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Abbrucharbeiten und Recyclingbeton vor dem

Hintergrund der Sulfatproblematik

Dr.-Ing. Karin Weimann

BAM – Bundesanstalt für Materialforschung und –prüfungFachgruppe 4.4 Thermochemische Reststoffbehandlung und Wertstoffrückgewinnung

• Hintergrund – Sulfate in Baurestmassen

• Rezyklierte Gesteinskörnungen für Recyclingbeton

• Aktuelle Entwicklungen (rechtliche Rahmenbedingungen)

• Rückbau-/Abbruchmethoden – selektive Abbrüche

• Bauschuttaufbereitung

• Zusammenfassung und Ausblick

Überblick

10.03.2015 - BAM 4.4 2Abbruchmethoden und RC-Beton

2

3

• nachweisbar in Bauschutt: Feststoff und Eluat

• Zement- und Betonherstellung

- Betonzusatzmittel (Beschleuniger: Erstarren des Betons)

- Reduktionsmittel (Chromatreduktion)

• Indikator für Gips

- Innenausbau

Abbruchmethoden und RC-Beton 310.03.2015 - BAM 4.4

Hintergrund: Sulfate in Baurestmassen


Mineralische Bauabfälle ohne Bodenaushub 2012[Quelle: 9. Monitoring-Bericht Bauabfälle, Kreislaufwirtschaft Bau (KWB), 2015]

42,4 %12,7 %

12,0 % 0,5 %

Bauschutt: 51,6 Mio t Straßenaufbruch: 15,4 Mio t

Baustellenabfälle: 14,6 Mio t Bauabfälle auf Gipsbasis: 0,6 Mio t

3


Jährlicher Verbrauch an Gips in Deutschland

0

2.000

4.000

6.000

8.000

10.000

1880 1890 1900 1910 1920 1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010

[10

00

t/a

]

Jahr

jährlicher Gipseintrag

Gips für Zementherstellung

Baugipse

Bauelemente

Gipskartonplatten

Quelle: bis 1997 Bundesverband Baustoffe und Erden e.V. , ab 2003 Statistisches Bundesamt

Abbruchmethoden und RC-Beton

Prognose für den Gipsaustrag basierend auf der Lebensdauer (Datengrundlage Gipsproduktion)

Quellen: Bauhaus-Universität Weimar (2010), M. Arendt, Dissertation (2000)

0

2.000

4.000

6.000

8.000

2000 2010 2020 2030

Gips in Beton Gipsplatten Baugips

[100

0 t]

610.03.2015 - BAM 4.4

4

0

100

200

300

400

500

600

2000 2010 2020 2030

Gips in Beton/Zement Gipsplatten Baugips

[%]


Prognose für den Gipsaustrag basierend auf der Lebensdauer (Datengrundlage Gipsproduktion)

Quellen: Bauhaus-Universität Weimar (2010), M. Arendt, Dissertation (2000)

710.03.2015 - BAM 4.4

8

Bildung von Ettringit: • Sulfattreiben• Reaktion von Zementklinker mitSulfaten im pH-Bereich von 9-12

• Volumenvergrößerung• Gefügestörungen, Rissbildungen

Bildung von Thaumasit: • Reaktion von SiO2 und Carbonaten mit Sulfaten unterhalb von 15°C

• Volumenvergrößerung• Gefügestörungen, Auflösung der Zementsteinmatrix

Quelle: //www.nachi.org/visual-inspection-concrete.htm


Bautechnische Auswirkungen in Beton

Quelle: //www.steine-und-minerale.de/atlas.php

810.03.2015 - BAM 4.4

5

9

� mögliche Beeinflussung der Bodenbeschaffenheit

durch den Eintrag von eluierbaren Sulfaten aus

(RC-)Baustoffen

� Eintrag von eluierbaren Sulfaten über das

Sickerwasser ins Grundwasser


Boden- und Grundwasserschutz

910.03.2015 - BAM 4.4


Qualität von rezyklierten Gesteinskörnungen

• Qualitätskriterien für Gesteinskörnungen DIN EN 12620

� geometrische Anforderungen: Kornform, Korngrößenverteilung,…

� physikalische Anforderungen: Rohdichte, Wasseraufnahme,…

� chemische Anforderungen: Chloride, säurelösliches Sulfat,…

• Besondere Kriterien für rezyklierte Gesteinskörnungen

� Sortenreinheit: Anforderungen an die Zusammensetzung

(Gips < 1 M.-%), …

� Wasserlösliches Sulfat , wasserlösliches Chlorid,…

6

11

� Grundwasserverordnung

� Deponieverordnung

� Bundes-Bodenschutz- und Altlastenverordnung

� Ersatzbaustoffverordnung

− Bodenmaterial (BM)

− Verschiedene Schlacken (z.B. SWS)

− Hüttensand (HS)

− Gleisschotter (HS)

− Recyclingbaustoffe (RC)

− …


Mantelverordnung

121210.03.2015 - BAM 4.4 Abbruchmethoden und RC-Beton

� veränderte Anforderungen an den Sulfatgehalt in

Eluaten aus Bauschutt (und andere Parameter z.B. V)

