Arbeiten mit Recyclingbeton Auszug aus dem Forschungsbericht Konstruktionsbeton aus recyclierter Gesteinskörnung (Beton- und Mischabbruchgranulat)
Einleitung Gebäude mit RC-Beton
Als Recyclingbeton (RC-Beton) kann nach SN EN 206-1: 2000 ein Beton bezeichnet werden, dessen Gehalt an Gesteinskörnung zu mindestens 25 Masseprozent aus Betongranulat und/oder Mischabbruchgranulat im Sinne der BUWAL-Richtlinie «Richtlinie für die Verwertung mineralischer Bauabfälle» besteht. Das Potential für das Herstellen grösserer Mengen RC-Beton ist aufgrund der enormen Mengen an Bauschutt ausreichend vorhanden und bietet sich aus umweltpolitischen Gründen an (Abnahme der Kiesreserven, begrenzter Deponieraum). Die Wiederverwertung der Abbruch- und Rückbaumaterialien drängt sich auf. Eine Möglichkeit ist, Beton- und Mischabbruch zu Betongranulat (BG) und Mischabbruchgranulat (MG) aufzubereiten und für die Betonherstellung zu verwenden. Material aus der Bodenwäsche kann ebenfalls als Gesteinskörnung für Beton wiederverwendet werden.
Gesteinskörnung Abhängig von der Gesteinskörnung werden zwei verschiedene Typen von RC-Beton unterschieden: Betongranulat Mischabbruchgranulat RC-Beton aus Betongranulat Gesteinskörnung aus aufbereitetem Betonabbruch Herkunft: reiner Betonabbruch aus Verkehrsflächen sowie aus Industrie- und Hochbau Kornform: hoher Anteil an nichtkubischen Körnern mit gebrochener Oberfläche RC-Beton aus Mischabbruchgranulat Gesteinskörnung aus aufbereitetem Mischabbruch Herkunft: gemischtes mineralisches Abbruch- und Rückbaumaterial aus Industrie- und Hochbau Kornform: hoher Anteil an nichtkubischen Körnern mit gebrochener Oberfläche
Wasseraufnahme der rezyklierten Gesteinskörnung Wasseraufnahme [%] 10.00 8.00 6.00 4.00 2.00 Mischabbruchgranulat Betongranulat Primärmaterial 0.00 2.00 2.20 2.40 2.60 Rohdichte [kg/m 3 ] Die Porenstruktur und das Porenvolumen beeinflussen die Wasseraufnahme der rezyklierten Gesteinskörnung. Die Rohdichte des Korns steht in direkter Beziehung zu seiner Wasseraufnahme. Je kleiner die Rohdichte, desto höher ist die Wasseraufnahme. Abb.1 Beziehung Kornrohdichte Wasseraufnahme, Korngruppen 0 32 mm.
Herstellung von RC-Beton Mit einer rezyklierten Gesteinskörnung bestehend aus Beton- und /oder Mischabbruchgranulat lässt sich ein gut verarbeitbarer Beton herstellen, wenn die nachfolgenden Aspekte Beachtung finden. Die rezyklierte Gesteinskörnung ist sorgfältig herzustellen. Der Feuchtegehalt der Gesteinskörnungen ist zu berücksichtigen. Es ist eine zweckmässige Sieblinie zu verwenden. Es sind Fliessmittel je nach Anforderung zu verwenden. Das Volumen des Bindemittelleims ist entsprechend dem Hohlraumgehalt der lose geschütteten Gesteinskörnung anzupassen. Transportanlage: Zweiwellen-Zwangsmischer
