Baustoffe aus Recyclaten und Nebenprodukten Gleisschotter

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1 Baustoffe aus Recyclaten und Nebenprodukten Gleisschotter Univ.-Prof. Dr.-Ing. K.-Ch. Thienel

2 Anforderungen an die Entsorgung von Problem Gleisschotter Gleisschotter fällt in unterschiedlicher Qualität an. Er ist ordnungsgemäß und schadlos zu entsorgen. Folge Alle relevanten Schadstoffbelastungen müssen erfasst werden.

3 Schadstoffbelastung und stoffliche Verschmutzungen von Gleisschotter (1) Feinanteile aus Abrieb und Absplitterung des Schotters, Rückstände von Ladungsverlusten, Rückstände aus Zugtoiletten, Abfälle verschiedener Art, aufgestiegenes Unterbaumaterial, Humus und Pflanzenreste

4 Schadstoffbelastung und stoffliche Verschmutzungen von Gleisschotter (2) aliphatische Kohlenwasserstoffe (Mineralöl) aus Treibstoff- und Schmiermittelverlusten, polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe (PAK) aus Rückständen des Dampflokbetriebs und aus Tränkmitteln für Holzschwellen (Teeröl), Schwermetalle, z. B. aus dem Abrieb von Schienen, Rädern, Bremsen und Oberleitungen sowie Rückstände von Herbiziden.

5 Probenahme Vorerkundung durch Auswertung vorhandener Unterlagen Augenschein die Vorgeschichte der Strecke die Verschmutzung eingebaute Schwellenart Die Verteilung der Schadstoffbelastung muss bereits vor dem geplanten Ausbau des Schotters ermittelt werden.

6 Untersuchungen am Altschotter Kornverteilung Bei offensichtlich unbelasteten Bereichen pro Kilometer Streckenabschnitt fünf Einzelproben (alle 200 m eine Probe; repräsentativ für t Altschotter) chemische Analyse wird die abgesiebte Feinfraktion (0 22,4 mm) Bei offensichtlich belasteten Bereichen gesonderte Erfassung

7 Mindestuntersuchungen für Gleisschotter Parameter Feststoff Eluat äußere Beschaffenheit Kornverteilung, Gesteinsart, Aussehen, Geruch Färbung, Trübung, Geruch Mineralölkohlenstoff Zink Quecksilber Polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe ph-wert Elektrische Leitfähigkeit Phenole, gesamt (Phenolindex) Herbizide und relevante Abbauprodukte X X X X X X X X X X

8 Einbauklassen nach LAGA Institut für Werkstoffe des Bauwesens

9 Bewertung vernachlässigbare Belastung der Grobfraktion Schadstoffgehalt durch Umrechnung aus der Feinfraktion Belastung in der Feinfraktion > 4-fachen des Z2- Wertes Verwertung nur mit technischen Sicherungsmaßnahmen offenkundig belastete Grobfraktion Feststoff und Eluat der Feinfraktion direkt für Gesamtfraktion

10 Zuordnungswerte für Eluat Institut für Werkstoffe des Bauwesens

11 Gleisschotter Ermittlung der PAK-Belastung der Gesamtfraktion Institut für Werkstoffe des Bauwesens

12 Eluatuntersuchungen an Recyclingbaustoffen Mögliche Umweltbelastungen durch Baustoffe: Abgabe von gasförmigen Stoffen und/oder Staub in die Raumluft oder Atmosphäre Abgabe wasserlöslicher Bestandteile

13 Recyclingbaustoffe Quellen einer möglichen Umweltbelastung Baustoffe Mörtel/Betone mit und ohne industrielle Nebenprodukte Mauerwerksbaustoffe Beschichtungssysteme für Betone/Natursteine Hydrophobierungsmittel für Betone/Natursteine Dichtungsmasse (z.b. Weichmacher, PCB)

14 Auslaugung Theoretische Betrachtungen Beton mit 350 kg/m 3 Portlandzement enthält etwa je m 3 : 80 kg Calcium-, 3 kg Kalium- und 1 kg Natriumhydroxid sowie 7 kg Chloride und Sulfate

15 Auslaugung Theoretische Betrachtungen 1 l kann Wasser aufnehmen: 1,7 g Calciumhydroxid, aber 1120 g Kaliumhydroxid, (etwa 700-fache Menge) Folgerung für 1 m 3 Beton: 80 kg Calciumhydroxid erfordern l Wasser 3 kg Kaliumhydroxid erfordern nur 2,7 l Wasser

16 Auslaugung von Beton Frischbeton ist einfach auszulaugen Auslaugung von Festbeton hängt ab von: Art und Menge an auslaugbaren Stoffen und deren Löslichkeit Dichtigkeit und Alter des Betons Größe der Einwirkungsfläche Beim umgebenden Wasser sind folgende Einflüsse zu nennen: ph-wert Zusammensetzung Angriffsgrad nach DIN 4030 die Fließgeschwindigkeit Temperatur und Druck Dauer der Einwirkung

17 Auslaugung von Recyclingmaterialien Bauschutt wird zunehmend recycliert (z. B. für den Erd- und Wegebau) Aus dem aufbereiteten Material können lösliche Bestandteile verfrachtet werden nachteilige Veränderungen der Eigenschaften von Grund- und Oberflächenwässern

