Institut für Straßen- und Eisenbahnwesen Stoffliche Zusammensetzung von RC-Baustoffen: Erkenntnisse aus Forschung und Praxis

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1 Institut für Straßen- und Eisenbahnwesen : Erkenntnisse aus Forschung und Praxis

2 Inhalt Motivation Grundlagen Zusammenfassung 2

3 Motivation Anfragen/Bedenken der Produzenten bezüglich Auswirkungen auf die Qualität bei höheren Anteilen einzelner Stoffgruppen Europäische Regelungen, Wegfall von Länderregelungen Eigene Erkenntnisse aus systematischen Untersuchungen und der Praxis als Güteüberwacher Angabe von Empfehlungen 3

4 Grundlagen Definitionen nach TL Gestein-StB 4 RC-Baustoff Rezyklierte Gesteinskörnung mit Begrenzung des Anteils einzelner Stoffgruppen. Rezyklierte Gesteinskörnung Gesteinskörnung, die durch Aufbereitung anorganischen Materials entstanden ist, das zuvor als Baustoff eingesetzt war. Gesteinskörnung Körniges Material für die Verwendung im Bauwesen. Gesteinskörnungen können natürlich, industriell hergestellt oder rezykliert sein. 4

5 Grundlagen Ausgangsmaterialien für RC-Baustoffe Bei Abbruch, Rück-, Neu-, Aus- und Umbau von Gebäuden, Kunstbauten, Straßen und Wegen im Hoch- und Tiefbau anfallende Abfallarten: Beton Ziegel Fliesen, Ziegel, Keramik Gemische aus Beton, Fliesen, Ziegel und Keramik Bitumengemische (Asphalt, teerfrei) Keramik, Ziegel, Fliesen, Steinzeug nach dem Brennen Betonabfälle, jedoch ohne Betonschlämme jeweils mit Abfallschlüssel. Getrennte Lagerung im Werk 5

6 Grundlagen Bestimmung der stofflichen Zusammensetzung Merkblatt über die Wiederverwertung von mineralischen Baustoffen als Recycling-Baustoffe im Straßenbau (M RC), Ausgabe 22 Nach Augenschein an den gewaschenen Kornklassen 4/8, 8/16 und 16/X Ausgangsmenge ist das Gemisch aus der Bestimmung der Korngrößenverteilung Beurteilungsmerkmale als Tabelle gegeben Zuordnung zu den Stoffgruppen Ergebnis ist der gewogene Mittelwert für die einzelnen Stoffgruppen bezogen auf das Korngemisch > 4 mm auf,1 M.-%. 6

7 Grundlagen Anforderungen an die stoffliche Zusammensetzung Stoffgruppe [-] Festgestein Kies Beton und andere hydr. geb. Stoffe Schlacke Asphaltgranulat TL Gestein-StB Stoffgruppe TL Min-StB 2 Stoffgruppe [M.-%] - [-] - [M.-%] - [-] - Verwaltungsvorschrift B.-W. [M.-%] Asphaltgranulat Klinker, dichte Ziegel und Steinzeug Kalksandstein, weich gebrannte Ziegel und Steinzeug Mineral. Leicht- u. Dämmbaustoffe, wie Gasbeton und Bimsbeton Fremdstoffe wie Holz, Gummi, Kunststoffe und Textilien 3 Klinker, dichte Ziegel und Steinzeug im Anteil > 5 m Kalksandstein, weich gebrannte Ziegel und Putze im Anteil > 4mm Mineral. Leicht-/ Dämmbaustoffe (Gasbeton und Bimsbeton) Holz, Gummi, Kunststoffe und Textilien - Klinker, Ziegel und Steinzeug 3 Kalksandstein, Putze u. ähnliche Stoffe 5 Mineral. Leicht- u. Dämmbaustoffe 1 Fremdstoffe wie Holz, Gummi, Kunststoffe und Textilien, , ,2 Unterschiede in den Qualitäten innerhalb einer Stoffgruppe Länderregelung B.-W.: Reinheit, Durchmischung, Wasserdurchlässigkeit 7

