Veröffentlichung: Recyclingzuschläge für Stahlbeton

Recyclingzuschläge für Stahlbeton

Dr.-Ing. G. Kohler, Deutag GmbH & Co KG (Duisburg)
erschienen im Vortragsskriptum zum Betontag 1997

1 Die Baureststoffe

Ausgehend von Mengenschätzungen des Statistischen Bundesamtes Anfang/Mitte der 90er Jahre für die alten Bundesländer konnte die Gesamt-Entfallmasse an Baureststoffen auf knapp 300 Mio. t/Jahr hochgerechnet werden. Bei einem Gesamt-Abfallaufkommen von rund 400 Mio. t/Jahr machen also Baureststoffe gewichtsmäßig 75 %, volumetrisch 60 % aus (Bild 1).
Von den Bauabfällen insgesamt können vorrangig die Sorten Straßenaufbruch, Bauschutt und Baustellenabfälle dem Recycling zugeführt werden, während Erdaushub, die hierbei weit überwiegende Menge, also vorrangig für Erd- und Dammbauwerke, Rekultivierungen und Verfüllungen zu verwenden sind.
Im Bereich des Bauschutts wird der große Anteil durch Betonabbruch sowie durch Ziegel bzw. weitere Mauerwerksteine dargestellt. Im Bereich des Straßenaufbruchs stellt Asphaltaufbruch mit knapp 15 Mio. Tonnen die Hälfte des Aufkommens dar.
Aus dem Bereich der Baustellenberäumung bzw. der Renovierung fallen mit ca. 14 Mio. t/Jahr verschiedenartigste Bauabfälle an, die im allgemeinen in vermischter Form zu Sortieranlagen verbracht werden, sofern sie nicht direkt auf Großbaustellen getrennt gesammelt werden können. Die Gesamtmenge der für Recycling in Frage kommenden Baureststoffe kann derzeit wegen der umfangreichen Anpassungsmaßnahmen Ost auf bis zu 100 Mio. t/Jahr beziffert werden. Die Recyclingquote liegt derzeit bei ca. 50 %. Bei Verfolgung einer systematischen Verwertungspolitik sind Wiederverwertungsquoten bis zu 90 % durchaus realistisch (Bild 2).
Das dabei heute üblicherweise hergestellte Mischgranulat wird vorwiegend im Erd-, Tief- und Straßenbau verwendet. Nur in Einzelfällen werden Einzelkörnungen für Sonderanwendungen wie Wasser- und Gasdrainageschichten sowie als Zuschlag für Asphalt, geringwertige Betone und für Gerüstbaustoffe in Bodensubstraten hergestellt.

2 Vom Down-Cycling zum Recycling

Da bisher Stoffe verschiedenster Herkunft ohne systematische Separierung aufbereitet wurden, konnten nur relativ niederwertige Stoffe zur Verwertung im Straßen-, Wege- und Tiefbau hergestellt werden. Ein solcher Vorgang ist als Down-Cycling zu bezeichnen (Bild 3).
Im Sinne des seit 7.10.1996 gültigen Kreislaufwirtschaft- und Abfallgesetzes KrW/AbfG gilt nun eindeutig der Vorrang der Verwertung vor der Beseitigung und hierbei wiederum eine möglichst hochwertige Wiederverwendung. Wegen der konjunkturellen Lage, aber auch weil immer mehr mineralische Stoffe im Kreislauf zu halten sind, die u. a. wegen ihrer Rohdichte, Frostbeständigkeit oder Festigkeit für die Anwendung im Erd- und Straßenbau weniger geeignet sind, ergibt sich die Verpflichtung, Baurestmassen dort wiederzuverwenden, wo sie herkommen, und dies möglichst hochwerig.
Hierfür ist Grundvoraussetzung, die Stoffe möglichst nach Herkunft und Stoffklassen getrennt an der Abbruchstelle aufzunehmen und im Aufbereitungsbetrieb getrennt zu halten. Dies ist Grundlage für ein echtes Recycling (Bild 4).
Hiermit eröffnet sich der Weg zur qualifizierten Verwertung im Straßen- und Wegebau, zur Abdeckung von Versorgungsleitungen, als Zuschlagstoff im Bereich Beton, Betonwaren und Fertigbauteile, für Bausteine und Bauelemente sowie auch als Bahnschotter. Baumischabfälle sind so zu sortieren, daß wiederum sortenreine Fraktionen mineralischer und nichtmineralischer Art der gezielten Aufbereitung und Verwertung zugeführt werden können.

