Die Verwendung der heute am Markt befindlichen aufbereiteten Abbruchmaterialien

Katharina KIemt

1 Einleitung

Recycling ist mittlerweile in aller Munde. Jeder Anbieter gleich welchen Produktes versucht, die Umweltfreundlichkeit desselben durch seine Recyclingfähigkeit hervorzuheben.

Die Brisanz der Thematik wird anhand der Verknappung der Rohstoffresourcen und der Deponieräume deutlich. Im besonderen besteht für die Bauindustrie dringender Handlungsbedarf, das ihrige zu einer Rückführung der bei Baumaßnahmen anfallenden Materialien in den Stoffkreislauf zu tun; mithin machen die anfallenden Baureststoffe in der Masse ca. 80 % des gesamten Abfallaufkommens der Bundesrepublik aus.

2 Weiterverwendung und Wiederverwertung

Bei der Diskussion um die Verwendung von aufbereitetem Abbruchmaterial ist der Begriff Verwendung genauer zu spezifizieren.

Werden Stoffe einer Weiterverwendung zugeführt, deren Qualität niedriger einzustufen ist als ihre vorherige Verwendung (zum Beispiel Weiterverwendung von Hochbauabruch als Verfüllmaterial, Verarbeitung von Kunststoffen zu Parkbänken oder Lärmschutzwänden) so wird von Downcycling gesprochen.

Aus der Sicht des Stoffkreislaufes, ist eine Wiederverwertung auf möglichst hohem Qualitätsniveau anzustreben. Beispiele für Recycling sind die Wiederverwertung von Asphaltaufbruch in bituminösen Tragschichten oder die Verwertung von Betonbruch als Zuschlagstoff bei der Herstellung von Beton.

Eine Deponierung der Materialien entspricht ihrem Ausscheiden aus dem Stoffkreislauf und ist zu vermeiden; auf jeden Fall sind aber die zu deponierenden Massen möglichst gering zu halten, etwa durch vorheriges Aussortieren noch brauchbarer Materialien.

Voraussetzung für eine qualitativ hochwertige Verwertung von Abbruchmaterialien ist deren Sortentrennung. Je sortenreiner das aufzubereitende Material ist, um so besser kann die Aufbereitungstechnik auf den Stoff und die Art der weiteren Nutzung abgestimmt sein.

Die Qualität des Sekundärrohstoffes hängt in entscheidendem Maße von dessen homogener Zusammensetzung ab.

Je früher eine Separierung erfolgt, um so einfacher gestaltet sie sich. So ist schon bei der Abrißmaßnahme auf einen selektiven Rückbau zu achten. Das bedeutet zum Beispiel im Hochbau eine Entkernung des Objektes vor dessen Abbruch und eine separate Erfassung von z. B. Ziegel, Porenbeton und Beton direkt am Abrißort.

Auf das breite Spektrum der heutigen Aufbereitungstechnologie soll an dieser Stelle nicht im einzelnen eingegangen werden. Aus der Vielzahl der bei Baumaßnahmen anfallenden Stoffe seien die mineralischen herausgegriffen, da sie im größten Umfang anfallen. Die Aufbereitung dieser Stoffe kann in mobilen, semimobilen oder stationären Anlagen erfolgen. Die einzelnen Verfahrensschritte lassen sich gliedern in:

• Zerkleinerung
  im wesentlichen Backenbrecher und Prallbrecher
• Sortierung
  Trockenverfahren (z. B. Magnetbandabscheider für Eisen, Handsortierung, Windsichtung) und Naßverfahren (Aquamator)
• Klassierung
  Siebstationen, Klassieranlagen, Dosieranlagen

Die verwendete Aufbereitungstechnik bestimmt direkt die Verwendungs- und Verwertungsmöglichkeiten der aufbereiteten Materialien. So bestehen zum Beispiel mobile Anlagen im wesentlichen aus einem Brecher zur Zerkleinerung und ggf. noch einer Siebanlage zur Trennung des Materials in zwei oder drei Fraktionen. Eine Sortierung der aufzubereitenden Stoffe kann hier in aller Regel nicht während des Aufbereitungsprozesses erfolgen, so daß die stoffliche Zusammensetzung des aufbereiteten Produktes der des Ausgangsmaterials entspricht. Bei einer sehr homogenen Zusammensetzung der Abbruchmassen ist jedoch auch mit diesem Anlagentyp die Produktion von hochwertigen Sekundärrohstoffen möglich.

