Statusseminar BMBF-Vorhaben "Baustoffkreislauf im Massivbau"
Vorhaben Nr. E/11:

Einfluß des Gehalts an Recyclingsplitt auf die Festbetoneigenschaften

Ausführung: Philipp Holzmann Bautechnik GmbH, Neu-Isenburg
Berichtszeitraum: 01.01. - 30.06.1998

 

1. Ziel

Das Teilvorhaben E/11 wurde von der Philipp Holzmann Bautechnik GmbH, Zentrales Baustofflabor (ehemals Philipp Holzmann AG), bearbeitet. Es sollte in diesem Teilprojekt geklärt werden, wie sich die maßgebenden Festbetoneigenschaften wie z.B. Druckfestigkeit, E-Modul, Carbonatisierung und Frostwiderstand ändern, wenn unterschiedliche Anteile von Grobzuschlag gegen Betonsplitt ausgetauscht werden. Dabei sollte auch der unterschiedliche Wasseranspruch zum Einstellen der gleichen Verarbeitbarkeit berücksichtigt werden.

 

2. Recycling-Zuschläge

 

3. Betonzusammensetzungen und Festbetonuntersuchungen

3.1 Ausgangsstoffe

Tabelle 3-1: Stoffliche Zusammensetzung der verwendeten Recyclingmaterialien

Neben den Recyclingmaterialien wurden zur Herstellung der Betone folgende weitere Ausgangsstoffe verwendet:

3.2 Standardmischungen

Versuchsreihe 1

Versuchsreihe 2

3.3 Variierte Parameter

3.4 Festbetonuntersuchungen

 

4. Ergebnisse der Festbetonprüfungen

Im Rahmen dieser Untersuchungen bestehen die Ergebnisse aus Einzelwerten bzw. aus Mittelwerten dreier Prüfkörper desselben Betons.

4.1 Druckfestigkeit

Die Betone erreichten nach 28 Tagen Druckfestigkeiten zwischen 37 und 55 N/mm². Ein Beton B 25 konnte damit in jedem Fall sicher hergestellt werden.
Die Druckfestigkeit sank in Versuchsreihe 1 mit zunehmendem Recyclingsplittgehalt (siehe Bild 1). Bei konstantem Zementgehalt und gleichem Wasserzementwert betrug der Rückgang bei Einsatz von 100% Recyclingmaterial > 2 mm beim Betonsplitt 1 etwa 25%, beim Baumischschutt etwa 30% und beim Betonsplitt 2 rd. 10% gegenüber dem Nullbeton mit natürlichen Zuschlägen.

Bild 1: Druckfestigkeitsverluste in Abhängigkeit vom Recyclingsplittgehalt, Versuchsreihe 1

Die Art des Recyclingmaterials war dabei von entscheidender Bedeutung für die Höhe des Rückgangs der Druckfestigkeit. Der Betonsplitt 2 mit einer Kornfestigkeit nach DIN 4226 von 61,7 kN hatte den geringsten Druckfestigkeitsverlust, während die Betone mit Betonsplitt 1 (46,2 kN) und Baumischschutt (28,9 kN) geringere Festigkeiten erreichten. Bei einer geringen Kornfestigkeit des Recyclingmaterials versagte häufig der Zuschlag und die Druckfestigkeit nahm insgesamt ab.

Die Festigkeit ging bei den beiden Betonsplitten mit steigendem Splittgehalt deutlich zurück. Beim Baumischschutt war der Druckfestigkeitsverlust mit rd. 20% bereits bei 20% Splittgehalt erheblich.

Im Gegensatz zu Versuchsreihe 1 (zusätzliche Zugabe von 50 % des Saugwassers) wurde in Versuchsreihe 2 diese Wassermenge zu 100 % zugegeben. Hierbei ergab sich kein Druckfestigkeitsverlust bei steigendem Gehalt an Recyclingmaterial gegenüber dem Nullbeton. Das hat vermutlich daran gelegen, daß im Vergleich zur Versuchsreihe 1 der Zementgehalt um 10 kg/m³ höher und die Sieblinie stetiger gewählt waren und damit die Packungsdichte bei Verwendung der Recyclingzuschläge dichter und der Beton dadurch fester war. Anhand der Frischbetonversuche war außerdem ersichtlich, daß durch die Mehrzugabe von 50 % der Saugwassermenge eine erhebliche Einsparung an Fließmittel zu erreichen ist.

