Concrete Plant + Precast Technology Betonwerk ... - BFT International

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Panel 1
| Proceedings 54 th BetonTage
B – Potentials for the use of secondary materials in concrete construction
B – Potenziale des Sekundärstoff einsatzes im Betonbau
Autoren
Dr. rer. nat. Bruno Hauer,
Forschungsinstitut der Zementindustrie,
Düsseldorf
ha@vdz-online.de
Geb. 1965; Studium der Physik
an der Universität Bonn;
1992–1995 Doktorand am
Forschungszentrum Jülich; seit
1996 wiss. Mitarbeiter am Forschungsinstitut
der Zementindustrie
und insbesondere für
Fragen des nachhaltigen und
ökologischen Bauens und des
Einsatzes von Ökobilanzen im
Bauwesen zuständig; seit 2000
Leiter des Referats „Nachhaltiges
Bauen“.
Dr. rer. nat. Katrin Rübner,
BAM Bundesanstalt für
Materialforschung und
-prüfung, Berlin
katrin.ruebner@bam.de
Geb. 1961; Studium der
Chemie an der Humboldt-
Universität zu Berlin; 1986
Promotion; 1986–1991 wiss.
Mitarbeiterin am Institut für
Physikalische Chemie und
am Analytischen Zentrum der
Akademie der Wissenschaften
Berlin; seit 1991 Mitarbeit in
der Fachgruppe Baustoff e der
BAM Bundesanstalt für Materialforschung
und -prüfung;
seit 2005 Leiterin der Arbeitsgruppe
Ressourcenschonung
durch Reststoff verwertung.
The use of secondary materials in concrete construction
provides the opportunity to reduce the environmental impact
created by the raw materials used for concrete production
whilst enabling a sensible utilization of these materials.
Secondary materials can be used in many areas of
the production of cement and concrete: as secondary raw
materials or secondary fuels in the production of Portland
cement clinker, as an additional constituent of cement besides
Portland cement clinker, as an additive, or as an aggregate
in concrete production.
In subproject B, a method to assess the use of secondary
materials was developed that integrates the consideration
of sustainability aspects. In the fi rst step, the basic
technical and legal requirements, including their environmental
compatibility, must be reviewed in order to defi ne
the framework for their sensible use. Further considerations
are based on changes in the consumption of energy
and resources, as well as in the emissions of the cement or
concrete plant. The benefi ts with respect to the environmental
dimension of sustainable construction can then
be discussed, taking into account the upstream process
steps, such as the preparation of the materials used. In
addition, the pros and cons of their use in concrete construction
compared to other types of use may be examined.
Following the verifi cation of the assessment method
for secondary materials already in use, several new ways
of utilizing secondary materials in the production of cement
and concrete have been investigated. Concrete
crusher sand e.g., is created during the treatment of used
concrete for recycling. However, the fraction of up to 2
mm in size is excluded from the “production of concrete
according to DIN EN 206-1 and DIN 1045-2 with recycled
aggregates according to DIN 4226-100” as specifi ed in the
applicable guideline of the German Committee for Structural
Concrete (DAfStb). As an alternative, crushed con-
Fig. 1 Ternary diagram SiO 2 – CaO – Al 2 O 3 +Fe 2 O 3 showing the
composition of crushed concrete sand from the recycling plants
considered and of the Portland cement clinker.
Abb. 1 Dreistoff diagramm SiO 2 – CaO – Al 2 O 3 +Fe 2 O 3 mit der
Zusammensetzung der Betonbrechsande aus den betrachteten
Aufbereitungsanlagen und des Portlandzementklinkers.
Der Einsatz von Sekundärstoff en im Betonbau bietet die
Chance, im Bereich der Betonausgangsstoff e umweltrelevante
Auswirkungen zu mindern und zugleich eine sinnvolle
Verwendung dieser Stoff e zu schaff en. Sekundärstoff
e können dabei in vielen Bereichen der Herstellung
von Zement und Beton zum Einsatz kommen: als sekundäre
Roh- bzw. Brennstoff e bei der Herstellung des Portlandzementklinkers,
als weiterer Zementbestandteil neben
dem Portlandzementklinker, als Zusatzstoff oder als
Gesteinskörnung bei der Betonherstellung.
Im Teilprojekt B wurde ein Bewertungsverfahren
zum Sekundärstoff einsatz ausgearbeitet, in dem die Betrachtung
von Nachhaltigkeitsaspekten integriert ist. Zunächst
müssen die technischen und rechtlichen Grundanforderungen
und die Umweltverträglichkeit überprüft
werden, da dadurch der Rahmen für sinnvolle Einsatzmöglichkeiten
gesteckt wird. Ausgangspunkte der weiteren
Betrachtung sind die Änderungen im Energie- und
Ressourcenverbrauch sowie der Emissionen im Zement-
bzw. Betonwerk. Unter Berücksichtigung der vorgelagerten
Prozessstufen, wie etwa der Aufbereitung der eingesetzten
Stoff e, kann dann der Vorteil für die ökologische
Dimension des Nachhaltigen Bauens diskutiert werden.
Ergänzend können darüber hinaus die Vor- und Nachteile
der Verwertung im Betonbau gegenüber anderen Verwertungswegen
geprüft werden.
Aufbauend auf der Verifi zierung des Bewertungsverfahrens
anhand bereits eingesetzter Sekundärstoff e wurden
beispielhaft neue Verwertungswege von Sekundärstoff
en in der Herstellung von Zement und Beton
untersucht. Betonbrechsand z. B. fällt bei der Aufbereitung
von Altbeton an, die Fraktion ≤ 2 mm wird aber für
die „Herstellung von Beton nach DIN EN 206-1 und DIN
1045-2 mit rezyklierten Gesteinskörnungen nach DIN
4226-100“ in der entsprechenden DAfStb-Richtlinie ausgeschlossen.
Um eine vollständige Wiederverwendung
von gebrochenem Altbeton im Betonbau zu erreichen,
könnte alternativ der Betonbrechsand als Sekundärrohstoff
in der Zementklinkerherstellung eingesetzt werden.
Dieser neue potenzielle Sekundärstoff einsatz wurde anhand
der Situation in drei Zementwerken und der dort
verfügbaren Betonbrechsande untersucht. Er erweist sich
auf Grund der günstigen Zusammensetzung des Betonbrechsandes
prinzipiell als technisch möglich, wobei u. a.
eine ausreichende Homogenität des Materials gegeben
sein muss. Auf Grund seiner Zusammensetzung (Abb. 1)
ersetzt der Betonbrechsand i. W. Siliziumträger in der
Rohmaterialmischung, so dass in der Regel der Siliziumgehalt
die die Einsatzmenge begrenzende Größe ist. Im
Einzelfall könnten bis zu 8 % Betonbrechsand im Rohmaterial
eingesetzt werden. Neben der verringerten Nutzung
von primären Rohstoff en können auf Grund des Vorhandenseins
von noch nicht karbonatisiertem Zementstein
im Betonbrechsand thermische Energie und CO 2 -Emissionen
im Klinkerbrennprozess eingespart werden. Die erreichbare
Minderung hängt bei gleicher Klinkerqualität
von den Einsatzmengen sowie von dem im Betonbrechsand
und in den substituierten Rohstoff en insgesamt gebundenen
CO 2 ab. Die genannten Vorteile schlagen sich
BFT 02/2010