3 Aufbereitungstechnik

Zur Gewinnung sortenreiner, hochwertiger Granulate ist systematische Rückbauplanung Voraussetzung - selektiver Rückbau, entsprechende Logistik, Annahmekontrolle im Aufbereitungsbetrieb, getrennte Lagerung und Einsatz hochwertiger Aufbereitungsaggregate. Wichtige Aggregate sind hierfür Vorabsiebung und Abscheidung von Eisenschrott durch Überbandmagnete. Durch Lesestände muß sich die Möglichkeit bieten großformatige Störstoffe auszulesen, ehe das Korn > 45 mm vorwiegend mit Prallbrechern zu Körnungen aufgeschlossen wird. Nach erneuter Abscheidung von hierbei freigelegtem Eisenschrott erfolgt eine fraktionelle Siebung und die Abscheidung von Leichtstoffen durch Windsichter. Hierdurch können sowohl qualifizierte Einzelkörnungen als auch Korngemische hergestellt werden, die der Begrifflichkeit Sekundärrohstoffe zuzuordnen sind. Dies wird insbesondere garantiert durch systematische Güreüberwachung und dabei eine wesentlich intensivere Beprobung und Prüfung der bautechnischen und umwelttechnischen/wasserwirtschaftlichen Eigenschaften, als dies bei Primärrohstoffen der Fall ist (Bild 5 und Bild 6).

4 Trockene und nasse Sortierverfahren

Bei trockener Aufbereitung ist das Herzstück der Windsichter. Die Sichtung hat an möglichst enggefaßten Korngruppen stattzufinden, so daß die Windgeschwindigkeit so eingestellt werden kann, daß Störstoffe geringer Rohdichte und bestimmter Kornformen sicher vom schweren mineralischen Gut abgetrennt werden können. Durch Verringerung der Windgeschwindigkeit werden Leichtstoffe aus dem Prozeß ausgetragen (Bild 7).
Durch die höheren Anforderungen, wie sie beispielsweise für die Herstellung von Betonzuschlag oder für Rohstoffe zur Bausteinherstellung gestellt werden, kommt darüber hinaus die Dichte-Trenntechnik mit Hilfe von Setzmaschinen ins Spiel. Verfahren, die erprobt sind im Bergbau und in der Erzgewinnung.

