SPEZIFISCHE ROHDICHTE VON ABBRUCHMATERIAL - ENTWICKLUNG EINES NEUEN CHARAKTERISIERUNGSVERFAHRENS

Peter Grübl, Marcus Rühl, Christoph Lemmer

ZUSAMMENFASSUNG

Ein zentrales Problem bei der Weiterverwertung von aufbereitetem Abbruchmaterial als Zuschlag für Beton ist die Streuung der Rohdichten der einzelnen Bestandteile. Die Kenntnis der Rohdichteverteilung im Abbruchmaterial ist Voraussetzung für die korrekte Erstellung eines Mischungsentwurfes. Im Folgenden wird eine Methode vorgestellt, mit deren Hilfe eine Beurteilung von Abbruchmaterial hinsichtlich der Rohdichte möglich ist.

1 Einleitung

Zuschläge aus aufbereitetem Abbruchmaterial entziehen dem Frischbeton Wasser und bewirken somit ein sehr rasches Ansteifen des Betons. Abbruchbestandteile mit einer kleinen Rohdichte saugen dabei mehr Wasser auf als Bestandteile mit einer großen Rohdichte. Die Rohdichteverteilung der Zuschläge aus aufbereitetem Abbruchmaterial muß somit bekannt sein, um die Konsistenzänderung des Frischbetons vorherzusagen, und wenn nötig, ihr entgegenwirken zu können. Ein weiterer Grund, warum die Rohdichten der Zuschläge bekannt sein müssen liegt darin, daß man für einen Mischungsentwurf die Rohdichten der Zuschläge braucht, um die richtige Zuschlagsmenge berechnen zu können. Auch ist die Festigkeit eines Zuschlags mit großer Rohdichte höher als eines Zuschlags mit kleiner Rohdichte.

Um aufbereitete Abbruchmaterialien beurteilen zu können, wurde ein Trennapparatur im Labormaßstab gebaut. Diese ermöglicht es, repräsentative Proben, entnommen aus einer großen Menge Material, in einzelne Rohdichtebereiche zu trennen. Anschließend ist ein Rückschluß auf die Rohdichteverteilung der Gesamtmenge möglich.

2 Apparatur zur Rohdichtetrennung

Der Aufbau der Trennapparatur zeigt sich wie folgt:

Wirkungsweise: Wasser wird von einer Pumpe (1) durch ein Rohr mit einer Durchflußregulierung (2) gepumpt. Anschließend gelangt es in ein vertikales Steigrohr und trifft bei (4) auf eine Scheibe mit vielen kleinen Löchern. Diese bewirken eine starke Verwirbelung des Wassers über der Scheibe (5) und nach der Auflösung der Wirbel eine näherungsweise gleichmäßige Strömungsgeschwindigkeit des Wassers über den Rohrquerschnitt. Bei (6) entscheidet sich, ob die eingestellte Strömungsgeschwindigkeit ausreicht, um das Korn aufschwimmen zu lassen oder nicht. Schwimmt das Korn mit dem Wasserstrom auf, so wird es mit einem Sieb (7) vom Wasser getrennt.

Um zu verhindern, daß die Apparatur lediglich nach der Größe der Bestandteile trennt, werden in die Trennapparatur nur Bestandteile einer Fraktion eingefüllt. Am Ende eines Trennvorgangs befinden sich jeweils die leichten Bestandteile im Sieb, die schweren noch immer in der Trennapparatur. Dieser Vorgang kann solange wiederholt werden, bis alle Bestandteile aufgeschwommen sind. Sind auch die letzten Bestandteile aus der Apparatur herausgespült, hat man die Probe in Bereiche verschiedener Einzelrohdichten getrennt.

3 Ergebnisse

Um die Ergebnisse besser darstellen zu können, wurde eine willkürliche Einteilung in drei Rohdichtebereiche gewählt. Die erste Rohdichteklasse umfaßte alle Bestandteile mit einer Rohdichte < 2,0 kg/dm³, die zweite die Rohdichten 2,0 - 2,3 kg/dm³ und die dritte den Rohdichtebereich > 2,3 kg/dm³. Bei 16 untersuchten Proben ergab sich für die Fraktion 4/32 mm die in Bild 2 gezeigte Massenverteilung.

Die Unterteilung der Fraktion 4/32 mm in die Fraktionen 4/8 mm, 8/16 mm und 16/32 mm zeigt, daß die Verteilung innerhalb der Fraktionen schwankt. Bild 3 verdeutlicht diesen Zusammenhang.

Es zeichnet sich hier der deutlicher Trend ab, daß sich in den kleineren Fraktionen vornehmlich Bestandteile mit einer größeren Rohdichte befinden. In den größeren Fraktionen befinden sich vermehrt Bestandteile mit kleinerer Rohdichte. Dies liegt daran, daß die Volumenanteile von Mörtelmatrix in den größeren Fraktionen größer ist als in den kleinen.

Einen Überblick über die Rohdichtezusammensetzung aller untersuchten Proben liefert Bild 4. Dort wird gezeigt, wie sich jede einzelne Probe in die drei definierten Rohdichtebereiche aufteilt. Hier zeichnen sich Proben aus Betonbruch (z.B. 31, 13, 2) dahingehend aus, daß sie keine oder nur geringe Anteile von Bestandteilen mit einer Rohdichte < 2,0 kg/dm³ hatten. Bauschuttproben (z.B. 32, 33, 43) waren hier viel heterogener. Sie weisen meist Bestandteile aller drei Rohdichtebereiche auf.

Aus den Meßwerten ergibt sich eine Mittlere Rohdichte aller Proben von 2,15 kg/dm³. Die mittleren Rohdichten der einzelnen Proben ist in Bild 5 gezeigt.

Ein weiteres wichtiges Merkmal zur Beurteilung einer Probe aus aufbereitetem Abbruchmaterial ist die Homogenität.

Sie beschreibt die Abweichung der Einzelrohdichten von der mittleren Gesamtrohdichte. DIN 4226, Teil 2 begrenzt diese Abweichung auf 15% um einen festgelegten Sollwert. Die im Abbruchmaterial vorhandenen Abweichungen zeigt Bild 6. Auch hier ist zu sehen, daß Betonbruchproben homogener sind als Proben aus Bauschutt.

Bei einer Betrachtung der einzelnen Fraktionen zeichnet sich der Trend ab, daß die Abweichungen der Einzelrohdichten von der mittleren Gesamtrohdichte in den kleineren Fraktionen größer war als in den großen Fraktionen. Dies liegt daran, daß in den großen Fraktionen lediglich Bestandteile aus Ziegel, Beton und verschiedenen Steinsorten vorhanden sind. In den kleineren Fraktionen befinden sich dahingegen auch noch viele andere Bestandteile des Abbruchmaterials sowie Körner aus reiner Mörtelmatrix.

4 Schlußfolgerungen

Mit der entwickelten Trennapparatur ist es möglich, repräsentative Proben aus aufbereitetem Abbruchmaterial der Rohdichte nach zu trennen, und somit ihre Rohdichtezusammensetzung zu beschreiben. Mit diesem Wissen kann die Eignung des Materials für eine Verwendung als Zuschlag für Beton beurteilt werden. Mit dem in Bild 8 angegebenen Diagramm wird der Versuch unternommen, eine solche Beurteilung vorzunehmen. Die dort angegebenen Werte sind keine festgelegten Fixwerte, sondern sollen lediglich als Diskussionsgrundlage dienen.