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Stahlwerksschlacken als Gesteinskörnung und Zementbestandteil im Beton und die Konsequenzen für den Recyclingpfad Klinkerbrand

Experimentelle Arbeiten zur Verwertung von mineralischen Altbaustoffen

Die Zielsetzung der Arbeit ist die Untersuchung des Einflusses von verfluessigenden Betonzusatzmitteln auf das Mobilisierungsverhalten von Stoffkomponenten aus frischen und erhaerteten Betonen. Dabei sollen sowohl die Eluierbarkeit von Betonzusatzmitteln selbst bzw. deren moegliche Abbauprodukte als auch die Freisetzung von weiteren Betoninhaltsstoffen, wie Schwermetalle, untersucht werden. Ferner sollen grundlegende Kenntnisse zur Komplexbildung von verfluessigenden Betonzusatzmitteln mit Schwermetallen erarbeitet werden. Die Arbeit soll einen Beitrag zur Abschaetzung der Umweltvetraeglichkeit waehrend der Bauphase und der Nutzungsphase von Bauteilen aus Beton, sowie insbesondere bei der Deponierung und Recyclierung von Altbeton liefern.

CO2-reduzierter Beton durch Upcycling von Reststoffen aus der Betonaufbereitung und CCU, Teilvorhaben: Entwicklung CO2-reduzierter Recyclingzemente aus RC-Belitklinker

Zielsetzung des Verbundvorhabens URBAN ist es, unter der Verwendung neuartiger Recyclingzemente (RC-Zemente) und Karbonatisierungstechnologien (CCU) einen hochwertigen, ressourceneffizienten und stark CO2-reduzierten Materialkreislauf für Betonrecycling zu ermöglichen. Die auf dieser Basis neu entwickelten RC²-Betone enthalten RC-Zement und RC-Gesteinskörnung. Das Ziel des hier beschriebenen Teilvorhabens URBAN CEM ist es, CO2-reduzierte RC-Zemente auf Basis Belit-basierter Portlandzementklinker (RC-Belitklinker) zu entwickeln und diese für die Entwicklung und Bewertung von RC²-Betonen zur Verfügung zu stellen. Die Basis für die Entwicklung dieser RC-Zemente bildet die Niedertemperatur-Belit-Technologie. Diese senkt die mit der Klinkerherstellung verbundenen CO2-Emissionen sowohl durch rohstoffliche als auch durch technische Maßnahmen. Als Rohstoff für den RC-Belitklinker dienen bisher kaum verwertbare feine Betonbrechsande (BBS) aus Betonrecycling. Die Innovation des Gesamtvorhabens URBAN sowie des hier beschriebenen Teilvorhabens URBAN CEM besteht darin, dass mithilfe des gewählten Lösungsansatzes sowohl der Klimaschutz als auch der Ressourcenschutz adressiert wird. In Bezug auf die hier betrachtete Entwicklung von RC-Zementen wird der Ressourcenschutz durch die Verwendung von bislang selten verwendetem Betonbrechsand aufgegriffen, der einerseits als Rohmehl für die Herstellung von Belitklinker und andererseits als Zumahlstoff bzw. weiterer Hauptbestandteil im Zement genutzt wird. Der Aspekt des Klimaschutzes wird durch die Verwendung des vergleichsweise weniger CO2-intensiven RC-Belitklinkers sowie durch die Verwendung von karbonatisiertem BBS als weiteren Hauptbestandteil im Zement adressiert.

