Statusseminar BMBF-Vorhaben „Baustoffkreislauf im Massivbau" am 28./29.09.98 in Darmstadt

Einfluß von Recyclingzuschlägen aus Altbeton auf die Eigenschaften insbesondere die Dauerhaftigkeit des Betons

(Vorhaben E/02 - Zwischenbericht für das 1. Halbjahr 1998)

von Dr.-Ing. E. Siebel und Dipl.-Ing. B. Kerkhoff, Forschungsinstitut der Zementindustrie, Düsseldorf

Kurzfassung

1. Einleitung

In dem Vorhaben E/02 wird im Forschungsinstitut der Zementindustrie die Verwendung von reinem Betonbruch untersucht. Hierbei wird besonders auf den Einsatz von Betonbrechsand eingegangen und vorrangig die Dauerhaftigkeit und das Verformungsverhalten der damit hergestellten Betone untersucht.

2. Versuchsdurchführung

2.1 Allgemeines

In der ersten Phase des Forschungsvorhaben wurden zwei Betone mit unterschiedlicher Zusammensetzung hergestellt. Die Druckfestigkeiten der Betone wiesen 30 bzw. 61 N/mm² auf und lagen somit etwas über den angestrebten Festigkeitsklassen (B15 und B45). Die mit diesen Betonen hergestellten Platten wurden im Freien gelagert und nach drei Monaten gebrochen und abgesiebt.

2.2 Zuschlaguntersuchungen

An den so hergestellten, rezyklierten Zuschlägen, die mit Ra (aus B15) und Rb (aus B45) bezeichnet wurden, wurde der Widerstand gegen Frost geprüft. Die in [3] vorgesehene Prüfung nach DIN 4226 - T.3, 3.5.2 - für „mäßige Durchfeuchtung" wurde durch die Prüfung nach DIN 4226 - T.3, 3.5.3 für „starker Durchfeuchtung" ergänzt.

Tabelle 1: Frostwiderstand DIN 4226 T.3 3.5.2 (mäßige Durchfeuchtung)

Tabelle 2: Frostwiderstand DIN 4226 T.3 3.5.3 (starke Durchfeuchtung)

Die Abwitterung beim Frostversuch mit mäßiger Durchfeuchtung ist für beide Rezyklate größer, als beim Frostversuch mit starker Durchfeuchtung. Eine solche größere Abwitterung wurde allerdings auch schon bei einigen Normalzuschlägen festgestellt.

Bei der Prüfung des Frostwiderstandes bei starker Durchfeuchtung des Betons zeigen sich höhere Abwitterungen bei dem Zuschlag, der aus dem Beton mit höherer Festigkeit hergestellt wurde. Grund dafür ist bei den Fraktionen 4/8 und 8/16 mm der an den Zuschlägen anhaftende Zementstein bzw. Mörtel. Während des Brechvorganges bleibt an den rezyklierten Zuschlägen, die aus höherfestem Beton hergestellt wurden, eine größere Menge an Zementstein bzw. Mörtel hängen, die während des Frostangriffs abgesprengt werden kann.

2.2 Betonversuche

Ausgangsstoffe

Im Rahmen der Untersuchungen sollten neben Portlandzement auch andere Zemente eingesetzt werden. Es wurde ein Portlandkalksteinzement CEM II/A-L 32,5 R verwendet. Der rezyklierte Zuschlag lag in den Korngruppen 0/4 mm, 2/8 mm und 8/16 mm vor.

Der Zementgehalt betrug 320 kg/m³ und der wirksame Wasserzementwert w/z = 0,55. Die Sieblinie lag im Bereich AB 16. Der Anteil des Rezyklats am Gesamtzuschlaganteil wurde variiert und zwar der Anteil des verwendeten Betonbrechsandes zwischen 0 und 100% und der Anteil des Betonsplitts zwischen 50 und 100%. Als natürlicher Zuschlag wurde Rheinkiessand verwendet. Mit unterschiedlichen Fließmittelmengen wurde die Konsistenz KR eingestellt.

