Verwertungsstrategien für industrielle An- und Abfallstoffe für den Bausektor

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1 Institut für Angewandte Bauforschung Weimar gemeinnützige GmbH Verwertungsstrategien für industrielle An- und Abfallstoffe für den Bausektor Dr.-Ing. Barbara Leydolph

2 Mauerwerksabbruch

3 Praxis in der Aufbereitung heterogenes Bauschuttgemisch Vorsieb 0/45 mm 45/x mm Magnetabscheider FE-Schrott Hauptprozess Sortierband Ziegel FE- Schrott Mauerwerksverbünde, Metalle, Holz, etc. Prallbrecher 45/x mm Überkornrückführung Sortierung Boden, Feinanteile, etc. 0/16 mm 16/45 mm 0/45 mm Vorsiebmaterial 45/x mm aussortiertes Material 0/4 mm 4/8 mm 8/16 mm 16/32 mm sortenreine rezyklierte Ziegelkörnung Feinfraktion Rohstoff 32/45 mm Restmaterial 0/x mm

4 Leichtgranulat-Entwicklung Granulatrezeptur Mauerwerkbruch: vorzerkleinert gemahlen Gesteinsmehl Aschen Blähmittel (z. B. Organik, Schweröl, Zucker, SiC) Blähmittelzugabe: Steuerung der Rohdichte Rohdichten unter 0,6 g/cm 3 erzielbar Variation von Festigkeit, Rohdichte, Porosität und Wärmeleitfähigkeit je nach Einsatzgebiet

5 Leichtgranulat-Entwicklung Rezepturentwicklung Leichtgranulate Verfahren zur Bewertung der Plastifizierungs-Eignung des Ausgangsgemisches im thermischen Prozess 3 Stoff-Diagramm mit Bereichen guter Blähfähigkeit nach WILSON und RILEY Grundmischung: Refrenz: 50/ 3% Anteil Ziegelmehl 50 % 500 g Rc Betonbruch 40 % 400 g Rc Kalksandsteinbruch + G 10 % 100 g Zwischensumme: 100 % 1000 g Blähmittel SiC 3 % 30 g Gesamtsumme: 1030 g Feuchtegehalt U 25,1 %

6 Leichtgranulat-Entwicklung Granulatherstellung im labortechnischen Maßstab Homogenisierung der Gesamtmischung und Formgebungsprozess Granulate (Zwangs- oder Freifallmischer) Röhnradmischer Eirich-Mischer mit Sternwirbler (Ausführung RV1 und R05T) Granulierteller Pellets (Extrusion) Strangpresse Trocknung

7 Leichtgranulat-Entwicklung Dreistufiger Standardblähversuch Mischen+Granulieren Gradientenofen Rohgranulate Korngröße 2/4 Muffelofen Gradientenbrand (Temperaturgradient im BR) langsame Erwärmung C Auswahl der Brenntemperatur Auswahl einer Zielrezeptur Muffelofen (gleiche Brenntemperatur) schockartiges Erhitzen bis 1450 C Variation Brenndauer 6 und 9 min Drehrohrofen Klein- und Großserienfertigung bis 1500 C Einwirkungsdauer über Neigung/Anz. Durchgänge Kontrolle Brenntemperatur von GB

8 Leichtgranulat-Entwicklung Granulatherstellung im labortechnischen Maßstab Trennmittel: Korund- oder Kalksteinmehl zur Vermeidung von Anhaftungen am Drehrohr Variation der Brenndauer: - Wahl der Voreinstellung von Drehzahl und - Anzahl der Durchgänge Durchsatz Laborofen ca. 2 Liter/Stunde

9 Leichtgranulat-Entwicklung Verfahrensschritte zur Herstellung leichter Gesteinskörnungen Ausgangs- Material Drehrohrofen Leichte Gesteinskörnungen Die erzeugten Leichtgranulate weisen folgende Merkmale auf: Rohdichten deutlich unter kg/m³ Einzelkornfestigkeiten bis zu 10 N/mm² Wärmeleitfähigkeit 0,135 W/mK Einhaltung aller umwelttechnischen Parameter

10 Additiv im Baustoff Baustoffe Funktionalitäten Mörtel/Beton Porenbeton Dauerhaftigkeit Ziegel Leichtbeton Kalksandstein Nachhaltigkeit/ Kosten Lehm Asphalt

11 Additiv im Baustoff Motivation Nutzung der Rest- und Anfallstoffe als Sekundärrohstoffe Beeinflussung definierter Produkteigenschaften Ressourcenschonung Möglichkeit zur Energieeinsparung

12 Anwendungspotentiale Ziegel Lösungsansätze Brennfarbe Feuchteregulierung Steigerung der Plastizität Sinterhilfsmittel Mineralische Porosierungskomponente Ziegel Magerungsmittel

13 Anwendungspotentiale Ziegel Produktionsrückstand Calciumsilikat Nutzung Mikroporosität des Anfallstoffs Produktionsrückstände : Zuschnitt, Schleifstaub t/a Gefüge: räumlich lose, vernetzte Nadeln mit Abmessungen im Nanometerbereich Rohdichteabsenkung im keramischen Scherben bei geringer Beeinflussung der Scherbenfestigkeit Verbesserung der Wärmedämmwirkung