Verwendung von Feinanteilen aus dem Betonrecycling als Zementhauptbestandteil

Material- und Energieeffizienz in der Zementindustrie

<p>Zement ist Bestandteil von Beton, einem der wichtigsten Baustoffe. Die Produktion von Zement ist energie- und rohstoffintensiv. Ein Projekt im Auftrag des UBA arbeitet heraus, dass die Zementindustrie durch effizienten Energie- und Materialeinsatz einen Beitrag zur Ressourcenschonung und zum Klimaschutz leisten kann, die CO2-Minderungspotentiale mit klassischen Technologien aber begrenzt sind.</p><p>Die Studie „Prozesskettenorientierte Ermittlung der Material- und Energieeffizienzpotentiale in der Zementindustrie“ gibt einen Überblick über bereits eingesetzte und zukünftig anwendbare Technologien zur Material- und Energieeffizienz bei der Herstellung von Zement und Beton und deren Auswirkung auf die CO2-Emissionen.&nbsp;</p><p>Anhand verschiedener Szenarien wird gezeigt, dass mit den aktuell eingesetzten Technologien die Potenziale zur Minderung von CO2-Emissionen durch Effizienzmaßnahmen bei der Produktion von Zement begrenzt sind. Vielmehr ist eine weitestgehende Reduzierung der CO2-Emissionen nur durch eine Kombination von Maßnahmen entlang der gesamten Wertschöpfungskette von Zement bzw. Beton möglich. So haben auch die Zusammensetzung von Zement und Beton sowie das Recycling von Beton Auswirkungen auf die Höhe der CO2-Emisisonen, die der Zementindustrie zugerechnet werden.&nbsp;&nbsp;</p><p>Damit die Herstellung von Zement und Beton zeitnah ressourcenschonender und klimafreundlicher wird, ist der Dialog zwischen Industrie, Politik, Wissenschaft und Gesellschaft über technologische Veränderungen unabdingbar. Zudem kommen Anreizen für eine gezielte Nachfrage nach CO2-armen und ressourceneffizienten Zementen und Betonen, zum Beispiel durch Vorgaben im Rahmen der öffentlichen Beschaffung, eine besondere Bedeutung zu.&nbsp;</p><p>Das ⁠<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/u?tag=UBA#alphabar">UBA</a>⁠ hat kürzlich ein weiteres Vorhaben beauftragt, das auf den Erkenntnissen der vorliegenden Studie aufbaut. Dieses Vorhaben wird sich übergreifend unter anderem mit grundlegenden Fragen zur Bewertung von CO2-Minderungsmaßnahmen in der Industrie auseinandersetzen. Ziel dieses Vorhabens ist es aber auch, im Austausch mit allen relevanten Akteuren aus Politik, Wirtschaft, Wissenschaft und Zivilgesellschaft Eckpunkte einer Roadmap zur weitestgehenden CO2-Minderung in der Zementindustrie zu erarbeiten. Ergebnisse des Folgevorhabens werden voraussichtlich im Jahr 2022 vorliegen.</p>

Errichtung einer mobilen Anlagenkonfiguration zur Herstellung von rezyklierten Gesteinskörnungen nach DIN 12620:2002 + Messprogramm

Die Firma Peter Mittelsdorf Recycling stellt Gesteine und Gesteinskörnungen aus Naturstein, Beton, Asphalt und jeglicher Art von Bauschutt her. Das Unternehmen plant den Aufbau einer mobilen Anlagenkonfiguration, um Bauschutt mittels eines innovativen Trocken- und Nassverfahrens zu hochwertigen Gesteinskörnungen für den Wiedereinsatz in der Betonherstellung für den Hochbau aufzubereiten. Vorgesehen ist, den Bauschutt zunächst in einem Prallbrecher zu zerkleinern und störstoffhaltiges Feinkorn über das Vorsieb auszusondern. Durch einen Windsichter werden leichte Materialien, wie Kunststoffe, Holz, Nichteisenmetalle und Papier, mittels Druckluft abgetrennt. Zu großes Material wird dabei kontinuierlich in den Prallbrecher zurückgeführt, um letztlich die gewünschte Korngröße zu erreichen. Das so gewonnene Betonkorn wird direkt in einen Kegelbrecher ausgeschleust, der eine weitere Zerkleinerungsstufe darstellt. Über anschließende Siebeinheiten wird in die üblichen Korngrößen für Betonherstellung klassiert. Danach werden in einer nassmechanischen Trommelwäsche noch anhaftende Stör- und Fremdstoffe ausgewaschen. Das entstandene Korn kann in der Betonherstellung als Kies- und Splittersatz eingesetzt werden. Ein verantwortungsvoller Umgang mit den eingesetzten Ressourcen wird durch die Aufbereitung des Brauchwassers und anschließende Rückführung in den Produktionsprozess gewährleistet. Alle Komponenten werden im Baukastensystem auf mobilen Plattformen installiert, um die komplette Anlagenkonfiguration innerhalb kürzester Zeit von einer Abbruchstelle bis zur Nächsten transportieren zu können. Durch die Substitution von Primär- durch Sekundärgesteinskörnung wird der durch den Rohstoffabbau induzierte Flächenverbrauch reduziert und regional knappe Deponieflächen geschont. Im Vergleich zu stationären Anlagen werden Transporte eingespart und dadurch jährlich circa 340 Tonnen CO2-Äquivalente vermieden. Im Vergleich zur Primärbetonherstellung reduziert sich außerdem der Bedarf an Rohstoffen sowie Wasser um jeweils 75.000 Tonnen pro Jahr. Die Anlagenkombination ist auf alle Abbruch- und Aufbereitungsunternehmen übertragbar, die aus Bauschutt qualitativ hochwertige Gesteinskörnung für den Betoneinsatz herstellen möchten. Besonders für Unternehmen in Regionen ohne stationäre Aufbereitungsanlagen und außerhalb von großen Ballungsräumen besteht bei erfolgreichem Projektabschluss ein Multiplikatoreffekt.