5 Dichtesortierung

Zur Gewinnung von Betonzuschlägen aus gemischtem Bauschutt und hier insbesondere Beton und Wandbausteinen (vorrangig Ziegel), dürfte man auf Dauer nicht um den Einsatz nasser Waschverfahren herumkommen, wenn Qualitätsmerkmale zumindest in Anlehnung an DIN 4226 Teil 1 erreicht werden sollen. Wenn neben der Staubfreihaltung der Oberfläche Stoffe mit einer Dichte < 2 g/cm³auszusondern sind, kommt nach heutigem Erkenntnisstand nur noch die sog. Setzmaschinentechnik in Frage (Bild 8).
Das Grundprinzip der Setzsortierung ist, daß ein Stoffgemisch pulsierend von Wasser durchströmt wird. Als Folge der Pulsation schichtet (setzt) sich das Stoffgemisch nach der Dichte, d. h., schwere Partikel reichem sich im unteren Bereich der Materialschüttung an, leichte Partikel wandern in den oberen Bereich. Zusätzlich besteht die Möglichkeit, aufschwimmende Materialien (Holz, Papier, Porenbeton usw.) abzutrennen.
Entscheidend für die Trennschärfe von Setzmaschinen ist der Dichteunterschied im Stoffgemisch, die Massenanteile der einzelnen Dichtefraktion, die Kornform, die Art der Wasserbewegung, die Austragungsvorrichtung zum kontinuierlichen Austragen der jeweils schwersten Stoffschicht (Bild 9).
Bei den Hauptkomponenten der heterogenen Recycling-Baustoffgemische sind im wesentlichen folgende Stoffarten zu unterscheiden:
Natursteine, Kies, Beton und Mörtel mit Dichten zwischen 2,5 und 3 g/cm³,Ziegel können Werte zwischen 2,4 g/cm³(Hartbrandziege) und 1,8 g/cm³(Leichtbrand) besitzen. Leichtbetone, Bimssteine und Kunststoffe werden Rohdichten deutlich unter 2 g/cm³besitzen und die sonstigen abzuscheidenden Störstoffe (Leichtgut 2 wie Holz, Plastik, Papier) besitzen Dichten unter 1 g/cm³.
Diese Dichtedifferenzen bei stofftich heterogenen RC-Baustoffen werden genutzt, um mit Hilfe von geeigneten Trennschnitten stoffliich homogenere Fraktionen zu erzielen.
In großtechnischen Untersuchungen an einer in Holland installierten Setzmaschine wird im Rahmen des Forschungsprogramms ,,Baustoffkreislauf im Massivbau" des Deutschen Ausschusses für Stahlbeton die Setzmaschinentechnik erprobt. Dieses Teilprojekt wurde von DEUTAG remex und Allmineral finanziert und technisch durchgeführt sowie wissenschaftlich betreut von K&M Kraß & Mesters, Bochum (Bild 10).
Im folgenden wird ein Beispiel dieser Untersuchungen und der Ergebnisse dargestellt. Aus dem stofflich heterogenen RC-Baustoff als Ausgangsgut (gesichtet) (Bild 11) wird in der ersten Stufe dabei RC-Sand 0/4 mm sowie ein Leichtgut 1, bestehend aus Pappe, Papier, Holz, Porenbeton ... und ein Schwergut 1, ein stofflich heterogener RC-Baustoff 4/32 m ,gewonnen.
Dieser wird in einem weiteren Schritt in ein Schwergut 2, welches mit Naturstein und Beton angereichert ist - Körnung 4/32 mm (Bild 12) - und in ein Leichtgut 2 gleicher Korngröße, jedoch Ziegel angereichert, separiert.
Das Leichtgut 1 besteht im wesentlichen aus Störstoffen, das Schwergut 1 ist als stofflich heterogen zu bezeichnen, jedoch befreit von aufschwimmenden Bestandteilen, die im Leichtgut 1 abgeschieden wurden.
Der stoffliche Unterschied zwischen Schwergut 2 und Leichigut 2 ist schon alleine in der Farbe zu erkennen wobei das Schwergut 2 (Bild 12) hauptsächlich Naturstein, Kies und Betonsplitte und nur in geringem Umfange rote Ziegelpartikel zeigt. Leichtgut 2 dagegen ist ausgesprochen ziegelangereichert.
Für das Schwergut 1 und die daraus hergestellten Dichtefraktionen Schwergut 2 und Leichtgut 2 zeigt die stoffliche Zusammensetzung an der Körnung > 4 mm, daß in der schweren Fraktion Beton und Naturstein angereichert werden, während im sog. Leichtgut deutlich die Ziegelfraktion zunimmt, obwohl noch immer die Betonfraktion anteilig die stärkste ist.
Bei den physikalisch mechanischen Eigenschaften ist deutlich der Unterschied der Rohdichten zu erkennen und hieraus resultierend der deutlich geringere und damit günstigere Schlagzertrümmerungswert am Schwergut 2, sowohl im Vergleich zum heterogenen Gemisch wie insbesondere im Vergleich zum Leichtgut 2. Entsprechend günstig stellt sich das Schwergut 2 auch bei den Absplitterungen der Kornklasse 8/16 mm nach 10 Frost-Tauwechseln dar. Hier werden nahezu Werte von hochqualifizierten Primärrohstoffen erreicht (Bild 13 und Bild 14).
Gewaschener Sand kann bei solchen Prozessen in sehr reiner Form gewonnen werden. Im Falle der Baustoffaufbereitung K&S GmbH in Büttelborn konnte dafür bereits eine allgemeine bauaufsichtliche Zulassung für Beton nach DIN 1045 bis einschließlich B 25 erreicht werden.

6 RC-Zuschlagstoff

Gleichwertigkeit mit Primärrohstoffen
In Nachbarländern, z. B. den Niederlanden, lassen es die Vorschriften bereits heute zu, zu einem gewissen Anteil Recyclate auch für die Herstellung höherwertigeren Betons, d. h. der Festigkeitsklasse Betongruppe B II nach DIN 1045, einzusetzen. In der Bundesrepublik werden, abgesehen von einigen Einzelzulassungen, bisher Betone der Gruppe B I, insbesondere sog. Rückenstützbetone und Sauberkeitsschichten, bis zur Festigkeitsklasse B 15 mit Recyclaten hergestellt, sofern dabei nicht ausdrücklich die Einhaltung der DIN 4226 gefordert wird (Bild 15).
Im Bereich der Betonwaren ist zumindest bei Aufbereitung von Betongranulaten aus homogenen Ausgangsstoffen. wie z. B. gebrauchte Betonwaren, nachgewiesen, daß unter Berücksichtigung technologischer Besonderheiten hochwertige Betone der Gruppe B II entsprechend DIN 1045 Tabelle 1 bis zur Festigkeitsklasse B 55 unproblematisch hergestellt werden können.
Unproblematisch ist auch die Herstellung von Straßenbeton aus Betonrecyclaten aus homogenem Ausgangsmaterial bei Aufnahme und Aufbereitung abgängiger Fahrbahnbetone.
In ersten Sonderfällen wurden allgemeine bauaufsichtliche Zulassungen durch das Deutsche Institut für Bautechnik, Berlin, erteilt.
Auch wird hier noch der Zusatz von Natursand gefordert, und die zulässige Herstellung von B 15 darf kein Beton mit besonderen Eigenschaften, wie Wasserundurchlässigkeit, Frost- und Tausalzwiderstandsfähigkeit nach DIN 1045 Abschnitt 6.5.7 sein.
Bekanntestes Beispiel für Betonrecycling-Zuschlag für höherwertigen Beton B 25 und B 35 ist der Neubau des Verwaltungsgebäudes der Umweltstiftung in Osnabrück (Bild 16). Weitere Sonderzulassungsverfahren laufen.