Die Vorbehandlung des Recyclingmaterials zeigte keine eindeutigen Auswirkungen. Zwar war die Druckfestigkeit beim Betonsplitt 1 mit vorgenäßt zugegebenen Zuschlägen jeweils kleiner als mit trocken zugegebenen Zuschlägen, jedoch bestätigte sich diese Tendenz bei den anderen Materialien nicht.

4.2 E-Modul

Der dynamische E-Modul der untersuchten Betone lag zwischen 32.000 und 44.000 N/mm². Der statische E-Modul bewegte sich zwischen 22.000 und 32.000 N/mm². Das entspricht den Richtwerten nach DIN 1045, Tab. 11, für eine Betonfestigkeitsklasse B 10 (22.000 N/mm²) bis B 25 (30.000 N/mm²).

Die E-Moduln nahmen im allgemeinen mit zunehmendem Recyclingsplittgehalt ab. Dabei hatte die Art des Recyclingmaterials einen geringeren Einfluß auf den E-Modul als auf die Druckfestigkeit. Mit sinkender Rohdichte der Ausgangsstoffe nahm insbesondere der dynamische E-Modul der Recyclingbetone ab.
Der Rückgang des dynamischen E-Moduls gegenüber dem Nullbeton mit natürlichen Zuschlägen betrug bei Einsatz von 100% Recyclingmaterial > 2 mm beim Betonsplitt 1 (Kornrohdichte 2,37 g/cm³) etwa 10%, beim Baumischschutt (Kornrohdichte i.M. 2,18 g/cm³) etwa 28% und beim Betonsplitt 2 (Kornrohdichte i.M. 2,33 g/cm³) rd. 10%.

Der statische E-Modul wies beim Betonsplitt 1 einen Rückgang bis zu 20%, beim Baumischschutt 30% und beim Betonsplitt 2 rd. 12% gegenüber dem Nullbeton mit natürlichen Zuschlägen auf (siehe Bild 2, folgende Seite).

Die Vorbehandlung der Zuschläge hatte keine einheitlichen Auswirkungen auf die E-Moduln der Betone. In der Mehrheit der Fälle waren die E-Moduln der Betone mit vorgenäßt zugegebenen Zuschlägen geringfügig niedriger.

Bild 2: Abnahme des statischen E-Moduls in Abhängigkeit vom Recyclingsplittgehalt, Versuchsreihe 1

4.3 Spaltzugfestigkeit und Wassereindringtiefe

Die Spaltzugfestigkeiten nach 28 Tagen schwankten allgemein sehr stark (siehe Anlage).

Beim Betonsplitt 1 und Baumischschutt war mit steigendem Recyclingsplittgehalt ein erheblicher Rückgang der Spaltzugfestigkeiten um bis zu 60 % zu beobachten, während bei Verwendung von Betonsplitt 2 in beiden Versuchsreihen kaum ein Unterschied zur Spaltzugfestigkeit des Nullbetons zu erkennen war.
Die Vorbehandlung der Zuschläge bewirkte keine unterschiedlichen Spaltzugfestigkeiten.

Die Wassereindringtiefen, ermittelt nach DIN 1048, lagen zwischen 24 mm und 32,5 mm (siehe Anlage). Alle Betone erfüllten somit die Anforderung der DIN 1045 an einen wasserundurchlässigen Beton. Eine Abhängigkeit vom Gehalt und der Art des Recyclingmaterials konnte nicht festgestellt werden.

4.4 Carbonatisierung

Mit steigendem Recyclingsplittgehalt stiegen die Carbonatisierungstiefen tendenziell an (siehe Anlage). So wiesen Betone mit 100 % Recyclingmaterial in Versuchsreihe 1 z.T. erheblich größere Carbonatisierungstiefen im Vergleich zum Nullbeton auf, während Betone mit 20 % Recyclingmaterial in den meisten Fällen noch unter den Werten des Nullbetons blieben. Es ergab sich dabei jedoch ein stark schwankendes Bild.
In Versuchsreihe 2 bewegten sich die Carbonatisierungstiefen der Recyclingbetone bis zu 3 Monate lang auf dem Niveau des Nullbetons und stiegen danach etwas schneller an (siehe Anlage).

Die Carbonatisierung war unabhängig von der Art des Recyclingmaterials. Auch die Vorbehandlung des Recyclingmaterials ergab keine deutlichen Unterschiede.