Besondere Eigenschaften des RC-Festbetons Druckfestigkeit [MPa] 80 60 40 20 0 100% MG 30BG/30PM/40BS 15BG/15PM/70BS teilweise substituiert konv. Beton fc=100-110w/z 0.00 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00 1.20 Wasser/Zement-Wert [w/z] Abb. 2 Druckfestigkeiten in Abhängigkeit vom Wasser/Zement-Wert. PM = Primärmaterial MG = Mischabbruchgranulat BS = Backsteingranulat teilweise Substitution = Recyclinggranulat und Primärmaterial Die gestrichelte Linie entspricht Primärbeton aus Alluvialkies entsprechend der Beziehung fc=100-110*w/z Ein Beton aus rezyklierter Gesteinskörnung kann für Tragwerke nach SIA 262 eingesetzt werden. Voraussetzung ist, dass sich die damit ausgeführten Konstruktionen hinsichtlich Gebrauchstauglichkeit und Tragsicherheit nicht anders verhalten als bei konventionellem Beton. Druckfestigkeit Die Druckfestigkeit von aus Betongranulat oder Mischabbruchgranulat hergestelltem Beton ist wie bei konventionellem Beton abhängig vom jeweiligen Wasser/Zement-Wert (w/z). Jedoch unterscheiden sich die Druckfestigkeitswerte von RC-Beton und jene von konventionellem Beton bei vergleichbarem w/z. Der Unterschied ist auf die höhere Wasseraufnahme des Korns in der Frischbetonphase und auf die geringere Druckfestigkeit des Korns beim RC-Beton zurückzuführen. Die Druckfestigkeit des RC-Betons ist umso geringer, je höher der Anteil an gebrochenem Beton und Backstein im Recyclinggranulat ist. Hingegen weist der mit Material aus Bodenwäsche hergestellte RC-Beton vergleichbare Druckfestigkeiten wie konventioneller Beton auf. Auf Schwankungen des w/z reagiert der RC-Beton tendenziell gutmütiger als konventioneller Beton.
Elastizitätsmodul (E-Modul) D fc=100-110w/z 0 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 Je höher der Anteil an gebrochenem Beton und Backstein, desto tiefer w/z gesamt -Wert die Rohdichte und der E-Modul. Dabei hat der Anteil an Backstein einen grösseren Einfluss als der gebrochene Beton. E-Modul [MPa] 50000 50000 1 40000 40000 2 E-Modul [MPa] 30000 30000 20000 20000 10000 10000 20 40 60 80 20 40 Druckfestigkeit [MPa] 60 80 Druckfestigkeit [MPa] 3 4 1 2 3 4 60000 Natürliche Gesteinskörnung al (PM) und Materi aus der Bodenwäsche (k E =10000-12000) Natürliche Gesteinskörnung (PM) gebrochener Kalk (Jura) und Material aus der (k E Bodenwäsche 8000-10000) 40000 (k Glimmerhaltiges G estein E =10000-12000) (k c 6000-8000) Gebrochener Kalk (Jura) Backstein (k E 3000) (k E 8000-10000) 100% B etongranulat BG) Glimmerhaltiges Gestein 100% Mischabbruchgranulat (MG ) 30% BG / 30% MG / 40 PM (k 20000 c 6000-8000) 15% BG / 70% MG / 15 PM Backstein (k E 3000) < 60% MG bzw. < 90% BG 100% Betongranulat (BG) 100% Mischabbruchgranulat (MG) 30% BG / 30% MG / 40 PM 0 15% BG / 70% MG / 15 PM < 60% MG bzw. < 90% BG E-Modul [N/mm 2 ] 100% MG teilweise substituiert 2000 2100 2200 2300 2400 2500 Frischbetonrohdichte [kg/m 3 ] Abb.3: Abb. 3 Elastizitätsmodul Ecm E cm in in Abhängigkeit von von der Betondruckfestigkeit der Betondruckfestigkeit (28 Tage) (28 Tage) gemäss gemäss der in der der in der Norm Norm SIA SIA 262 262 angegebenen Beziehung Ecm = k 3 E fcm (ke = Beiwer t für Gesteinskörnung (k E = Beiwert für und Gesteinskörnung fcm = mittlere Zylinder-Betondruckfestigkeit) und f cm = mittlere Zylinder-Betondruckfestigkeit). Abb. 4 Elastizitätsmodul in Abhängigkeit von der Frischbetonrohdichte. (Üblicherweise ist die Festbetonrohdichte (feucht) ca. 30 kg/m 3 geringer als die Frischbetonrohdichte.)
