prüfkornfraktion bei mäßiger und starker Durchteuchtung

FTW 10 20
Wasseraufnahme [Gew.-%] 7,1 7,33
Absplitterung [Gew.-%] 7,6 12,93

Für Beton, der häufigen Frost-Tau-Wechseln im stark durchfeuchteten Zustand ausgesetzt ist, gilt der Frostwiderstand des Zuschlags als ausreichend, wenn bei der Prüfung nach DIN 4226 der Durchgang durch das dort vorgesehene Prüfsieb 4 Gew.-% nicht überschreitet. Der untersuchte rezyklierte Zuschlag aus Bauschutt genügt diesen Anforderungen demnach nicht. Bezüglich der Frostbeständigkeit können an den rezyklierten Zuschlag nur verminderte Anforderungen ,,vF" gestellt werden, so daß bei Verwendung als Zuschlag für Beton eine Eignungsprüfung erforderlich wird.

7.2 Frost-Tau-Wechsel-Versuche an Betonprobekörpern nach dem DAfStb-Verfahren

Es werden drei Würfel mit der Kantenlänge 100 mm als Probekörper verwendet.. Im Alter von 28 Tagen beginnen die Frost-Tau-Wechsel, die 100 mal wiederholt werden. Die Probekörper zeigen keine flächigen Abplatzungen und nur geringfügige Abplatzungen an den Kanten.

Tab.5: Wasseraufnahme und Absplitterung der Betonprobekörper:

Probe Probekörper 1 Probekörper 3 Probekörperer 2
Trockengewicht [g] 2211 2212 2199
Wasseraufnahme nach h [g] 75 75 78
Absplitterung [g] 7,4 5,9 4,6
Absplitterung [%] 0,34 0,27 0,21

 

8. ZUSAMMENFASSUNG

Der stark wassersaugende Effekt der rezyklierten Zuschläge bewirkt ein rascheres Ansteifen des Frischbetons. Die undotierte und die mit 2 Gew.-% SO3 als Stückgips versetzten Betonmischungen zeigen ein vergleichbares Schwindverhalten. Die Untersuchung der Druckfestigkeiten läßt einen Einfluß der Lagerbedingungen auf die Festigkeitsentwicklung der unterschiedlich mit Gips dotierten Betone erkennen. Bei ausschließlicher Luftlagerung der Prüfkörper erzielen die stückgipsdotierten Betone mit zunehmender Gipskonzentration höhere Festigkeiten in bezug auf den Vergleichsbeton. Bei ausschließlicher Wasserlagerung der mit Stückgips versetzten Betone ist eine umgekehrte Festigkeitsentwicklung zu erkennen. Der nach DIN 4226 vorgeschriebene max. Gipsgehalt von 1 Gew.-% bezogen auf den Gesamtzuschlag wird nur bei den vorgenommenen Höchstdotierungen mit 4 Gew.-% SO3 ,bezogen auf die ausgwählte Kornfraktion, überschritten. Neben dem Gipsgehalt spielt auch die Zugabeform des Gipses eine Rolle. Je nach Zugabeform des Gipses zeigen die mit 2 % SO3 versetzten Betonmischungen unterschiedliche Frisch- und Festbetoneigenschaften.

An den verwendeten Zuschlag aus Bauschutt in der 2/8 mm Kornfraktion können nur vermindere Anforderungen ,,vF" bezüglich der Frostbeständigkeit gestellt werden. Ein mit diesem Material hergestellter Beton ist frostbeständig.

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Dieses Dokument stellt den vorläufigen Zwischenstand der Forschungsarbeiten zum Zeitpunkt seiner Verfassung dar. Für die endgültigen Ergebnisse der Forschungsarbeiten wird auf den Schlußbericht des Teilprojekts verwiesen.