14 Anwendungspotentiale Ziegel Anfallstoff Calciumsilikatrückstände (CS) Entwicklung der Porositätskennwerte des Scherbens bei 900 C 80,0 1,60 Wasseraufnahme [%] 70,0 60,0 50,0 40,0 30,0 20,0 1,50 1,40 1,30 1,20 1,10 1,00 Rohdichte [g/cm³] Wasseraufnahme Rohdichte 10,0 0,90 0,0 0,0 2,5 5,0 7,5 10,0 15,0 20,0 0,80 Substitution durch CS - Anfallstoff [%] 20,0 % CS - Anfallstoff Rohdichteabnahme von ~ 22,0 % Scherbenrohdichte sinkt von 1,51 g/cm³ auf 1,17 g/cm³

15 Anwendungspotentiale Ziegel Anfallstoff Calciumsilikatrückstände (CS) erfolgreiche Umsetzung in die Praxis: Einsatzmengen 2 7 Vol.-% feuchteregulierend bessere Steuerung des Hochtemperaturprozesses (Tunnelofen) positiver Einfluss auf die Maßhaltigkeit von Planziegeln Lücking Lücking

16 Anwendungspotentiale Ziegel Anfallstoff der Gesteinsaufbereitung Schiefermehl und -feinsplitt Mineralphase Masse % SM t/a SFS t/a Quarz 22 Plagioklas 7 Reststoffe aus der Gewinnung und Aufbereitung von Schiefergestein Schiefermehl x m = 12,13 µm Schieferfeinsplitt x m = 278,6 µm Chlorite 35 Muskovit 20 Illit 15 Summe

17 Anwendungspotentiale Ziegel Anfallstoff Schiefermehl und -feinsplitt (SM, SFS) Auswirkungen auf den Scherben eines HLz bei 4% Substitution 30,0 1,60 Festigkeiten in [N/mm²] Schwindung in [%] 25,0 20,0 15,0 10,0 5,0 1,40 1,20 1,00 0,80 0,60 Rohdichte in [g/cm³] GS BZF DF RD 0,0 BM 4'12 100/0 75/25 0,40 Verhältnis SM/SFS keine negative Beeinflussung der Steinparameter Maßhaltigkeit gegeben Beibehaltung Rohdichteklasse 0,65 und WLFK 0,08 Festigkeitsklasse

18 Anwendungspotentiale Ziegel Herausforderungen Beton Aktuelle Normung Preis Zement/Chemie Spezielle Eigenschaften (Expositionsklasse) Mineralogische Zusammensetzung Betonfarbe

19 Anwendungspotentiale Ziegel Anfallstoff Betonbruch und Beton(fein)mehl Ausgangsmaterial Brechen Mahlen Altbetonmehl (RC-Material)

20 Anwendungspotentiale Ziegel Anfallstoff Betonbruch und Beton(fein)mehl Dichte q3*(x) Sichterraddrehzahl U/min U/min U/min AB1_1.200 AB1_3.250 AB1_5.000 AB1_ AB2_1.200 AB2_3.250 AB2_5.000 AB2_ U/min Korngröße x / mm Sichterraddrehzahl von U/min mittlere Korngröße x m = 22 µm Sichterraddrehzahl von U/min mittlere Korngröße x m = 2 µm

21 Anwendungspotentiale Ziegel Konzept Substitutions- und Additionsbinder

22 Anwendungspotentiale Ziegel Substitutionsbinder Druckfestigkeiten nach 28 Tagen Druckfestigkeit [N/mm²] AB1_1.200 AB1_3.250 AB1_ 'Verdünnungskurve' Anteil Altbetonmehl [%]

23 Anwendungspotentiale Ziegel Additionsbinder

24 Anwendungspotentiale Ziegel Durch die Kombination von Substitution und Addition, wobei gilt Substitution < Addition, kann ein Festigkeitsgewinn bei gleichzeitiger (geringer) Reduktion der Zementzugabe erzielt werden. Berechnete Mörtelprismenzusammensetzung: Druckfestigkeit [N / mm² Ausgangsfestigkeit Addition Substitution CEM I 52,5R HS/NA Altbetonmehl (1.200/3.250/5.000/ U/min) Wasser Normsand 360 g 225 g (Sub 90g + Add 135g) 225 g 1215 g w/z 0,625 Normsand/Zement 3,375 0 Fließmittel 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 Addition [kg/kg] Substitution [kg/kg]

25 IAB-Wissenschaftstage

26 Kontakt Visionen sind Strategien des Handelns. Das unterscheidet sie von Utopien. Zur Vision gehören Mut, Kraft und die Bereitschaft, sie zu verwirklichen. Roman Herzog IAB - Institut für Angewandte Bauforschung Weimar ggmbh Über der Nonnenwiese 1, Weimar kontakt@iab-weimar.de