18 Einfluss der Aufbereitung Vorabsiebung der Feinfraktion reduziert Schadstoffkonzentration im Recyclat Nassaufbereitung entfernt einerseits schädliche Bestandteile, andererseits kann eine Aufkonzentrierung gelöster Stoffe stattfinden trockenen Aufbereitung Filterstaub

19 Eluation Die Eluation löslicher Bestandteile spielt eine große Rolle bei der Beurteilung von Festkörpern im Hinblick auf eine mögliche Umweltgefährdung (Zuordnung zu Deponieklassen, Haldenmaterialien, Verwendung als Recyclingmaterial usw.). Es gibt eine Reihe unterschiedlicher Eluationsverfahren, die sich im Lösungsmittel, ph-wert, Kontaktzeit usw. unterscheiden.

20 Eluation nach DEV S 4 Das wichtigste Eluationsverfahren ist das Verfahren nach DEV S 4 DEV Deutsche Einheitsverfahren zur Wasser-, Abwasser- und Schlammuntersuchung Die Probe wird auf max. 10 mm Größtkorn zerkleinert. I.d.R. wird 100 g Trockensubstanz mit 1000 ml Wasser versetzt und 24 Stunden geschüttelt. Das flüssige Eluat wird durch Filtration oder Zentrifugieren abgetrennt und chemisch analysiert.

21 Probleme DIN 38414: Das Verfahren kann allerdings Werte ergeben, die unter Deponiebedingungen nicht oder nur in langen Zeitspannen erreicht werden. Die Schädlichkeit des deponierten bzw. zu deponierenden Materials ist daher aus den Analysenwerten des Eluats allein nicht zu ermitteln

22 Alternative Schüttelverfahren ASTM-Test: Flüssigkeit/Feststoff-Verhältnis 4 EPA-EP-Test Flüssigkeit/Feststoff-Verhältnis 20 mit 0,5n Essigsäure angesäuertes destilliertes Wasser als Eluent (ph = 4)

23 Alternative Schüttelverfahren Kaskaden-Schütteltest zwei Reihen, beginnend mit L/S = 10 Erste Reihe: nach Abfiltern restliches Filtrat mit neuem Feststoff L/S Zweite Reihe: Ausgangsfiltrat mit neuem Eluent L/S Vorteil: L/S-Werte variiert von unter 1 bis zu einigen 100 Nachteil: Aufbrechen der Matrix

24 Trogverfahren (FGSV) Ähnlich DEV S4, aber nur der Eluent wird bewegt Auslaugraten hängt nicht nur von der Einwaage der Probe, sondern auch von deren Oberfläche ab Vorteil: Keine mechanische Beanspruchung Bestimmung von Diffusionskoeffizienten ermöglicht die Prognose von Auslaugraten

25 Durchströmungsverfahren Überregnen: die Flüssigkeit fließt von oben nach unten und wird unterhalb der Säule aufgefangen; dabei gibt es auch die Möglichkeit, die Beregnungsintervalle beliebig zu variieren. Inverse Säulenelution: die Elutionsflüssigkeit wird von unten durch das Material gepumpt (mit Hilfe einer peristaltischen Pumpe) und durch eine Überlaufvorrichtung abgeleitet

26 Durchströmungsverfahren Vorteil Elutionsflüssigkeiten, die L/S-Verhältnisse und die Beschickungsdauer können variiert werden Zeitraffereffekt gut vergleichbar mit Feldversuchen Nachteil schlechte Reproduzierbarkeit wegen ungleicher Packung der Proben Wandeffekte Tunneleffekte (Bildung von Kanälen)

27 ISE-Durchlaufverfahren Institut für Werkstoffe des Bauwesens

28 Einflussgrößen auf die Auslaugung L/S Flüssigkeitsvolumen/Oberfläche Korngröße des Prüfmaterials ph-wert Eluent

29 LAGA-Grenzwerte Parameter Eluat Dimension Z 0 Z 1.1 Z 1.2 Z Zuordnungswerte 2 ph-wert 7,0 12,5 elektr. Leitfäh. µs/cm Chlorid mg/l Sulfat mg/l Arsen µg/l Blei µg/l Cadmium µg/l Chrom (gesamt) µg/l Kupfer µg/l Nickel µg/l Quecksilber µg/l 0,2 0,2 1 2 Zink µg/l Phenolindex µg/l <

30 Anforderung an RC-Baustoffe Parameter Eluat Dimension Grenzwert für RC- Baustoffe 1 ph-wert 7,0 12,5 elektr. Leitfäh. Grenzwert für RC- Baustoffe 2 ms/m Sulfat mg/kg Chlorid mg/kg Arsen mg/kg 0,5 2 Cadmium mg/kg 0,1 0,3 Chrom IV mg/kg 0,3 0,5 Kupfer mg/kg 1 5 Nickel mg/kg 0,2 1 Blei mg/kg 0,4 1 Zink mg/kg 2 5 AOX mg/kg 0,5 1 PAK mg/kg 0,03 0,05 Phenolindex mg/kg 0,5 1