4.5 Frost- und Frost-Tausalzwiderstand

Frost-Tausalzwiderstand nach dem CDF-Verfahren
Bei dieser Prüfung zeigte sich eine deutliche Abhängigkeit der oberflächlichen Abwitterung von der Menge an vorher aufgesaugter Salzlösung. Diese wiederum war insbesondere abhängig von der Art des Recyclingzuschlages (siehe Bild 3).

Bild 3: Saugmenge und Abwitterung bei der CDF-Prüfung, Versuchsreihe 1

Der Beton mit 100 % Betonsplitt 1 saugte erheblich mehr Lösung auf als die anderen Materialien und wies schon nach 4 Zyklen eine wesentlich höhere Abwitterung auf.
Einen ebenfalls deutlichen Einfluß übte der Gehalt an Recyclingmaterial in der Mischung aus. In Versuchsreihe 1 zeigten die Betone mit 100 % Recyclingsplitt bereits nach 14 Zyklen wesentlich höhere Abwitterungen als Betone mit 20 % Splitt. In Versuchsreihe 2 traf diese Beobachtung nicht für den Beton mit 100 % vorgenäßten Recyclingzuschlägen zu. Zu erkennen war aber auch hier die Abhängigkeit von der aufgesaugten Menge an Lösung. Möglicherweise hat in dieser Mischung ein verhältnismäßig großer Anteil an natürlichen Zuschlägen und vergleichsweise wenig saugendem, alten Mörtel im Recyclingmaterial das Ergebnis verzerrt hat.

Das CDF-Verfahren sieht als maximal zulässige Abwitterungsmenge nach 28 Zyklen
1500 g/m² vor. Diese Menge wird in Versuchsreihe 1 von den Betonen mit 100 % Recyc-lingmaterial und in Versuchsreihe 2 von allen Betonen z.T. um mehr als das dreifache überschritten. Diese Betone müssen im Sinne des Verfahrens daher als nicht frost-tausalzbeständig angesehen werden.

Die auffällige Abhängigkeit zwischen aufgesaugter Menge an Salzlösung und Abwit-terungsmenge wurde gegeneinander aufgetragen. Es ergab sich mit Bestimmtheitswerten zwischen 82 % und 91 % eine brauchbare logarithmische Korrelation zwischen diesen Parametern.

Das abgewitterte Material war nahezu ausschließlich Mörtel, die Zuschläge waren weitgehend freigelegt. Absprengungen von Zuschlagkörnern oder Teilen davon, sogenannte Pop-Outs, waren nur in Ausnahmefällen zu beobachten.

Frostwiderstand nach dem CF-Verfahren
Bei diesen Versuchen zeigten sich ähnliche Tendenzen wie beim CDF-Verfahren, wenn auch in deutlich abgeschwächter Form (siehe Anlage).
Der Frostwiderstand war dabei besonders von der Art des Recyclingmaterials abhängig. Bei Verwendung von Betonsplitt 1 ergab sich trotz stärkeren Saugens der Recyclingbetone für diese ein nur geringfügig niedrigerer Frostwiderstand nach 28 Zyklen als beim Nullbeton. Beim Betonsplitt 2 war zusätzlich eine Abnahme des Frostwiderstandes mit zunehmendem Splittgehalt zu beobachten, während beim Baumischschutt eine Abhängigkeit weder von der Saugmenge noch vom Gehalt an Recyclingzuschlag erkennbar war.

Die bei den reinen Frostversuchen beobachteten Abwitterungsmengen waren allgemein so gering, daß Zuschlagkörner noch nicht sichtbar wurden. Betrachtet man die zulässige Höchstgrenze von 1500 g nach 28 Zyklen, können die vergleichsweise geringen Unterschiede in der Abwitterung auch in der Versuchsschwankung des Verfahrens begründet sein. Eine höhere Anzahl von Frost-Tauzyklen wäre in diesem Fall erforderlich, was in der überarbeiteten Version dieses Verfahrens (CIF-Test) auch vorgesehen ist.

4.6 Eluierbarkeit

Bei der Eluierbarkeit ergaben sich für Betone aus 100 % Recyclingzuschlag > 2 mm im Rahmen der Meßgenauigkeit etwa gleiche Werte wie für Beton mit natürlichem Zuschlag.

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Dieses Dokument stellt den vorläufigen Zwischenstand der Forschungsarbeiten zum Zeitpunkt seiner Verfassung dar. Für die endgültigen Ergebnisse der Forschungsarbeiten wird auf den Schlußbericht des Teilprojekts verwiesen.