Errichtung einer mobilen Anlagenkonfiguration zur Herstellung von rezyklierten Gesteinskörnungen nach DIN 12620:2002

Die Firma Peter Mittelsdorf Recycling stellt Gesteine und Gesteinskörnungen aus Naturstein, Beton, Asphalt und jeglicher Art von Bauschutt her. Das Unternehmen plant den Aufbau einer mobilen Anlagenkonfiguration, um Bauschutt mittels eines innovativen Trocken- und Nassverfahrens zu hochwertigen Gesteinskörnungen für den Wiedereinsatz in der Betonherstellung für den Hochbau aufzubereiten. Vorgesehen ist, den Bauschutt zunächst in einem Prallbrecher zu zerkleinern und störstoffhaltiges Feinkorn über das Vorsieb auszusondern. Durch einen Windsichter werden leichte Materialien, wie Kunststoffe, Holz, Nichteisenmetalle und Papier, mittels Druckluft abgetrennt. Zu großes Material wird dabei kontinuierlich in den Prallbrecher zurückgeführt, um letztlich die gewünschte Korngröße zu erreichen. Das so gewonnene Betonkorn wird direkt in einen Kegelbrecher ausgeschleust, der eine weitere Zerkleinerungsstufe darstellt. Über anschließende Siebeinheiten wird in die üblichen Korngrößen für Betonherstellung klassiert. Danach werden in einer nassmechanischen Trommelwäsche noch anhaftende Stör- und Fremdstoffe ausgewaschen. Das entstandene Korn kann in der Betonherstellung als Kies- und Splittersatz eingesetzt werden. Ein verantwortungsvoller Umgang mit den eingesetzten Ressourcen wird durch die Aufbereitung des Brauchwassers und anschließende Rückführung in den Produktionsprozess gewährleistet. Alle Komponenten werden im Baukastensystem auf mobilen Plattformen installiert, um die komplette Anlagenkonfiguration innerhalb kürzester Zeit von einer Abbruchstelle bis zur Nächsten transportieren zu können. Durch die Substitution von Primär- durch Sekundärgesteinskörnung wird der durch den Rohstoffabbau induzierte Flächenverbrauch reduziert und regional knappe Deponieflächen geschont. Im Vergleich zu stationären Anlagen werden Transporte eingespart und dadurch jährlich circa 340 Tonnen CO 2 -Äquivalente vermieden. Im Vergleich zur Primärbetonherstellung reduziert sich außerdem der Bedarf an Rohstoffen sowie Wasser um jeweils 75.000 Tonnen pro Jahr. Die Anlagenkombination ist auf alle Abbruch- und Aufbereitungsunternehmen übertragbar, die aus Bauschutt qualitativ hochwertige Gesteinskörnung für den Betoneinsatz herstellen möchten. Besonders für Unternehmen in Regionen ohne stationäre Aufbereitungsanlagen und außerhalb von großen Ballungsräumen besteht bei erfolgreichem Projektabschluss ein Multiplikatoreffekt. Branche: Wasser, Abwasser- und Abfallentsorgung, Beseitigung von Umweltverschmutzungen Umweltbereich: Ressourcen Fördernehmer: Peter Mittelsdorf Recycling Bundesland: Thüringen Laufzeit: 2014 - 2017 Status: Abgeschlossen

Advanced Technologies for the Production of Cement and Clean Aggregates from Construction and Demolition Waste (C2CA)

Objective: The recycling of end-of-life concrete into new concrete is one of the most interesting options for reducing worldwide natural resources use and emissions associated with the building materials sector. The production of the cement used in concrete, for example, is responsible for at least 5Prozent of worldwide CO2 emissions. On-site reuse of clean silica aggregate from old concrete saves natural resources and reduces transport and dust, while the re-use of the calcium-rich cement paste has the potential to cut carbon dioxide emissions in the production of new cement by a factor of two. In order to achieve this goal, a new system approach is studied in which automatic quality control assesses and maintains high standards of concrete demolition waste from the earliest stage of recycling, and novel breaker/sorting technology concentrates silica and calcium effectively into separate fractions at low cost (Figure 1. 1). Finally, the smaller calcium-rich fraction, which is typically also rich in fine organic residues, is converted into new binding agents by thermal processing, and mixed with the aggregate into new mortar. Next to technological advances, certification and design guidelines are developed to use the recycle concrete in a responsible and optimal way. The project aims to develop three innovative technologies for recycling end-of-life concrete, integrate them with state-of-the-art demolition and building processes and procedures, and test the new system approach on two Dutch concrete towers involving 70,000 tons of concrete. A special feature of this large case study is a new type of government contract which links the recycling of the towers to the re-use of the recycled materials in new buildings. The results of the project will be used to determine which kinds of strategies and policies are most effective to facilitate an efficient transition towards optimal value recovery from Construction and Demolition Waste and sustainable building.