Stationäre Anlagen verfügen je nach Ausstattung über mehrere Zerkleinerungsstufen und Sortierungsmodule. Bei inhomogener Zusammensetzung des aufzubereitenden Materials kann durch Separation von unerwünschten Stoffen die Qualität hinsichtlich der stofflichen Zusammensetzung des Endproduktes entscheidend verbessert werden. Außerdem können die aussortierten Materialien einer weiteren Aufbereitung zugeführt werden. So kann zum Beispiel abgeschiedenes Bewehrungseisen in der stahlverarbeitenden Industrie wiederverwertet werden.

3 Differenzierung der anfallenden Baureststoffe

3.1 Begriffsdefinition

Unter dem Oberbegriff Baureststoffe (dieser Begriff ist gleichzusetzen mit dem ebenfalls in der Literatur verwendeten Terminus Baurestmassen) werden in der ,,Zielfestlegung der Bundesregierung zur Vermeidung, Verringerung oder Verwertung von Bauschutt, Baustellenabfällen, Bodenaushub und Straßenaufbruch" die im Bauwesen anfallenden Abbruchmaterialien zusammengefaßt. Daten über das Aufkommen der Baurestmassen liegen vom Statistischen Bundesamt für das Jahr 1993 vor. Demnach setzen sich die Baureststoffe folgendermaßen zusammen:

Die zahlenmäßige Erfassung des Baureststoffaufkommens liefert bei genauerer Betrachtung keine exakten Werte. Das Statistische Bundesamt erfaßt nur Betriebe mit über 20 Beschäftigten; Vergleiche von Erhebungen verschiedener Institutionen haben große Schwankungsbreiten ergeben. Das hängt mit der ungenauen Erfassung der anfallenden Mengen und der unscharf angewendeten Nomenklatur bei den einzelnen Baureststoffen zusammen.

3.2 Baustellenabfälle

Baustellenabfälle sind alle nichtmineralischen Reststoffe, die bei Baumaßnahmen als Bauzubehör, Verpackungsmaterialien etc. anfallen. Die stoffliche Zusammensetzung reicht von Holz, Papier, Glas, Kunststoff über Metall und Kabel zu Farb- und Lackresten. Unsortiert vorliegende Baustellenabfälle sind Abfall und müssen als solcher entsorgt werden. Eine Möglichkeit der Wiederverwertung oder Weiterverwendung besteht nur bei sortenreinen Materialien. So können zum Beispiel Holzreste zu Sägespänen verarbeitet werden, die in der Spanplattenproduktion oder bei der Energieerzeugung Verwendung finden. Glasbruch kann eingeschmolzen und wieder zu verschiedenen Zwecken genutzt werden.

Ein weiteres Beispiel soll verdeutlichen, daß beim Recycling Kreativität und Innovation gefragt sind, um neue Wege zu beschreiten. In den USA kam in einigen Projekten Glassand aus gemahlenen Glasresten bei Deckschichten des Straßenbaus zum Einsatz. Auf diese Weise wurde eine Verbesserung der Griffigkeit und Helligkeit der Fahrbahnoberfläche erzielt [2].

3.3 Erdaushub

Der Erd- oder Bodenaushub macht mit über 70 % den größten Teil der Baureststoffe aus. Er fällt bei fast allen Arbeiten im Hoch- und Tiefbau an. Erdaushub, der sich je nach Baumaßnahme und örtlichen Gegebenheiten aus Mutterboden, Sand, Kies, Lehm, Ton, Stein und Fels zusammensetzt, kann als unbelastetes Material weitgehend problemlos für Deponieabdeckungen, Dammschüttungen, Lärmschutzwälle und im Gartenbau verwendet werden [3]. Gegebenenfalls muß das Material Anforderungen an seine Raumbeständigkeit oder Korngrößenzusamensetzung genügen, so daß es zuvor noch in einer Aufbereitungs und Siebanlage behandelt werden muß.

Anhand des im Eluat oder Feststoff gemessenen Schadstoffgehaltes klassifiziert die LAGA das Material. Eine Überschreitung der Grenzwerte schließt eine weitere Verwendung des Erdaushubs aus. Belasteter Erdaushub kann ggf. einer mikrobiologischen, chemischen oder thermischen Reinigung unterzogen werden und anschließend weitere Verwendung finden. Ansonsten ist belasteter Erdaushub zu deponieren.