Der vom Deutschen Institut für Bautechnik festgelegte Prüfplan zur Bearbeitung eines Antrages über die Verwendung von Ziegelgranulaten für Beton der Festigkeitsklassen bis B 25 der remex Dresden zeig,. daß hier ein sehr erheblicher Prüfaufwand für Prüfungen am Zuschlag, Frischbeton und Festbeton zu betreiben ist (5seitiger Prüfplan!) (Bild 17).
Von einem derzeit konstituierten Ausschuß des Deutschen Ausschusses für Stahlbeton soll aktuell eine Richtlinie "Beton mit recyclierten Zuschlägen" als Ergänzung zu der derzeit noch gültigen DIN 4226 bzw. für die Herstellung von Beton und Stahlbeton gemäß DIN 1045 erarbeitet werden.
Auf Dauer wird die DIN 4226 ersetzt durch eine Euronorm, die derzeit im Entwurf als DIN EN 12 620 "Gesteinskörnungen für Beton einschließlich Beton für Straßen- und Deckschichten" im Februar 1997 vorgelegt wurde. Die Einspruchsfrist endete Ende März 1997, und Anfang April 1997 hat bereits die Behandlung der Einsprüche im entsprechenden nationalen Ausschuß stattgefunden (Bild 18). In dieser europäischen Norm haben generell Zuschläge aus Recyclingmaterialien neben den natürlichen und künstlichen Zuschlagstoffen Aufnahme gefunden, sofern sie eine Kornrohdichte über 2,0 Mg/m³aufweisen, allerdings auch versehen mit der Anmerkung "für Gesteinskörnungen aus Recyclingmaterial können zusätzliche Anforderungen erforderlich sein".
Aus den bisherigen Erkenntnissen ergibt sich bereits heute die zu empfehlende Vorgehensweise für den Einsatz von Recyclingzuschlägen in einem 3-Stufenprogramm (Bild 19).
Die genannten 3 Stufen sollten möglichst in einem 3-Jahres-Programm, begleitet vom laufenden F+E-Programm ,,Baustoffkreislauf im Massivbau" des BMBF und des DAfStb, umgesetzt werden.
Für konstruktiv verwendeten Stahl- bzw. Spannbeton gilt es dabei die spezifischen Anforderungen an den Beton und die Bemessung mit den speziellen Eigenschaften der hergestellten Betone aus RC-Granulaten abzustimmen bzw. in iterativen Schritten zu opitimieren.

Schrifttum:

[1]	Kohler, G. (Hrsg.): Recyclingpraxis Baustoffe - Der Abfallberater für Industrie, Handel und Kommunen, 3. Auflage, Verlag TÜV Rheinland. Köln 1997.
[2]	Kohler, G; Kurkowski H., und Penzel, U.: Wiederaufbereitung in Umweltgerechter Rückbau und Wiederverwertung mineralischer Baustoffe - Sachstandsbericht Deutscher Ausschuß für Stahlbeton, Beuth Verlag GmbH, Berlin 1996, Heft 462. Seiten 93 bis 139.
[3]	Kurkowski, H.: Mineralische Recyclate - Verwendung/Einsatzmöglichkeiten - vorhanden - neu. remex Recycling-Forum III, Eisborner Wintertagung, 28. Febr./1. März 1994, Seiten 74 bis 83.
[4]	Haukes, J.: Herstellung von hochwertigen Zuschlagstoffen aus Hochbauschutt und Betonbruch am Beispiel der Aufbereitungsanlage der VPR in Wilp/NL. Vortrag der Fachtagung ,,Produktion von Kies und Sand", gehalten am 25./26.1.1995 in Aachen.
[5]	Forschungsvorhaben ,,Baustoffkreislauf im Massivbau"' Forschungsverbund Wissenschaft-Wirtschaft BMBF - Förderkennzeichen 01ZB9505-O1ZB9506.
[6]	Mesters. K.: Großtechnische Aufbereitung von RC-Baustoffen mittels Dichtesortierung. 1. Ergebnisbericht. Krass & Mesters Beratungsgesellschaft mbH für Straßenbau- und Umwelttechnik. Auftraggeber: DEUTAG AG: Bochum, September 1996 - Teilprojekt C/03 "Hochwertige Verwertung schwer recyclebarer Baustoffe" aus "Baustoffkreislauf im Massivbau".
[7]	Zanker, G.: Anwendung von Recycling-Baustoffen im Betonbau. Betonwerk + Fertigteil-Technik Heft 4/1996, Seiten 59 bis 64.