Teilprojekt 2: Analyse der Aufbereitungsprodukte^KMU-innovativ - Ressourceneffizienz: Altbeton Recycling^Teilprojekt 4: Bau eines Prototyps, Teilprojekt 1 und 3: Aufbereitung von Altbeton und Wiederverwertbarkeit der Aufbereitungsprodukte

Eine Wiederverwertung von Altbeton bekommt v. a. aus ökologischen Gründen eine immer höhere Bedeutung hinsichtlich des Abbaus natürlicher Rohstoffe für die Zementherstellung und die damit verbundenen hohen CO2-Emissionen. Bislang gibt es kein wirtschaftliches Verfahren, um Altbeton effektiv zu recyceln mit dem Ziel daraus wieder Rohstoffe für die Zementproduktion zu gewinnen. Die üblichen mechanischen Aufbereitungsverfahren führen zu einem Downcycling, d. h. zu Produkten, welche als Straßenschotter oder als minderwertiger Zuschlagersatz Verwendung finden. Ein echtes Recycling wäre dann gegeben, falls es gelingt, den Beton in seine Bestandteile Zuschlag (Kies, Sand) und der Bindemittelmatrix zu zerlegen. Ein innovatives Verfahren, um Verbundwerkstoffe selektiv zu trennen ist die sog. elektrodynamische Fragmentierung. Dabei werden Festkörper durch elektrische Entladungen entlang ihrer Korngrenzen aufgetrennt. In diesem Projekt soll ein Prototyp für ein kontinuierlich arbeitendes Aufbereitungsverfahren für Altbeton gebaut werden durch Kombination einer Fragmentierungs- mit einer Wasseraufbereitungsanlage. Am IBP werden die Betonprüfkörper hergestellt und bei selfrag elektrodynamisch aufbereitet. Zum Vergleich werden bei UVR-FIA die Betonprüfkörper mechanisch gemahlen. Die Produkte beider Verfahren sowie das Prozesswasser werden am IBP chemisch-mineralogisch analysiert. Mithilfe dieser Daten wird Leiblein ein geeignetes Wasseraufbereitungsverfahren für das anfallende Prozesswasser konzipieren. Selfrag wird als Auftragnehmer Leiblein bei dem Entwurf und Baus eines Prototyps unterstützen. In Zusammenarbeit mit einem Zementhersteller wird IBP die Wiederverwertbarkeit der erhaltenen Zerkleinerungsprodukte in umfangreichen betontechnologischen Tests untersuchen und die Ergebnisse in Fachzeitschriften veröffentlichen.

RecyLeichtwand - Scale up des Porenbetonrecyclings

Porenbeton ist ein verhältnismäßig leichter, hochporöser, mineralischer Baustoff auf der Grundlage von Kalk-, Kalkzementoder Zementmörtel. Seit Einführung der Wärmeschutzverordnung und später der Energieeinsparverordnung wird dieses Material aufgrund seiner geringen Wärmeleitfähigkeit verstärkt eingesetzt. Der Umgang mit Porenbetonbruch bei Hausabrissen ist jedoch noch nicht geklärt und wird zukünftig ein wachsendes Problem darstellen. Nur sortenreiner Porenbeton könnte wieder in der Produktion eingesetzt werden, ansonsten müssen die Abfälle deponiert werden. Insbesondere für feinkörnige Reste gibt es bisher keine Recycling-Möglichkeiten. Die Amtliche Materialprüfungsanstalt Bremen (MPA) hat für diesen Porenbetonschutt Verwertungsstrategien entwickelt und diese Methoden bereits erfolgreich auf Laborebene überprüft. Die Übertragung der Ergebnisse in eine Produktionstechnik auf Industrieanlagen erfordert jedoch weitere intensive Forschungsarbeit. Dazu wollen die MPA Bremen und die Forschungsvereinigung Recycling und Wertstoffverwertung im Bauwesen e.V. (RWB) gemeinsam mit den Firmen Berding Beton GmbH, Bremen, und Stebah GmbH & Co. KG, Stuhr, im Rahmen dieses Projektes Mauersteine bzw. Werktrockenmörtel aus Porenbetonschutt fertigen. Die beiden Firmen werden dafür ihre Produktionsanlagen sowie Personal für die Versuche zur Verfügung stellen.

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