3.4 Straßenaufbruch

Beim Rückbau von Straßen kann durch selektives Aufbrechen der einzelnen Konstruktionsschichten relativ sortenreines Abbruchmaterial gewonnen werden. Die anfallenden Materialien sind mineralischer Natur und lassen sich entsprechend der Schichten wie folgt klassifizieren:

• ungebundenes Tragschichtmaterial
• hydraulisch gebundenes Aufbruchmaterial
• bituminöses Aufbruchmaterial
• teerhaltiges Aufbruchmaterial
• Mischmaterial

Ungebundenes Tragschichtmaterial kann, sofern es unbelastet vorliegt, beim Straßenneubau direkt wieder eingesetzt werden. Belastetes Material kann in einigen Fällen durch eine entsprechenden Behandlung gereinigt eingebaut werden oder es muß beseitigt werden.

Bei selektivem Rückbau und geeigneter Aufbereitung ist eine Wiederverwertung des Straßenaufbruchs aus hydraulisch gebundenen Schichten als Zuschlagstoff für Beton möglich. Der Vorteil des so abgebauten Materials ist seine Homogenität. Wird reiner Betonbruch aufbereitet, so setzt sich das Produkt zu etwa gleichen Teilen aus Betonsplitt (gebrochener Zementstein mit kleinen Zuschlagkörnern) und Kies (losgelöste Zuschlagkörner mit geringer Menge anhaftenden Mörtels) zusammen. Die im Abbruchmaterial enthaltene Bewehrung kann mit einem Magnetbandabscheider relativ einfach aussortiert werden.

Deswegen ist unter Berücksichtigung bestimmter Randbedingungen ein Recycling von z. B. Fahrbahndecken aus Beton möglich. Hierzu sei ein Beispiel aus Österreich genannt. Beim Bau der Westautobahn wurde der Zuschlag für den Beton des Neubaus aus aufbereitetem Betonbruch der alten Trasse gewonnen. Bei einem solchen Einsatz des Straßenaufbruchs kann fast das gesamte Material, nachdem es einer Aufbereitung unterzogen worden ist, direkt im Straßenbau wieder eingesetzt werden. Trotz des bituminösen Dünnschichtbelags, der die alte Betondecke überdeckte, wurden gute Festigkeits- und Verformungswerte des mit dem Brechgut hergestellten Neubetons erzielt [4].

Bituminös gebundener Asphaltaufbruch findet bislang aufbereitet für bituminöse Tragschichten, als Verfüllmasse oder in Schottertragschichten Weiterverwendung. Auch schwach teerhaltige Straßenaufbruchmassen können in Heißmischungen für Tragschichten gemischt mit Primärzuschlag wieder eingebaut werden. Etwa die Hälfte der jährlich anfallenden Ausbauasphalte sind nicht teerbelastet, rund ein Viertel ist schwach teerbelastet [5].

Um die Deponierung von teerhaltigem Material zu umgehen, kann dieses zum Beispiel einen Teil (20 - 30%) des Primärzuschlages bei der Herstellung des Kernbetons von Betonpflastersteinen ersetzen. Durch die Einbindung des Teergranulats im Zementstein und die Verwendung einer Vorsatzschale ohne teerhaltige Bestandteile ist eine schadlose Verwendung ohne Umweltbeeinträchtigung möglich [5].

Wird beim Abbruch von Straßen ein lagenweiser Rückbau nicht durchgeführt oder ist er aufgrund schlechten Straßenzustands nicht möglich, so fällt das Abbruchmaterial als Mischung der einzelnen Schichten an. Dieses Mischmaterial kann nach entsprechender Aufbereitung für den Bau von Tragschichten verwendet werden.

3.5 Bauschutt

Bei Bauschutt handelt sich um ein sehr heterogenes Gemisch, das sich sowohl aus mineralischen Stoffen wie Betonbruch, Erdreich. Keramik, Ziegel, Naturwerksteine, Mörtel, Gips etc. zusammensetzt als auch nichtmineralische Stoffe wie Eisen, Holz und Kunststoffe enthalten kann. Eben diese Heterogenität in der stofflichen Zusammensetzung, die darüber hinaus noch in starkem Maße von der Baumaßnahme abhängt, gestaltet eine weitere Verwertung des Bauschuttes problematischer als bei reinem Betonabbruch.

Bauschutt kann in drei Kategorien unterteilt werden:

• unbelastetes
• mit nichtmineralischen Bestandteilen verunreinigtes und
• schadstoffverunreinigtes Material.

