Recyclingbeton. Abb : Gesteinskörnungen für Beton (links: natürliche gerundete Gesteinskörnung, Mitte: Betongranulat, rechts: Mischgranulat).

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1 Recyclingbeton Im Rahmen einer nachhaltigen Bauweise gewinnt die Verwendung von rezyklierter Gesteinskörnung zur Herstellung von sogenanntem Recyclingbeton zunehmend an Bedeutung. Der Verbrauch von natürlichen Gesteinskörnungen kann damit vermindert und die Ablagerung von mineralischem Rückbaumaterial in Deponien vermieden werden. Grundsätzlich wird zwischen zwei Arten von rezyklierter Gesteinskörnung unterschieden: Betongranulat (C) und Mischgranulat (M). Das Betongranulat wird durch die Aufbereitung von Betonabbruch gewonnen, welcher beim Rückbau von bewehrten oder unbewehrten Betonbauten anfällt (Abb , Mitte). Das Mischgranulat entsteht durch die Aufbereitung von Mischabbruch, welcher aus dem Rückbau von Betonbauteilen, Backstein-, Kalksandstein- und Natursteinmauerwerk gewonnen wird (Abb , rechts). Die beiden rezyklierten Gesteinskörnungsarten unterscheiden sich in ihren Eigenschaften von den natürlichen Gesteinskörnungen und weisen grössere Schwankungen in der stofflichen Zusammensetzung auf. Je nach verwendeter rezyklierter Gesteinskörnungsart wird unterschieden zwischen einem Recyclingbeton, hergestellt mit Betongranulat (RC-C), und einem Recyclingbeton, hergestellt mit Mischgranulat (RC-M). Abb : Gesteinskörnungen für Beton (links: natürliche gerundete Gesteinskörnung, Mitte: Betongranulat, rechts: Mischgranulat).

2 Normative Anforderungen Recyclingbeton kann als nicht normierter Mager-, Hüll- und Verfüllbeton und als Konstruktionsbeton nach den Normen SN EN und SIA 262 eingesetzt werden. Gemäss des nationalen Anhangs SN EN 206-1, NE gilt für Recyclingbeton das Merkblatt SIA Nach diesem Merkblatt ist ein Recyclingbeton ein Beton, dessen Gesteinskörnung > 4 mm grundsätzlich zu mindestens 25 M.-% aus rezyklierter Gesteinskörnung besteht. Unter Gesteinskörnungen sind die petrographischen Anforderungen an die Zusammensetzung der rezyklierten Gesteinskörnungen Betongranulat und Mischgranulat für Konstruktionsbeton aufgeführt. Dabei ist die Deklaration der Zusammensetzung ab einer Korngrösse > 4 mm vorzunehmen, im Gegensatz zur Norm SN EN (Prüfverfahren für geometrische Eigenschaften von Gesteinskörnungen Teil 11: Einteilung der Bestandteile in grobe rezyklierte Gesteinskörnung), die eine Korngrösse > 8 mm vorsieht. Bei Recyclingbeton aus Betongranulat RC-C besteht die Gesteinskörnung > 4 mm im Wesentlichen aus: mindestens 25 M.-% rezyklierte Körner Rc, bestehend aus Beton, Betonprodukten, hydraulisch gebundener Gesteinskörnung, Mörtel sowie Mauersteinen aus Beton, und höchstens 5 M.-% rezyklierte Körner Rb, bestehend aus Mauer- und Dachziegeln aus gebranntem Ton, Kalksandsteinen und nicht schwimmenden Porenbetonsteinen. Bei Recyclingbeton aus Mischgranulat RC-M enthält die Gesteinskörnung > 4 mm: mindestens 5 M.-% Rb und mindestens 25 M.-% (Rb + Rc) Im Merkblatt SIA 2030 wird eine Einschränkung der Verwendung von Recyclingbeton nach Eigenschaften aufgrund von dauerhaftigkeitsrelevanten Aspekten vorgenommen. Für Recyclingbeton nach Eigenschaften gelten die in Tabelle aufgeführten Anforderungen an die Expositionsklassen Recyclingbeton RC-C kann im Hochbau als Konstruktionsbeton eingesetzt werden (Abb 5.1.2). Recyclingbeton RC-M sollte ausschliesslich für Betonbauteile im Innenbereich oder für geschützte Betonbauteile verwendet werden. Der Einsatz von Recyclingbeton RC-M mit einem Gehalt von mehr als 25 M.-% Rb ist ohne entsprechende Voruntersuchungen nur für die Expositionsklassen XC0 und XC1 (trocken) zulässig. Für die Expositionsklassen XD, XF und XA 1 3, sowie generell für Spannbeton und ermüdungsgefährdete Bauteile darf

