Institut für Angewandte Bauforschung Weimar gemeinnützige GmbH Aktuelle Baustoffe und Baustoffentwicklungen Antworten in der Aufbereitungstechnik? Dipl.-Ing. Mirko Landmann Prof. Dr.-Ing. habil. Anette Müller Dr.-Ing. Ulrich Palzer 23. März 2015 Fachsymposium R-Beton schließt Stoffkreisläufe, Stuttgart 2015
Aufkommen [Mio. t] RC-Quote [M.-%] Bau- und Abbruchabfälle: Deutschland (ohne Boden + Steine) 100 80 60 40 20 100 80 60 40 20 0 1996 1998 2000 2002 2004 2006 2008 2010 Bauabfälle auf Gipsbasis Baustellenabfälle Asphalt Bauschutt 0 1996 1998 2000 2002 2004 2006 2008 2010 Jahr Mineralische Bauabfälle Monitoring-Berichte: Kreislaufwirtschaft Bau, Bundesverband Baustoffe Steine und Erden e. V. RC-Quoten ohne Verfüllung! Bau- und Abbruchabfälle machen in BW ca. 79 % des Abfallaufkommens aus. Wird die Abfallart Boden und Steine vernachlässigt ist der Bauschutt der mengenmäßig größte Abfallart mit über 7 Mio. t. Bauschutt Fachsymposium R-Beton schließt Stoffkreisläufe, Stuttgart 2015 2
Bau- und Abbruchabfälle: Baden-Württemberg (ohne Boden + Steine) 2012: 12 Mio. t Baggergut 2% sonstige Bau- und Abbruchabfälle 2% Baustoffe auf Gipsbasis 1% Holz, Glas und Kunststoff 4% Metalle 6% Bitumengemische, Kohlenteer und teerhaltige Produkte 23% Gemische aus Beton, Ziegel, Fliesen und Keramik 26% Beton, Ziegel, Fliesen und Keramik 36% Bauschutt 7,4 Mio.t Der größte Anteil von Bauschutt ist mineralischer Natur und liegt nicht immer als sortenreines Material vor, was eine ordnungsgemäße Verwertung erschwert. Konzepte für Stoffkreisläufe müssen bis 2020 erarbeitet werden! Statistisches Landesamt Baden-Württemberg: Bau- und Abbruchabfälle (ohne Boden + Steine) 2012 Büringer, H.: Recycling von Bau- und Abbruchabfällen: Ein Beitrag zur Ressourcenschonung. Statistisches Monatsheft Baden-Württemberg 8/2014 Fachsymposium R-Beton schließt Stoffkreisläufe, Stuttgart 2015 3
Baustoffvielfalt am Beispiel der Entwicklungen im Mauerwerksbau Schneiden Mischer Hauptrohstoffe Wasser Zusatzstoffe Gießen Treiben Neue Verbundbaustoffe und -konstruktionen Güteprüfung, Verpackung, Lagerung, Versand Stein Dampfdruckerhärtung 1850 1900 1950 Funktionalität 2000 Gründerzeit Wärmeschutz (Beginn der Energieeffizienz) Loch- und Kammerzeitalter Anfall der Bauund Abbruchabfälle Die zunehmende Materialvielfalt und Komplexität der Verbundkonstruktionen führt langfristig zur Zunahme der Heterogenität mineralischer Bau- und Abbruchabfälle. Zur Rückgewinnung verwertbarer Fraktionen werden neue Konzepte und Aufbereitungsverfahren benötigt, gerade im Hinblick auf die Schließung von Stoffkreisläufen. Fachsymposium R-Beton schließt Stoffkreisläufe, Stuttgart 2015 27.03.2015 4
Verbundkonstruktionen Fachsymposium R-Beton schließt Stoffkreisläufe, Stuttgart 2015 27.03.2015 5
Stoffkreisläufe? Fachsymposium R-Beton schließt Stoffkreisläufe, Stuttgart 2015 27.03.2015 6