� veränderte Anforderungen an die Probenvorbereitung

(W/F 2:1 statt wie bisher 10:1)

� Unterschiede zur Deponieverordnung

� Umfangreiche Anforderungen an den Einbau der

unterschiedlichen Ersatzbaustoffe

� …

Ersatzbaustoffverordnung (ErsatzbaustoffV)(aktueller Entwurf Oktober 2012)

7

1310.03.2015 - BAM 4.4 Abbruchmethoden und RC-Beton 13

RC-1*: nach Ersatzbaustoffverordnung (Entwurf von Oktober 2012): Material verliert Abfalleigenschaft

0

100

200

300

400

500

600

RC-1* Z 1.1 Z 1.2 Z 2 DIN 4226-100 TVO

Su

lfat

[m

g/l]

Grenzwerte für Sulfat in Eluaten aus RC-Baustoffen


Abbruchverfahren

• Mechanische Verfahren:

− Abtragen, Fräsen, Schälen, Schleifen

− Abgreifen, Schneiden, Sägen, Bohren

− Stemmen, Hämmern

− Einschlagen, Eindrücken, Einreißen

• Hydrodynamische Verfahren

− Hochdruckwasserstrahlen

• Thermische Verfahren

• Chemische Verfahren (Sprengen)

1410.03.2015 - BAM 4.4

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Im Rahmen eines selektiven Abbruchs können alle Techniken

eingesetzt werden. Ziel ist die Rückgewinnung von sortenreinen und

schadstoffarmen Baustoffen.

Wichtig sind Reihenfolge und Vorgehensweise.

Entscheidend für das Vorgehen und die damit verbundenen

Qualitäten und Verwertungsmöglichkeiten der gewonnenen RC-

Baustoffe sind:

� Vorerkundung

� Planung und Ausschreibung

� Vorarbeiten

Abbruchverfahren – selektiver Rückbau

1510.03.2015 - BAM 4.4

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• Gipsputze und sonstige Gipse (z.B. Spachtelgipse)

• gipshaltige Estriche

− Fließestrich

− Trockenestrich

• raumauskleidende Elemente

− Gipsplatten

− Gipsfaserplatten

− Gips-Wandbauplatten


Rückzubauende Sulfatquellen (Innenausbau)

1610.03.2015 - BAM 4.4

9

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• Gipsfaserplatten

enthalten RC-Papierfasern, eingesetzt für die Beplankung und Verkleidung von Decken und Wänden sowie als Wärmedämmplatten oder als Trockenestrich

• Gipsplatten

kartonummantelt, verwendet als Wand- und Deckenplatten

• (Gips-Wandbauplatten)

massive Ausführung können zur Errichtung von Innenwänden verwendet werden


Rückbau / Ausbau per Hand

1710.03.2015 - BAM 4.4

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• Fließestrich

• Gipsputze (Spachtelgipse)

• (Gips-Wandbauplatten)

Beton in Kombination mit anderen Baustoffen


Abbruch mit handgeführten Werkzeugen

Abtragen – Fräsen / Stemmen

1810.03.2015 - BAM 4.4

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Estriche auf Calciumsulfatbasis:

� schwimmender Estrich (Verlegung von Estrich auf Dämmschicht)

� VerbundestrichTrennung nur schwer möglich



Abbruchmethoden und RC-Beton 20

Estriche auf Calciumsulfatbasis:

VerbundestrichEstrich auf Dämmschicht

� Im selektiven Rückbaugrundsätzlich trennbar

� Im selektiven Rückbau nur

schwer trennbar

� gemeinsame Zerkleinerung

� Dichtetrennung kaum möglich

SO3 >> 1 M.-%Eluat = ?? mg/l Nach C. Müller (ibac):

http://www.b-i-m.de/projekte/projframe.htm

10.03.2015 - BAM 4.4


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21Abbruchmethoden und RC-Beton 2110.03.2015 - BAM 4.4

Quelle: Knauf „Auftrag von Maschinenputzgips“

Gipswand- und Gipsdeckenputze

� gute Haftung am Untergrund und

hygroskopisch

� problematisch beim Abtrag

� im selektiven Rückbau nur schwer trennbar

� erschwerte Arbeitsbedingungen

� intensive Zerkleinerung bei der Bauschutt-

aufbereitung kann erfolgreich sein


22

Ergebnisse einer Unternehmensbefragung* (2010)


9

15

5

1 - 10

11 - 50

> 50

Anzahl der Mitarbeiter

Relevanz von Abbruch- / Rückbauverfahren

2210.03.2015 - BAM 4.4

*in Zusammenarbeit mit dem Deutschen Abbruchverband, Köln

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23Abbruchmethoden und RC-Beton

1. Schneiden mit Zangen, Scheren oder Abgreifen

2. Nutzung von Abbruchhämmern

3. Einschlagen, Eindrücken, Einreißen

4. Handabbruch und Kleingeräte

5. Sägen, Fräsen

6. Sprengen

79

90 8693

79

3442

2229

36

136

0

20

40

60

80

100

1 2 3 4 5 6

Anteil der Betriebe [%] Einsatzhäufigkeit [%]