3 Recyclingbeton RC-M nicht und Recyclingbeton RC-C nur nach den entsprechenden Voruntersuchungen verwendet werden. Für Recyclingbeton gemäss dem Merkblatt SIA 2030 sollten auch die feinen rezyklierten Gesteinskörnungen (Korngruppe 0/4) verwendet werden. Bei speziellen Anforderungen an die Dauerhaftigkeit ist jedoch von deren Verwendung abzusehen. Abb : Einsatzgebiete von Recyclingbeton.

4 Tab : Einsatz von Recyclingbeton für die Expositionsklassen gemäss dem Merkblatt SIA Betontechnologie Zement Für die Herstellung von Recyclingbeton eignen sich alle Zemente, die in der Norm SN EN zugelassen sind. Zur Reduktion der CO2-Emissionen sollten Zementarten mit reduziertem Portlandzementklinker-Anteil verwendet werden (z. B. CEM II/B-Zemente). Im Vergleich zu Beton mit runder, natürlicher Gesteinskörnung ist mit einem um ca kg/ m3 höheren Zementbedarf zu rechnen. Bei Magerbetonanwendungen ist der Zementgehalt nicht erhöht, jedoch ist mit einem grösseren w/z-wert zu rechnen oder ein Verflüssiger/Fliessmittel einzusetzen. Gesteinskörnung Allgemeines Die Eigenschaften von rezyklierten Gesteinskörnern werden durch die Herkunft der Rückbaumaterialien und den Aufbereitungsprozess massgebend beeinflusst. Sie unterscheiden sich teilweise stark von denjenigen einer natürlichen Gesteinskörnung. Kornform Aufgrund des Aufbereitungsprozesses (Brechen der Rückbaumaterialien) weist das rezyklierte Gesteinskorn eine gebrochene, meist nicht kubische Kornform auf. Rohdichte Die Rohdichte der rezyklierten Gesteinskörnung ist geringer und schwankt stärker aufgrund der Inhomogenität des Materials als diejenige der natürlichen Gesteinskörnung (Tab ).

5 Tab : Ofentrockene Rohdichte von rezyklierter und natürlicher Gesteinskörnung. Wasseraufnahme Rezyklierte Gesteinskörner weisen eine höhere Wasseraufnahme auf infolge ihrer höheren Porosität als natürliche Gesteinskörner (Abb ). Abb : Natürliches Gesteinskorn: Ansicht (links), mikroskopische Aufnahme im UV-Licht (rechts). Dichte Gesteinskörner erscheinen im UV-Licht dunkel, hingegen der poröse Zementstein hell.

6 Abb : Rezykliertes Gesteinskorn: Ansicht (links), mikroskopische Aufnahme im UV-Licht (rechts). Die hohe Porosität des Zementsteines innerhalb des rezyklierten Kornes wird im UV-Licht durch die sehr helle Farbe deutlich sichtbar. Sie ist höher als diejenige des umgebenden Zementsteines. Die Wasseraufnahme ist umso grösser, je kleiner die Rohdichte des rezyklierten Gesteinskorns ist (Abb ). Um einer Verschlechterung der Verarbeitbarkeit des Frischbetons vorzubeugen, wird empfohlen, bei der Betonherstellung die Wasserzugabe zu erhöhen (siehe Zugabewasser) oder die rezyklierte Gesteinskörnung vorzunässen. Im Allgemeinen entspricht die Wasseraufnahme der rezyklierten Gesteinskörnung nach einer 10-minütigen Wasserlagerung (W10) etwa 90 % einer 24-stündigen Wasserlagerung (W24), so dass für die Ermittlung des Wasseranspruchs der Gesteinskörnung die W10-Werte zugrunde gelegt werden.