Schadstoffverunreinigtes Material ist kontaminiert und kann im allgemeinen keiner Wiederverwertung zugeführt werden.

Beim unbelasteten Bauschutt handelt es sich um nicht kontaminiertes Material mit überwiegend mineralischem Anteil. Der mit nichtmineralischen Anteilen verunreinigte Bauschutt ist ebenfalls nicht kontaminiert, es sind jedoch nichtmineralische Störstoffe wie Holz, Kunststoff oder Papier vorhanden. Soll der Bauschutt einer Wiederverwertung zugeführt werden, so ist der Aufbereitungsaufwand erheblich größer bei einem mit nichtmineralischen Bestandteilen durchsetzten Material.

Hier wird noch einmal die Bedeutung des selektiven Rückbaus deutlich. Bei einer vor dem Abbruch des Gebäudes durchgeführten Entkernung, bei der Störstoffe wie Verkleidungen, Fenster, Teppichböden und Fußbodenbeläge getrennt ausgebaut und entsorgt werden, ist der beim Abriß letztendlich anfallende Bauschutt wesentlich weniger verunreinigt als bei einem Abbruch ohne Rücksicht auf umweltfreundliche Methoden.

Die Qualität des aufbereiteten Materials hängt in starkem Maße von der Art der Aufbereitung ab. Neben der Zerkleinerung spielt hier die Sortierung eine ganz wichtige Rolle. Geeignet sind Einrichtungen in Aufbereitungsanlagen, die den Materialstrom in verschiedene Dichteklassen trennen. Zu nennen ist die Windsichtung, die allerdings nur sehr leichte Materialien wie Holz und Pappe abzutrennen vermag, und der Aquamator. Bei letzterem wird der Materialstrom auf einem Förderband variabler Neigung transportiert, wobei Wasserdüsen leichtere Stoffe in einen separaten Ausgang abtreiben lassen. Dank der variablen Neigung können verschiedene Stufen der Dichtetrennung eingestellt werden. In der Praxis ist dieses Verfahren allerdings noch sehr fehleranfällig, da die Wasserdüsen mit Brauchwasser betrieben werden, so daß sie durch die im Wasser enthaltenen Schwebstoffe zur Verstopfung neigen. Liegt kein kontinuierlicher Wasserstrahl vor, so ist die Dichtetrennung nicht gewährleistet. Ein Vorteil dieser Trennmethode liegt in der gleichzeitig erfolgenden Wäsche des Materials, so daß anhaftende Feinstteile ausgeschwemmt werden.

Das aufbereitete Material liegt je nach Anlagentyp in mehreren Fraktionen vor. Die heutige Verwendung besteht überwiegend im Straßenbau als Verfüllmaterial für Dammschüttungen und Lärmschutzwälle.

Hinsichtlich der Verwendung von aufbereitetem Bauschutt als Zuschlag bei der Herstellung von Beton besteht noch Forschungsbedarf. Es hat sich aber bereits gezeigt, daß unter Beachtung einiger Randbedingungen einer Wiederverwertung des Bauschutts als Zuschlag prinzipiell nichts entgegensteht.

Kritisch ist die Zugabewassermenge bei der Betonherstellung, da es sich bei den Materialien teils um poröse Stoffe wie Ziegelbruch, Mörtel und Betonbruch handelt, die während des Mischvorgangs dem Frischbeton Wasser entziehen. Diese Problematik ist aus der Leichtbetontechnologie bekannt. Es wird an Lösungsansätzen gearbeitet, bei denen dem Zuschlag ein Wassersaugvermögen in Abhängigkeit von der Rohdichte zugrundegelegt wird. Dem Frischbeton wird das während des Mischens vom Zuschlag aufgenommene Wasser zusätzlich zugegeben, so daß die gewünschte Konsistenz eingestellt werden kann.

Der Festbeton, der aus aufbereitetem Bauschutt hergestellt wurde unterscheidet sich vom Normalbeton hinsichtlich seines Bruchverhaltens. Ein Blick auf das Zusammenspiel der im Beton vorhandenen Phasen Matrix und Zuschlag soll die Rolle des letzteren für das Bruchverhalten des Gesamtgefüges verdeutlichen.