2310.03.2015 - BAM 4.4

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Separater Rückbau gipshaltiger Bereiche (nach Betriebsgröße)


89 93100

0

20

40

60

80

100

1 - 10 11 - 50 > 50

Anteil der Betriebe Einsatzhäufigkeit


[%] [%]

2410.03.2015 - BAM 4.4

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Bauschuttaufbereitung - Verfahrensführung

Zerkleinerung / Aufschluss:

• Brecher – mobil oder stationär

Klassierung:

• Siebanlagen – mobil oder stationär

Sortierung:

• trockene Aufbereitung (z.B. Klauben, Windsichtung,

Magnetabscheidung)

• Nassaufbereitung (z.B. Setztechnik, Schwertwäscher)

• optional, überwiegend in stationären Anlagen

In Abhängigkeit von den jeweiligen Rahmenbedingungen

2510.03.2015 - BAM 4.4


Stationäre

Bauschutt-

Aufbereitung

Eisenschrott

Eisenschrott

Störstoffe

Störstoffe

Backenbrecher

Prallbrecher

Vorsieb

Zwischensieb

Produktsiebe

Vorsiebmaterial 0/5

Sortierband

Magnetscheider

Magnetscheider

Windsichter

0/44/8

8/1616/32

RC - Körnungen

2610.03.2015 - BAM 4.4

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• Festlegung des Untersuchungsrahmens für die ökobilanzielle Bewertung

• Entwurf eines modularen Modells für die Herstellung von RC-Körnungen aus Altbeton

• Untersuchung unterschiedlicher Szenarien

• Ökobilanzieller Vergleich von optimiert gewonnenen RC-Baustoffen mit Referenzmaterial

Ökobilanzielle Betrachtungen

2710.03.2015 - BAM 4.4

2828

Grundmodell der ökobilanziellen Betrachtung


15

29

Subnetz: Baustelle Abriss / Rückbau



Ökobilanzielle Bewertung

• Energieverbrauch und CO2-Emissionen dominieren die

ökobilanziellen Auswirkungen aller Szenarien

• Landverbrauch ist die Wirkungskategorie, in der die größten

Unterschiede zwischen den Szenarien festgestellt wurden

• Selektive Abbrüche sind mit höherem Aufwand verbunden

• Großer Einfluss des Transportaufwands

• Einzelfallbetrachtung sinnvoll

3010.03.2015 - BAM 4.4

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Entstehung der Umweltwirkungen(Szenario Abbruch/Rückbau eines Plattenbaus)


0

5

10

15

20

25

Abbruch ohne Transport Gesamt

Klimawandel [kg CO2-eq/t ]

selektiv nicht selektiv

0,00

0,25

0,50

0,75

1,00

1,25

Abbruch ohne Transport Gesamt

Landverbrauch [m²a/t ]

selektiv nicht selektiv

254

0,06 4,99

254

0,06 5,120

50

100

150

200

250

300

Zement Wasser Gesteinskörnung

[kg

CO

2-eq

.]

Klimawandel

RC-Beton Referenzbeton

1,68

0,01

3,63

1,68

0,01

4,54

0

1

2

3

4

5

6

Zement Wasser Gesteinskörnung

[m²a

]

Landverbrauch

RC-Beton Referenzbeton

Vergleich RC- Beton / Referenzbeton(1 m³ Beton mit anteilig 20% RC-Gesteinskörnung)


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Zusammenfassung:

• Sulfate in Bauschutt:

− entstammen größtenteils gipshaltigen Materialien des Innenausbaus

− können in Beton zu Gefügeveränderungen führen

• Abbruch/Rückbau gipshaltiger Bauteile

− selektiv mit mechanischen Methoden (händisch, maschinell) möglich, jedoch nicht in allen Fällen ausreichend

− Planung und Einsatz der Rückbaumethoden unter Berücksichtigung einer anschließenden Bauschuttaufbereitung

− ökobilanziell können selektive Vorgehensweisen vorteilhaft sein

3310.03.2015 - BAM 4.4


Ausblick:

• Ansatz schon bei der Ausschreibung:

− Ausschreibung der Erfassung sulfathaltiger Bauteile

− Ausschreibung des gezielten Rückbaus von Gipsplatten und gipshaltigen Estrichen unter Berücksichtigung der Randparameter

− (späteren Rückbau schon bei Planung und Bau berücksichtigen)

• Sorgfältige Kosten-Nutzen Abwägung:

− ökologische Folgen: Sulfate in RC-Gesteinskörnung versus Energieverbrauch etc.

− ökonomische Folgen:zusätzliche Maßnahmen können zu Zusatzkosten führen

− soziale Folgen: körperliche Belastungen für Mitarbeiter möglichst gering halten etc.

3410.03.2015 - BAM 4.4

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Vielen Dank für Ihre

Aufmerksamkeit!

Quelle: W. Werner (2009)

3510.03.2015 - BAM 4.4

[email protected]

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