7 Abb : Wasseraufnahme (W10) von rezyklierten und natürlichen Gesteinskörnern unterschiedlicher Korngruppen in Abhängigkeit von der ofentrockenen Rohdichte. Kornfestigkeit Die Kornfestigkeiten der rezyklierten Gesteinskörnung sind im allgemeinen geringer als diejenigen von natürlichen Gesteinskörnungen und schwanken in Abhängigkeit von der Materialart (Abb ).

8 Abb : Richtwerte der mittleren Kornfestigkeit von Betongranulat, Mischgranulat und natürlicher Gesteinskörnung. Stoffliche Zusammensetzung Die stoffliche Zusammensetzung der rezyklierten Gesteinskörnung unterliegt grossen Schwankungen (Abb , links für Betongranulat und rechts für Mischgranulat). Alkali-Aggregat-Reaktion Aufgrund der oftmals unbekannten und ständig ändernden Herkunft der Rückbaumaterialien ist es nicht möglich, einen repräsentativen Nachweis bezüglich AARBeständigkeit eines Recyclingbetons mit einem vernünftigen Prüfaufwand zu erbringen. Aus diesem Grund sind rezyklierte Gesteinskörnungen nicht für die Herstellung von AAR-beständigen Betonen zu empfehlen (siehe AAR-beständiger Beton). Chloridgehalt Der wasser- und säurelösliche Chloridgehalt muss bei rezyklierten Gesteinskörnungen kontrolliert werden, um die Verwendung von chloridkontaminiertem Rückbaumaterial bei

9 der Herstellung von Recyclingbeton zu vermeiden. Für Recyclingbeton nach Eigenschaften gelten die selben Chloridgehaltsklassen (ClX) wie bei Beton aus natürlicher Gesteinskörnung (Tab unter Beton nach Eigenschaften). Schwefel- und Sulfatgehalt Sind Schwefelverbindungen in grösseren Mengen im Beton enthalten, können diese zu schädigenden Treiberscheinungen führen, die bis zur Zerstörung des Betonbauteils gehen können (siehe Alkali-Aggregat-Reaktion). Schwefelverbindungen können vor allem durch den Rückbau von Gipsputzen, Anhydritestrichen oder nicht separierten Gipskartonplatten in der rezyklierten Gesteinskörnung auftreten. Um das Risiko dieser Betonschädigung zu minimieren, sind die Mindestanforderungen an die stoffliche Zusammensetzung und an den Schwefel und Sulfatgehalt gemäss SN EN sicher zu stellen (siehe Gesteinskörnungen). Der Anteil an schädlichen Körnern (X), zu denen Gips und Anhydrit zählen, darf in der rezyklierten Gesteinskörnung nicht grösser als 0.3 M.-% sein.

10 Abb (links): Schwankungen in der stofflichen Zusammensetzung bei drei Betongranulatproben (Entnahmezeitraum der einzelnen Proben ca. drei Monate).

11 Abb (rechts): Schwankungen in der stofflichen Zusammensetzung bei fünf Mischgranulatproben (Entnahmezeitraum der einzelnen Proben ca. vier Monate). Zusatzmittel Die Dosiermenge von Fliessmitteln ist etwas höher als bei einem vergleichbaren Beton aus natürlicher Gesteinskörnung. Für Recyclingbetone werden spezielle, hochwirksame Fliessmittel angeboten. w/z-wert Für den Recyclingbeton gelten die Anforderungen an den Wasserzementwert (w/z-wert) gemäss SN EN Die Wasseraufnahme ist wie für natürliche Gesteinskörner nach SN EN zu bestimmen und bei der Betonherstellung zu berücksichtigen. Bei der Berechnung des w/z-werts anhand des ermittelten Wassergehalts aus der Frischbetonprüfung ist die Kernfeuchte der rezyklierten Gesteinskörnung zu berücksichtigen (siehe Beispiel 16 unter Wassergehalt).