Freies Schwinden Der Anteil an gebrochenem Beton und Backstein in der Gesteinskörnung beeinflusst das Schwinden. Je höher der Anteil, desto höher der Wasseranspruch und desto geringer die Rohdichte des Frischbetons. Mit zunehmendem Wassergehalt erhöht sich das Schwinden des Betons. Beton mit 10% Mischabbruch schwindet bei vergleichbarer Druckfestigkeit stärker als Beton mit teilweise substituierter Gesteinskörnung. Schwinden 91 Tage [ ] 0-0.2-0.4-0.6-0.8 100% MG teilweise substituiert Schwinden 91 Tage [ ] 0-0.2-0.4-0.6-0.8 100% MG teilweise substituiert -1 100 150 200 250 300 350 Gesamtwassergehalt [l/m 3 ] -1 20 40 60 80 Druckfestigkeit [N/mm 2 ] Abb. 5 Schwinden in Abhängigkeit vom Gesamtwassergehalt. Abb. 6 Schwinden in Abhängigkeit der Druckfestigkeit.
Kriechen Kriechen 91 Tage [ ] 0.00-0.20-0.40-0.60-0.80 Der Anteil an gebrochenem Beton und Backstein in der Gesteinskörnung beeinflusst das Kriechen. Je höher ihr Anteil, desto höher der Wasseranspruch und desto geringer die Rohdichte des Frischbetons. Mit zunehmendem Wassergehalt erhöht sich das Kriechen des Betons. Tendenziell steigt das Kriechen mit höherem Anteil an Mischabbruch und sinkender Druckfestigkeit an. 100% MG teilweise substituiert Kriechen 91 Tage [ ] 0 100% MG teilweise substituiert -0.2-0.4-0.6-0.8-1.00 100 150 200 250 300 350 Gesamtwassergehalt [l/m 3 ] Abb. 7 Kriechen in Abhängigkeit vom Gesamtwassergehalt des Frischbetons. -1 20 40 60 80 Druckfestigkeit [N/mm 2 ] Abb. 8 Kriechen in Abhängigkeit der Druckfestigkeit.
Einsatzgebiete Hochbau, Strassenbau, Kanalisationsbauten, Werkleitungen und Hilfsbauten Beton hergestellt mit Primärmaterial und Mischabbruchgranulat Beton hergestellt mit Primärmaterial und Betongranulat 1 2 10 6 7 4 5 3 8 9 Expositionsklasse Beispiel Hochbau 1 XC1, XC2 Wände, Decken, Treppen bewehrt, innen trocken. XC3 Vor Regen geschützter Beton im Freien XC4 Wasserbenetzte Flächen im Freien 2 XC1, XC2 Bodenplatte nicht wasserdicht XC4 Wasserdichter Beton 3 XC2 Gründungen 4 X0 Sauberkeitsschicht 5 XC1, XC2 Unterfangungen Strassenbau 6 XC1, XC2 Fundament für Kandelaber, Leitplanken, Lichtsignalanlagen und Signalisationsanlagen 7 X0 Pflästerung X0 Hydraulisch gebundene Tragschicht Kanalisationsbauten, Werkleitungen und Hilfsbauten 8 X0 Füll- und Hüllbeton 9 X0 Temporäre Böschungssicherung 10 X0 XC 3 Rühlwände (je nach Anforderung) 1 2 2 Beton hergestellt mit Primärmaterial und Mischabbruchgranulat Beton hergestellt mit Primärmaterial und Betongranulat 1 Stützen, Wände und Decken mit geringer Spannweite und Treppen geringer Schlankheit 2 nicht im Bereich einer Frost-Tausalzbeanspruchung XC1-4: eventuell Dauerhaftigkeit bzgl. AAR und Chlorid-Gehalt prüfen Quelle: KofU und Empa