8 Grundlagen Zusammenhang Eigenschaften und Anforderungswerte beeinflusst besonders stark die bautechnischen Eigenschaften des RC-Baustoffes. Hierzu zählen besonders Festigkeit, Verdichtungseigenschaften, Wasserdurchlässigkeit, Tragfähigkeit und Frostbeständigkeit. Daher wurden die Anteile begrenzt. Neue Erkenntnisse einer Forschungsarbeit der Universität Bochum (Dipl.-Ing. Jan Kollar) haben z.b. zu Änderungen der Stoffgruppen und der Anforderungswerte für Ziegel in den TL Gestein-StB 4 geführt. 8

9 Grundlagen Anforderungswerte Stoffgruppe weich und hart gebrannte bzw. dichte Ziegel Zuordnung nach äußerer Beschaffenheit schwierig. Prinzipiell ist qualitativer Unterschied vorhanden. Besser: Einteilung über Dichte und Wasseraufnahme. Gemische mit 6 M.-% Beton und 4 M.-% Ziegel können bezüglich Frostempfindlichkeit und Tragfähigkeit als ausreichend für den Einsatz in ToB angesehen werden. Schlagzertrümmerung ist nicht mehr ausreichend. Schlussfolgerung: Begrenzung des Anteils der Stoffgruppe Ziegel auf 3 M.-%. Keine Unterscheidung in weich und hartgebrannte Ziegel 9

10 - Statistik Fremdstoffe Mineral. Leicht-/ Dämmbaustoffe Kalksandstein, Putze u.ä. Stoffe Klinker, Ziegel und Steinzeug Schlacke Beton Kies Asphaltgranulat 1 Festgestein Anteil im Material > 4 mm [M.-%] Zeitraum 25 bis 27 1

11 - Statistik Zeitraum 25 bis Fremdstoffe Mineral. Leicht-/ Dämmbaustoffe Kalksandstein, Putze u.ä. Stoffe Klinker, Ziegel und Steinzeug Schlacke Beton Kies Asphaltgranulat 1 Festgestein Anteil im Material > 4 mm [M.-%] Werk 5 RC /45 11

12 - Statistik Zeitraum 25 bis Fremdstoffe Mineral. Leicht-/ Dämmbaustoffe Kalksandstein, Putze u.ä. Stoffe Klinker, Ziegel und Steinzeug Schlacke Beton Kies Asphaltgranulat 1 Festgestein Anteil im Material > 4 mm [M.-%] Werk 1 RC /45 12

13 Definiert zusammengesetzte RC-Baustoffe Untersuchungen am ISE mit präparativ zusammengesetzten Baustoffen bezüglich Festigkeit, Verdichtungseigenschaften und Wasserdurchlässigkeit Probenaufbereitung Zerkleinerung mit Prallbrecher Sortenreine Ausgangsstoffe mit bekannter Korngrößenverteilung (KGV) Präparative stoffliche Zusammensetzung mit gleich bleibender KGV Hervorragendes Ausgangsmaterial, womit das Optimum der Eigenschaften getestet werden kann 13

14 Definiert zusammengesetzte RC-Baustoffe Zusammensetzung Ziegel: dichte Dachziegel mit Rohdichte von 2,67 g/cm3 Beton: 4 cm dicke Betonfahrbahn Asphalt: 3 cm dicke Asphaltfahrbahn Betonwerksteine: Pflastersteine aus Beton 14

15 Definiert zusammengesetzte RC-Baustoffe Nr Beton Anteile in M.-% Betonwerksteine Asphalt Ziegel

16 Definiert zusammengesetzte RC-Baustoffe Widerstand gegen mechanische Beanspruchung Ergebnisse Schlagversuch Grenzwert für FSS nach TL SoB-StB 4 SZ 8/12,5 [%] 3 28, ,5 24,9 25,6 26,5 Grenzwert für STS nach TL SoB-StB 4 26, ,1 24,1 Δ =,5 Δ =, Δ = Spannweite Δ =,7 Δ =,3 Δ =,4 Δ =,2 Beton 1% Beton, Ziegel 8/2% Ziegel, 1% Beton, Werksteine, Ziegel 8/1/1% Δ =,7 Δ =,1 Beton, Ziegel 9/1% Beton, Ziegel 7/3% Werksteine 1% Beton, Werksteine, Ziegel 7/1/2% 16