12 Hinweise für das Planen von Recyclingbeton Ausschreibung Die Ausschreibung eines Recyclingbetons als Beton nach Eigenschaften erfolgt mit dem Zusatz RC-C für Recyclingbeton mit Betongranulat oder RC-M für Recyclingbeton mit Mischgranulat. Die Druckfestigkeit dient der primären Bezeichnung des Recyclingbetons. Die Beurteilung der Recyclingbetoneigenschaften erfolgt neben der Gesteinskörnungszusammensetzung anhand des mittleren Elastizitätsmoduls Ercm und der mittleren Rohdichte ρrcm. Diese beiden Betoneigenschaften sind bei der Bestellung von Beton zusätzlich zu den grundlegenden Anforderungen an den Beton nach Eigenschaften nach der Norm SN EN festzulegen. Die Gehalte an Rc und Rb sind zu deklarieren und im Sortenverzeichnis aufzuführen. Sind in der Ausschreibung des Recyclingbetons höhere Gehalte an rezyklierten Körnern Rc als 25 M.-% gefordert, so sind diese gemäss der Kategorien der Norm SN EN zu definieren. Werden höhere Gehalte an Körnern Rb als 5 M.-% gefordert, so sind diese in 10 %-Schritten zu definieren (15, 25, M.-%).

13 Festbetoneigenschaften Druckfestigkeit Die Druckfestigkeitsklassen des Recyclingbetons entsprechen denen für Beton nach Norm SN EN (siehe Festigkeitentwicklung). Im Vergleich zu Beton aus natürlicher Gesteinskörnung weist Recyclingbeton bei vergleichbarem w/z-wert eine geringere Druckfestigkeit auf. Dies ist auf die geringere Kornfestigkeit der rezyklierten Gesteinskörnung und das grössere Zementleimvolumen zurückzuführen.

14 Abb : Druckfestigkeit in Abhängigkeit vom w/z-wert für Recyclingbetone, hergestellt mit Optimo 4.

15 Je höher der Anteil an rezyklierter Gesteinskörnung ist, desto geringer ist die Druckfestigkeit des Recyclingbetons. Recyclingbetone mit einem Anteil an Mischgranulat von bis zu 100 % werden aufgrund ihrer geringen Druckfestigkeit hauptsächlich als Magerbeton eingesetzt. Konstruktionsbetone enthalten je nach geforderter Druckfestigkeitsklasse in der Regel einen Anteil an rezyklierter Gesteinskörnung von ca. 40 bis 80 M.-%, wobei hierfür hauptsächlich Betongranulat verwendet wird (Abb ). Abb : Richtwerte für den Anteil an rezyklierten Gesteinskörnern für unterschiedliche Recyclingbetone. Elastizitätsmodul (E-Modul) Der E-Modul von Recyclingbeton Ercm ist je nach Art der verwendeten rezyklierten Gesteinskörnungsart geringer als derjenige von Beton aus natürlicher Gesteinskörnung (Abb ). Der geringere E-Modul ist auf den geringeren E-Modul (geringere Rohdichte) der rezyklierten Gesteinskörnung im Vergleich zu natürlicher Gesteinskörnung und auf das höhere Zementsteinvolumen zurückzuführen. Zur Sicherstellung des geforderten E-Moduls ist im Merkblatt SIA 2030 festgelegt, dass der Betonhersteller den Elastizitätsmodul für den Recyclingbeton RC-M bei jeder dritten und für RC-C bei jeder sechsten Druckfestigkeitsprüfung zu ermitteln und anzugeben hat. Wenn für den E-Modul des Recyclingbetons Ercm keine entsprechendeen Herstellerangaben oder Versuchsergebnisse vorliegen (keine deklarierten Werte), ist der E- Modul für Beton aus natürlicher Gesteinskörnung Ecm zu verwenden unter Berücksichtigung eines Umrechnungsfaktors ηr (Tab , Gl ). Für Ecm ist der Wert für Beton gleicher Druckfestigkeit fcm aus natürlicher

16 Gesteinskörnung mit möglichst gleicher Herkunft zu verwenden, bzw. nach der Norm SIA 262 (siehe Elastizitätsmodul, Gl ) zu ermitteln. Abb : E-Modul in Abhängigkeit von der Betondruckfestigkeit nach 28 Tagen für Recyclingbeton RC-C und RC-M im Vergleich zu Normalbeton hergestellt mit natürlicher Gesteinskörnung.

17 Gl Bei Recyclingbeton RC-M sind die folgenden Mindestwerte einzuhalten: Ercm N/mm2 und ρrcm 2000 kg/m3 Wenn keine deklarierten Werte vorliegen, sind bei der Planung diese Mindestwerte zu verwenden. Ist die Rohdichte deklariert, kann der E-Modul des Recyclingbetons Ercm wie in Tab abgeschätzt werden. Dabei ist für die Rohdichte für Beton aus natürlicher Gesteinskörnung der Wert ρcm = 2450 kg/m3 zu verwenden. Tab : Abschätzen des E-Moduls von Recyclingbeton gemäss Merkblatt SIA 2030.