Praxis in der Aufbereitung Heterogenes Bauschuttgemisch Vorsieb 0/45 mm 45/x mm Magnetabscheider FE-Schrott Lösungsoption: Hauptprozesse Brechen (Aufschluss) und Sortieren vertauschen für verbesserte Aufbereitung und Rückgewinnung. Hauptprozess Sortierband Ziegel FE- Schrott Boden, Feinanteile, etc. Mauerwerksverbünde, Metalle, Holz, etc. Prallbrecher 0/16 mm 45/x mm Überkornrückführung 16/45 mm Sortierung 0/45 mm Vorsiebmaterial 45/x mm Aussortiertes Material 0/4 mm 4/8 mm 8/16 mm 16/32 mm Sortenreine Ziegelkörnung 32/45 mm Restmaterial 0/x mm Fachsymposium R-Beton schließt Stoffkreisläufe, Stuttgart 2015 7
Aufschluss durch Korngrößenreduktion Mauerwerksegment Befreiter Wertstoff: 48 224 Partikel mit Wertstoffanteil: 64 + 256 Anteil an befreitem Wertstoff: + Insofern kein vollständiger Aufschluss eintritt, liegt ein Teil des Wertstoffs noch gebunden. Mehr befreites Material, jedoch zugleich auch mehr RC- Sand 4 mm. Fachsymposium R-Beton schließt Stoffkreisläufe, Stuttgart 2015 8
Fraktionen nach Aufschluss Mauerwerkbruch (Ausgangszustand) 4 mm 4/54 mm aus dem Materialverbund befreite Gesteinskörnungen RC-Sand bis 50 M.-% Heterogenes Materialgemisch Verbundpartikel Ein automatisches Sortierverfahren wird benötigt, um das heterogene Materialgemisch in sortenreine Materialfraktionen zu überführen. Händisch kaum sortierbare Fraktion 0/45 mm Fachsymposium R-Beton schließt Stoffkreisläufe, Stuttgart 2015 27.03.2015 9
Säurelöslicher SO 3 Gehalt [M.-%] 0,68 0,50 1,00 1,06 0,81 0,96 1,40 1,80 2,03 2,02 1,95 2,34 2,62 2,44 2,76 3,21 4,17 5,41 Gipsgehalt in Materialfraktionen 6 5 4 Fraktion < 4 mm Fraktion > 4 mm Prallbrecher: Säurelöslicher SO 3 -Gehalt in den Fraktionen, nahezu zu 100 % auch wasserlöslich 3 2 1 0 Ergebnisse aus IGF 16617 BG, AiF-Forschungsvereinigung Leichtbeton e. V. Hochlochziegel Porenbeton Kalksandstein Leichtbeton Fachsymposium R-Beton schließt Stoffkreisläufe, Stuttgart 2015 10
Sortierung Warum sortieren? Baustoffe und Bauwerke werden in ihrer Zusammensetzung immer komplexer. Aufbereitungsverfahren müssen ebenfalls komplexer werden! Beispiel: Verbundbaustoffe Komplexität Einsatz Qualität Die Qualität entscheidet über den Ruf von Recycling-Baustoffen. Entscheidende Verbesserungen durch Sortierung. Neue Anwendungsgebiete müssen erschlossen werden. Die Betrachtung der chemischmineralogischen Zusammensetzung von CDW eröffnet neue Möglichkeiten! Beispiel: Stoffkreisläufe Produktion sortenreiner Materialien Fachsymposium R-Beton schließt Stoffkreisläufe, Stuttgart 2015 27.03.2015 11
Grenzen dichteabhängiger Sortierverfahren Materialrohdichte [kg/dm³] 5 4,5 4,5 4 3,5 3 2,5 2 1,5 1 0,5 0 2 1 2,8 2 2,8 Mindestrohdichte an Gesteinskörnungen für Beton und Mörtel nach DIN 4226-100 (Typ 1 und 2) 1,6 1 0,4 0,3 2,4 1,2 2,25 1,35 1,2 0,8 2,1 1,8 Bedarf an dichteunabhängigen Sortierverfahren! Fachsymposium R-Beton schließt Stoffkreisläufe, Stuttgart 2015 27.03.2015 12