Prüfungen

Es wird die Konsistenz nach 10 und 60 min, der LP-Gehalt und die Rohdichte des Frischbetons geprüft. Am Festbeton wurde die Druckfestigkeit, die Spaltzugfestigkeit, der stat. und dyn. E-Modul, der Carbonatisierungsfortschritt, die Permeabilität, der Frostwiderstand , Quellen, Schwinden sowie an ausgewählten Mischungen Kriechen und die Arbeitslinie geprüft.

Ergebnisse

Die mit Portlandkalksteinzement CEM II/ A-L hergestellten Betone unterscheiden sich in ihren Festigkeits-, Verformungs- und Dauerhaftigkeitseigenschaften praktisch nicht von den Betonen mit Portlandzement (s. Tabelle 3).

Tabelle 3: Festbetoneigenschaften von Betonen mit 100% rezykliertem Zuschlag Ra und verschiedenen Zementen

In den vorangegangenen Untersuchungen des Teilprojektes E/02 hat sich herausgestellt, daß der Beton mit rezykliertem Zuschlag keine wesentliche Unterschiede zu Beton mit Rheinkiessand hinsichtlich der Festigkeitseigenschaften und der Dauerhaftigkeit aufweist. Das bestätigt noch einmal Bild 1, in dem die Carbonatisierungstiefe in Abhängigkeit von der Lagerungsdauer aufgetragen ist. Die Carbonatisierung der Betone mit unterschiedlichen Gehalten und Eigenschaften der rezyklierten Zuschläge unterscheiden sich nicht.

Bild 1: Carbonatisierung von Beton mit rezykliertem Zuschlag

Deutliche Unterschiede zeigen sich im Verformungsverhalten. Bei einem vermehrten Einsatz von Brechsand nimmt der E-Modul ab. Die Schwinddehnung bei Beton mit 100% rezykliertem Zuschlag ist nach 250 Tagen mit 1,15‰ etwa doppelt so groß wie bei Beton mit Rheinkiessand (0,59‰). Bild 2 zeigt das Schwinden von Beton mit Rheinkiessand und zwei Betonen mit 100% der rezykliertem Zuschläge Ra (aus B15) und Rb (aus B45). Der Beton mit Zuschlag Ra zeigt ein deutlich größeres Schwinden als der Beton mit Zuschlag Rb. Das Schwinden wird vom E-Modul des Zuschlags wesentlich beeinflußt. Da der E-Modul des rezyklierten Zuschlags Ra geringer ist, als der des rezyklierten Zuschlags Rb, ist das Schwinden des Betons mit Zuschlag Ra deutlich größer.

Bild 2: Schwinden von Beton mit rezykliertem Zuschlag (B15/B45)

Weiterhin weist Beton mit rezykliertem Zuschlag Rb (aus B45) einen höheren E-Modul auf, als Beton mit rezykliertem Zuschlag Ra (aus B15) (siehe Bild 3). Die Druckfestigkeit der Betone mit unterschiedlichem rezykliertem Zuschlag ist in etwa gleich.

Bild 3: Statischer Elastizitätsmodul von Beton mit rezykliertem Zuschlag

Im Berichtszeitraum wurden außerdem Kriechversuche durchgeführt. In Bild 4 ist das bezogene Kriechen dargestellt. Auch beim Kriechen hat der Betonbrechsand, wie beim Schwinden, einen erheblichen Einfluß. Gegenüber dem Referenzbeton aus Rheinkiessand ist beim Beton mit 100% Betonsplitt und 0% Brechsandsand eine Zunahme von rd. 30% zu erkennen. Der Beton mit 100% rezykliertem Zuschlag weist eine Zunahme des Kriechens auf, das um ca. 120% über dem des Referenzbetons liegt.

Bild 4: Kriechen von Beton mit rezykliertem Zuschlag

3. Schriftum

[1] Baustoffkreislauf im Massivbau
Zwischenberichte der Teilprojekte, Juni 1997

[2] Baustoffkreislauf im Massivbau
Zwischenberichte der Teilprojekte, Februar 1998

[3] Baustoffkreislauf im Massivbau
„Prüfverfahren für technologische Untersuchungen", Dez. 1997