18 Schwinden und Kriechen Sowohl das Schwinden als auch das Kriechen von Recyclingbeton sind mit zunehmendem Anteil an recyklierter Gesteinskörnung höher als jenes von Beton mit natürlicher Gesteinskörnung bei gleicher Druckfestigkeit. Das höhere Schwinden ist vor allem auf den höheren Wassergehalt und das damit höhere Zementsteinvolumen zurückzuführen (siehe Verformungsverhalten). Sind dem Planer die Angaben zum Schwinden und Kriechen des Recyclingbetons nicht bekannt, kann gemäss Merkblatt SIA 2030 das Verhalten unter Verwendung des Elastizitätsmodul Ercm analog zum Beton nach der Norm SN EN abgeschätzt werden mit dem Ansatz: Gl

19 Gl Beim Einsatz von RC-M ist zu beachten, dass die Querkraftbemessung und der Durchstanznachweis gemäss der Norm SIA 262 mit Dmax = 0 wie für Leichtbeton zu führen ist. Betonzusammensetzung In Tabelle sind die Betonzusammensetzung sowie ausgewählte Festbetoneigenschaften von Recyclingbeton mit Betongranulat aufgeführt.

20 Abb : Schnittfläche eines Recyclingbetons aus Mischgranulat. Ökologische Aspekte Durch den Einsatz von rezyklierter Gesteinskörnung werden die natürlichen Kiesressourcen geschont und die damit verbundene Inanspruchnahme von Land reduziert. Das zu deponierende Abfallvolumen wird vermindert und somit die Umwelt entlastet. Jedoch führt der Einsatz von rezyklierter Gesteinskörnung bei der Betonherstellung zu keiner signifikanten Reduktion der CO2-Emissionen, sondern aufgrund des erhöhten Zementgehaltes in vielen Fällen sogar zu einer Erhöhung derselben.

21 Dennoch wird von vielen Bauherren der Einsatz von Recyclingbeton gefordert (z. B. KBOB- Empfehlung), insbesondere bei der Erstellung von Neubauteilen mit dem Nachhaltigkeitsstandard MINERGIE-ECO. In diesem Nachhaltigkeitsstandard werden folgende Anforderungen beim Einsatz von Recyclingbeton im Neubau gestellt: Der Volumenanteil an Bauteilen aus Recyclingbeton (gemäss SIA Merkblatt 2030), bezogen auf die Betonkonstruktion, für welche Recyclingbeton grundsätzlich angewendet werden kann, muss mindestens 50 % betragen Die Distanz zwischen RC-Betonwerk und Baustelle darf maximal 25 km betragen. Besteht keine Bezugsmöglichkeit in einem Umkreis von 25 km der Baustelle oder muss das Recyclingmaterial weiter als 25 km zum Betonwerk transportiert werden, so ist Recyclingbeton nicht zu verwenden Die stoffliche Zusammensetzung der rezyklierten Gesteinskörnung muss die Vorgaben des SIA Merkblatts 2030 erfüllen Recyclingbeton nach Eigenschaften für konstruktiv tragende Bauteile: Der Gehalt der Bestandteile Rc und Rb beträgt mindestens 40 %, ausgezählt nach SN Recyclingbeton nach Zusammensetzung für Füll-, Hüll- und Unterlagsbeton etc.: Der Mindestgehalt der Bestandteile Rc und Rb beträgt mindestens 80 %, ausgezählt nach SN Für die Einhaltung der Kriterien und Vorgaben sind durch den Planer folgenden Massnahmen zu ergreifen: Abklären der Verfügbarkeit der RC-Betonsorten Festlegen der Bauteile, welche aus Recyclingbeton gefertigt werden können und Sicherstellen des geforderten Mindestanteils in Bezug zum gesamten Betonvolumen Ausschreiben der entsprechenden RC-Betonsorten mit den vorhergesehenen Mengen im Devis

22 Abb : Recyclingbeton mit Betongranulat im Frischbetonzustand.

23 Tab : Beispiele für den Mischungsentwurf eines Recyclingbetons mit Betongranulat für einen Beton der Betonsorte C (Expositionsklasse XC4) und ausgewählte Festbetoneigenschaften.