Sensorgestützte Sortierung Reflexionsmessung Spectrograph Focal plane detector (2-dimensional) Hyperspektrales Bild (3-dimensional) Kontrollsystem (Software) Zerlegtes Spektrum Emitter elektromagnetischer Strahlung Chemometrie PLS Aufgabe Spalt Bandbewegung (2D in 3D) Diffuse Reflexion elektromagnetischer Strahlung Förderband Linescan (Pushbroom Konfiguration) Wertstoff Fremd- und Störstoff Quelle: James E. Burger: Hyperspectral NIR Image Analysis, Doctoral Thesis 2006, Swedish University of Agricultural Sciences Fachsymposium R-Beton schließt Stoffkreisläufe, Stuttgart 2015 27.03.2015 13
NIR-Spektren Intensität Gips Intensity Beton Ziegel Kalksandstein Porenbeton Leichtbeton Gips Leichtbeton Porenbeton Beton 1255 1347 1439 1532 1624 1716 1809 1901 1993 2085 2178 Wavelength [nm] Wellenlänge [nm] Intensität des reflektierten Spektrums im Nahinfrarot-Bereich, gemessen mit KUSTA 2.2 MSI Zwischenzeitliche Ergebnisse aus laufenden Projekten: ZIM Hyp-NIR-Sort mit Bauhaus-Universität Weimar, Fa. LLA Instruments GmbH, Fa. T.B.R. GmbH IGF-Vorhaben Ziegelsortierung mit IZF - Institut für Ziegelforschung Essen e.v. Fachsymposium R-Beton schließt Stoffkreisläufe, Stuttgart 2015 27.03.2015 14
Visionen einer vollständigen Kreislaufführung Heterogene Bau- und Abbruchabfälle Fraktion > 4 mm RC-Sande 4 mm Grobe Gesteinskörnung Sensorgestützte Sortierung Hochkalorische Fraktion + andere An- und Abfallstoffe Stoffkreisläufe (Produktion) Energieerzeugung Aufbaukörnung RC-Sande 4 mm + diverse andere Rest- und Abfallstoffe Drehrohrofen hochkalorische Fraktion leichte Gesteinskörnung (Aufbaukörnung) Quelle: Müller, A.: Hochwertiger Leichtbeton aus Recyclingmaterial, 19. Internationale IFF-Fachtagung 2012 Fachsymposium R-Beton schließt Stoffkreisläufe, Stuttgart 2015 27.03.2015 15
Aufbaukörnung RC-Sande + heterogene Bauund Abbruchabfälle Brechen Mahlen Rauchgasentschwefelungsanlage Drehrohrofen Pelletieren REA-Gips leichte Gesteinskörnungen für die Betonproduktion Trennmittel Blähmittel Quelle: Müller, A.: Hochwertiger Leichtbeton aus Recyclingmaterial, 19. Internationale IFF-Fachtagung 2012 Fachsymposium R-Beton schließt Stoffkreisläufe, Stuttgart 2015 27.03.2015 16
Zusammenfassung Baustoffe werden komplexer, demzufolge werden auch Bau- und Abbruchabfälle in ihrer Zusammensetzung komplexer große Materialdiversität und Anteil an Verbundbaustoffen hoher Gipseintrag Stoffkreisläufe verlangen sortenreine, von Fremd- und Störstoffen befreite Materialfraktionen mit entsprechender Qualität stetiges Absinken der Materialrohdichte, verbunden mit höherer Wasseraufnahme, erfordern neue Verwertungswege für RC-Produkte Bedarf an neuen, komplexeren Aufbereitungsverfahren mit Schwerpunkt auf Sortierverfahren zur Abtrennung von Fremd- und Störstoffen Fachsymposium R-Beton schließt Stoffkreisläufe, Stuttgart 2015 3/27/2015 17
Vielen Dank! Mirko Landmann Tel.: +49.3643.8684-140 E-Mail: m.landmann@iab-weimar.de IAB Weimar ggmbh Forschungsbereich Baustoffe Über der Nonnenwiese 1 99428 Weimar Germany 4. Wissenschaftskongress Abfall- und Ressourcenwirtschaft 2014 27. März 2014