Ausschreibung von RC-Beton Die Ausschreibung erfolgt entsprechend SN EN 206-1, SIA 262 und dem eco-devis. Das eco-devis (ökologische Leistungsbeschreibungen) ermöglicht den PlanerInnen, ökologisch interessante Materialien und Leistungen bei der Ausschreibung zu berücksichtigen. Im eco-devis sind folgende Leistungen als ökologisch interessant gekennzeichnet: Nicht klassifizierter RC-Beton mit Beton- oder Mischabbruchgranulat für Unterlags-, Füll- und Sickerbeton. Einsatz von klassifiziertem RC-Beton mit Betongranulat für Bauteile, mit folgenden Anforderungen: C25/30 (NPK A : Expositionsklasse XC 1, XC 2) C25/30 (NPK B : Expositionsklasse XC 3) C30/37 (NPK C : Expositionsklasse XC 4)
RC-Beton für andere Festigkeits-und Expositionsklassen oder klassifizierter RC-Beton mit Mischabbruchgranulat ist unter bestimmten Voraussetzungen realisierbar. Die Einsatzmöglichkeiten sind mit dem Lieferanten abzusprechen. Es ist empfehlenswert, den zu erreichenden E-Modul zu definieren. Beispiel einer Ausschreibung: R 100 Bauteil Druckfestigkeitsklasse, Expositionsklasse (Oberflächenqualität: z.b. Anzahl Lunker/m 2, Grad der Farbschattierung) Gesteinskörnung: min. oder max. Anteil an aufbereiteter Gesteinskörnung [%] Nennwert Grösstkorn D max E-Modul [N/mm 2 ] (wenn relevant)
Übersicht über die wichtigsten Regelwerke Allgemeines: Bundesgesetz über den Umweltschutz (USG) vom 7. Dezember 1983 SR 814.01; Technische Verordnung über Abfälle (TVA) vom 10. Dezember 1990 SR 814.600; Verordnung über den Verkehr mit Sonderabfällen (VVS) vom 12. November 1986 SR 814.014 Verordnung über den Verkehr mit Abfällen (VeVA) vom 22.06.2005 SR 814.610 Verordnung über die Sanierung von belasteten Standorten (AltlV) vom 26.08.1998 Entsorgung von Bauabfällen (SIA-Empfehlung 430) vom November 1993; Buwal-Richtlinie (heute BAFU) für die Verwertung mineralischer Bauabfälle vom Juli 1997 (zurzeit Diskussionen betreffend Revision) Betonspezifisch: Beton - Teil 1: Festlegung, Eigenschaften, Herstellung und Konformität SIA 162.051 (SN EN 206-1: 2000) vom 1.1.2003 Betonbau SIA 262 (SN 505 262) von 04.2003
Gesteinskörnung: Recycling; Allgemeines (SN 670 062) vom März 1998 Recycling; Strassenaufbruch (SN 670 142) vom März 1998 Recycling; Betonabbruch (SN 670 143) vom März 1998 Recycling; Mischabbruch (SN 670 144) vom März 1998 Gesteinskörnungen für Beton (SN 670 102a und SN EN 12620:2002/AC 2004) Recyclingbaustoffe: Stoffliche Zusammensetzung (SN 670 951) oder SN 670 062
Empa CH-8600 Dübendorf Abteilung Beton/Bauchemie, Ueberlandstrasse 129 Telefon +41 44 823 55 11 Telefax +41 44 821 35 40 beton@empa.ch www.empa.ch/abt135 Dieser Flyer ist eine Zusammenfassung von einigen ausgewählten Untersuchungsergebnissen, welche veröffentlicht sind im Bericht Konstruktionsbeton aus recyclierter Gesteinskörnung (Beton- und Mischabbruchgranulat) (ISBN 10 3-905 594-49-8, ISBN 13 978-3-905 594-49-2) Partner der Empa im Forschungsprojekt Koordination der Bau- und Liegenschaftsorgane des Bundes Coordination des services fédéraux de la construction et de l'immobilier Coordinamento degli organi della costruzione e degli immobili della Confederazione Coordination of the Federal Construction and Properties Services