Beim Normalbeton wird der sogenannte Matrixbruch durch Überschreiten der Matrixdruckfestigkeit ausgelöst, während die Festigkeit des Zuschlags nicht ausgenutzt wird. Die um die Zuschlagkörner herumlaufende Bruchfläche ergibt sich für die Phasenverhältnisse des Normalbetons mit im Vergleich zur Matrix sehr hohen Kornfestigkeiten bei ähnlichen E-Moduln (Abb. 2a).

Bei Betrachtung der Bruchfläche des Betons mit Zuschlag aus rezykliertem Bauschutt sind verschiedene Bruchmechanismen erkennbar. Abb. 2b zeigt schematisch eine solche Bruchfläche. Die Matrix um den Naturstein verhält sich wie vom Normalbeton bekannt und versagt mit einem Matrixbruch. Bei Zuschlag mit glatter Oberfläche, wie z. B. Keramik läßt sich ein Verbundbruch beobachten. Der signifikante Rißverlauf entlang der Korngrenzen zeigt sich bei Überschreitung der Haftzugfestigkeit, die neben den Matrixeigenschaften durch die Oberflächenbeschaffenheit der Zuschlagkörner beeinflußt wird. Zuschlagkörner aus Betonsplitt mit ähnlicher Festigkeit wie die Zementsteinmatrix und enger Verzahnung im Kontaktbereich durch die rauhe gebrochene Oberfläche werden mittig durchtrennt wie beim Stabilitäts- oder Kornbruch. Beim Kornbruch tritt der Bruch durch Überschreiten der Kornzugfestigkeit ein, beim Stabilitätsbruch versagt das System mit Erreichen der maximalen Rißlänge. Die mögliche Rißlänge wird als maximaler Abstand zwischen den Körnern durch die Volumenkonzentration des Zuschlags und seine Verteilung in der Matrix bestimmt.
Festigkeitsmindernd ins Gewicht fallen bei Verwendung von aufbereitetem Bauschutt als Zuschlag für Beton vor allem die Materialien außer Betonsplitt und Naturstein wie Putz, Ziegel, Keramik und Glas. Hier müssen Empfehlungen ausgesprochen werden, die eine Verwendung von Mischmaterial mit begrenztem Anteil an sonstigen Stoffen für bestimmte Anwendungszwecke unproblematisch machen.

Da die Zusammensetzung des Bauschutts in Abhängigkeit von der jeweiligen Baumaßnahme sehr starken Schwankungen unterworfen ist, ist es schwierig, die stoffliche Zusammensetzung des aufbereiteten Materials konstant zu halten. Anlagen mit sehr aufwendigen Apparaturen zur Dichtetrennung könnten das Material in mehrere Endprodukte, in Kornrohdichteklassen getrennt, sortieren. Nachdem heute die Nachfrage nach hochwertigen Sekundärrohstoffen sehr gering ist, lohnt es sich für die Anlagenbetreiber nicht, in hochwertige Maschinen zu investieren, solange nur Material zur Weiterverwendung am Markt verlangt wird.

4 Ausblick

Die Produktion hochwertiger Sekundärrohstoffe in weit größerem Umfang als es heute geschieht, ist in Anbetracht der Möglichkeiten des selektiven Rückbaus, der Aufbereitungstechnologie technisch machbar. Sekundärrohstoffe können an vielen Stellen wertvolle Primärrohstoffe ganz oder teilweise ersetzen. Auf dem freien Markt wird die Umsetzung dieses technischen Know-Hows in die Praxis immer einhergehen mit der Nachfrage nach aufbereiteten Materialien hoher Qualität. Aus Kostengründen wird diese ansteigen mit der Verknappung der Rohstoffe, also steigenden Primärrohstoffpreisen und mangelnden Deponieräumen, also steigenden Beseitigungskosten.

Allerdings müssen für die vereinfachte Anwendung rezyklierter Materialien gesetzliche Rahmenbedingungen geschaffen werden. Zur Erhöhung der Akzeptanz für Sekundärrohstoffe als marktregulierender Mechanismus muß der Informationsbedarf aller an Baumaßnahmen beteiligten Personen abgedeckt werden. Hierzu gehören nicht nur Gesetzgeber und bauausführende Industrie, auch Bauherren und Architekten müssen von den positiven Aspekten bei der Nutzung der Wiederverwertung von Abbruchmaterialien überzeugt sein. Die Verwertung von Baurestmassen im Sinne der Rückführung der Stoffe in den Stoffkreislauf auf möglichst hohem Niveau muß zur Selbstverständlichkeit eines jeden Bauprojektes werden.

5 Literatur