Baustoffkreislauf im Massivbau (BiM)
Statusseminar 28./29.09.1998

Mehrfachrecycling

BiM-Projekt-Nr. E/04

Zwischenbericht F3550/3 - Kurzfassung

Dipl.-Ing. Ch. Müller
Dipl.-Ing. U. Wiens

1. Allgemeines

Die im Rahmen dieses Forschungsvorhabens durchgeführten theoretischen Betrachtungen sowie die durchgeführten bzw. durchzuführenden Betonversuche gehen von der z. Zt. üblichen konventionellen mechanischen Zerkleinerung von Beton aus, die i. d. R. in Backenbrechern (Vorbrecher) sowie Prall- oder Schlagbrechern durchgeführt wird.

Die Aufbereitung der hergestellten Betonprüfkörper (Zylinder und Balken) erfolgte bzw. erfolgt im Alter von rd. 120 Tagen im Institut für Aufbereitung, Veredlung und Entsorgung der RWTH Aachen mit Hilfe eines Backenbrechers und eines Schlagbrechers.

2. Beton

2.1 Allgemeines

Zur Durchführung von Betonversuchen zur mehrfachen Aufbereitung von Beton wurden bisher die in Tabelle 1 aufgeführten Betonmischungen hergestellt. Die Betone wurden jeweils mit einem konstanten Zuschlagvolumen von 0,7 m³/m³ unter Verwendung eines Zementes CEM I 32,5 R hergestellt. Bei allen untersuchten Betonen wurde eine Sieblinie im Bereich zwischen A16 und B16 nach DIN 1045 /1/ verwendet. Der Beton AB55/BB wurde in den Korngruppen 2/8 und 8/16 mm mit einem rezyklierten Zuschlag (Praxisgemisch BB) aus Anlage 1 (vgl. BiM-Projekt-Nr. D/03) hergestellt.

2.2 Druckfestigkeit

Die Ergebnisse der Druckfestigkeitsprüfungen sind in Tabelle A1 zusammengestellt. Bild 1.1 zeigt die ermittelten Druckfestigkeiten in graphischer Darstellung. Dabei wurden die Druckfestigkeiten, die sich bei 2. und 3. Aufbereitung des Betons ergeben, wenn sich die bisher festgestellte Tendenz fortsetzen würde, ebenfalls eingetragen.

2.3 E-Modul

Kennwerte zur Bestimmung der Querdehnzahl m und des Druck-E-Moduls E_b der untersuchten Betone im Alter von 28d sind in Tabelle A2 zusammengestellt. Bild 1.2 zeigt die ermittelten E-Moduln in graphischer Darstellung. Dabei wurde eine mögliche Entwicklung der E-Moduln, die sich bei 2. und 3. Aufbereitung des Betons ergeben könnte, ebenfalls eingetragen.

2.4 Betonporosität

An allen Betonen wurden Wasseraufnahme unter Atmosphärendruck (W_v,a) sowie bei 15 Mpa (W_{v,15 Mpa}) und der Sättigungswert nach DIN 52103 /2/ bestimmt. Die Wasseraufnahme bei 15 MPa ist hierbei gleichzeitig ein Maß für die Gesamtporosität. Bild 1.3 zeigt die ermittelten Betonporositäten in graphischer Darstellung. Dabei wurden die Betonporositäten, die sich bei 2. und 3. Aufbereitung des Betons ergeben, wenn sich die bisher festgestellte Tendenz fortsetzen würde, ebenfalls eingetragen.

3. Zuschläge

3.1 Allgemeines

Als wesentliche Eigenschaftskennwerte der Zuschläge wurden die Kornrohdichte und die Wasseraufnahme sowie der Zementsteinanteil bestimmt. Bisher vorliegende Ergebnisse sind in den Tabellen A6 und A7 zusammengestellt.

3.2 Zementsteinanteil

Von wesentlicher Bedeutung bei der Entwicklung der Betoneigenschaften bei Verwendung rezyklierter Zuschläge aus aufbereitetem Beton ist der Anteil anhaftenden Zementsteins an den natürlichen Zuschlagkörnern (vgl. /4/).

Der Zementsteinanteil von rezyklierten Zuschlägen aus aufbereitetem Beton kann z. B. mittels chemischer Analyseverfahren bestimmt werden. Kennt man, wie im vorliegenden Fall, die chemische Zusammensetzung des verwendeten Zementes und der verwendeten natürlichen Zuschläge sowie die Zusammensetzung der rezyklierten Zuschläge, so läßt sich daraus der Zementsteinanteil mit Hilfe angenommener Rohdichten für Zementstein und natürlichen Zuschlag wie folgt ableiten:

Beispiel: Zementsteinanteil der Korngruppe 4/8 (ZSA_4/8)

Die in Tabelle A6 angegebenen Zementsteingehalte wurden über die Parameter SiO₂, CaO, SO₃ sowie den unlöslichen Rückstand (UR) als Mittelwert aus den Ergebnissen für jeden Parameter zunächst in M.-% berechnet. Diese Werte wurden mit einer Zementsteinrohdichte von 1400 kg/m³ und einer Rohdichte für Rheinkiessand von 2630 kg/m³ in Vol.-% umgerechnet. Tabelle A6 enthält die aus der chemischen Zusammensetzung ermittelte Kornrohdichte. Als Kontrollparameter kann die ebenfalls in Tabelle A6 angegebene Kornrohdichte, die mit dem Pyknometer-Verfahren ermittelt wurde, verwendet werden.

Die chemische Zusammensetzung der Ausgangsstoffe wurde nach Aufmahlen auf eine Korngröße < 0,125 mm und Trocknung bei 105 °C durch Röntgenfluoreszensanalyse bestimmt. Der Gesamtschwefelgehalt (SO₃) wurde mit dem Automaten CSA 2003 der Firma Leybold-Heraeus ermittelt. Der Chloridgehalt, der unlösliche Rückstand und der Glühverlust bei 1000 °C wurden nach EN 196 Teil 2 03.90 /3/ bestimmt.

Die bisher vorliegenden Ergebnisse sind in Tabelle A5 zusammengestellt. Die in Tabelle A6 angegebenen Zementsteinanteile sind als vorläufige Ergebnisse anzusehen, da bislang mit Annahmen für die chemische Zusammensetzung der verwendeten Laborzuschläge gerechnet wurde. Die ermittelten Zementsteinanteile sollen in auch in theoretische Überlegungen (rechnerische Ableitung von Betoneigenschaften) Eingang finden.

3.3 Kornrohdichte

Erhöht sich bei der Aufbereitung der Zementsteinanteil des Zuschlages, ist dies mit einer Verringerung der Kornrohdichte verbunden. Bild 1.4 zeigt diesen Effekt anhand des verwendeten Zuschlags BB und des aus Beton AB55/BB gewonnenen Zuschlags.

Ebenfalls eingetragen ist dort zum Vergleich die Kornrohdichte des zur Herstellung der Ausgangsbetone verwendeten Rheinkiessandes, der aus den Ausgangsbetonen AB40 bis AB70 gewonnenen Zuschläge sowie Kornrohdichten, die sich bei 2. und 3. Aufbereitung des Betons ergeben, wenn sich die bisher festgestellte Tendenz fortsetzen würde.

4 Literatur