17 Definiert zusammengesetzte RC-Baustoffe Widerstand gegen mechanische Beanspruchung Erkenntnisse Anforderungen für FSS und STS der Gemische mit bis zu 3 M.-% Ziegel erfüllt Gemisch mit 1 M.-% Ziegel erfüllt die Anforderungen für STS nicht Beton und Betonwerksteine unterscheiden sich nur geringfügig Aussagen gelten nur für hart gebrannte Ziegel, Verunreinigungen oder andere Qualitäten verändern das Ergebnis Auch bei schlechten Qualitäten erscheinen 3 M.-% Ziegel für Anforderung an FSS möglich 17

18 Definiert zusammengesetzte RC-Baustoffe Verdichtungseigenschaften Proctordichte und optimaler Wassergehalt 18

19 Definiert zusammengesetzte RC-Baustoffe Verdichtungseigenschaften Proctordichte und optimaler Wassergehalt 19

20 Definiert zusammengesetzte RC-Baustoffe Verdichtungseigenschaften Erkenntnisse Zunehmende Ziegelanteile verringern die Proctordichte und erhöhen den optimalen Wassergehalt Keine Auffälligkeiten bei hohen Anteilen Asphalt bei der Verdichtung im Labor Höhere Anteile an Asphalt bewirken eine Abnahme des optimalen Wassergehaltes 2

21 Definiert zusammengesetzte RC-Baustoffe Wasserschluckwert [1 1-3 cm/s] Wasserdurchlässigkeit Wasserschluckwert nach Anleitung der FMPA * -5 * Grenzwert für Frostschutz-/Schottertragschichten (VwV BW), k>1 1 m/s Beton 1% Beton As phalt 9/1% Beton As phalt 8/2% Beton As phalt 7/3% Beton As phalt 5/5% Beton As phalt 25/75% As phalt 1% Beton Ziegel 9/1% Beton Ziegel 8/2% Beton Ziegel 7/3% Ziegel 1% Beton As phalt Ziegel 7/2/1% Beton As phalt Ziegel 6/2/2% Beton As phalt Ziegel 5/2/3% Werks teine 1% Beton Werks teine As phalt 8/1/1% Beton Werks teine As phalt 7/1/2% Beton Werks teine Ziegel 8/1/1 % Beton Werks teine Ziegel 7/1/2 % 21

22 Definiert zusammengesetzte RC-Baustoffe Wasserdurchlässigkeit Erkenntnisse Höhere Anteile (> 7 M.-%) an Beton verschlechtern die Wasserdurchlässigkeit, teilweise werden Grenzwerte nur geringfügig überschritten Betonwerksteine sind (hier) weniger wasserdurchlässig als Beton Höhere Anteile von Asphalt verbessern die Wasserdurchlässigkeit Ziegelanteil bis zu 2 M.-% verbessern die Wasserdurchlässigkeit, ab 3 M.-% tritt eine Verschlechterung ein 22

23 Zusammenfassung beeinflusst die Qualität und somit die Eigenschaften der RC-Baustoffe Qualitätssicherung unerlässlich: Annahmekontrolle, Selektion und gezieltes Zusammensetzen 23

24 Zusammenfassung Empfehlungen (auch unter Berücksichtigung der Anforderungswerte der TL Gestein-StB 4): Hohe Anteile Beton > 7 M.-% verschlechtern die Wasserdurchlässigkeit im Labor und sind somit zu vermeiden Höhere Mengen Asphalt zeigen keine negativen Auswirkungen auf die Verdichtungseigenschaften im Labor und verbessern die Wasserdurchlässigkeit 2 bis 3 M.-% Ziegelanteil, auch bei schlechteren Qualitäten möglich 24