Produktgestaltung mit Sekundärrohstoffen in der Baustoff ......und anschließender Formgebung durch...

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Projektverbund ForCycle – Ressourcenstrategie für Bayern unter besonderer Berücksichtigung von Sekundärrohstoffen Abschlussbericht Produktgestaltung mit Sekundärrohstoffen in der Baustoff‐ und Keramikindustrie – BauKera Laufzeit: 01.03.2014 – 31.12.2016 ausgeführt durch: Prof. Dr. Ulrich Teipel, Kevin Hefele, M.Eng. Technische Hochschule Nürnberg, Fakultät Verfahrenstechnik, Mechanische Verfahrenstechnik/ Partikeltechnologie, Wassertorstraße 10, 90489 Nürnberg, Tel.: 0911‐5880‐1471, E‐Mail: Ulrich.Teipel@th‐nuernberg.de Fraunhofer Institut für Chemische Technologie (ICT), Joseph‐von‐Fraunhofer Straße 7, 76327 Pfinztal Industriepartner: Porzellanfabrik Walküre GmbH & Co. KG Gravenreutherstr. 5, 95445 Bayreuth Nürnberg, Januar 2017

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  • ProjektverbundForCycle–RessourcenstrategiefürBayernunterbesondererBerücksichtigungvonSekundärrohstoffen

    Abschlussbericht

    ProduktgestaltungmitSekundärrohstoffeninderBaustoff‐undKeramikindustrie–BauKera

    Laufzeit:01.03.2014–31.12.2016

    ausgeführtdurch:

    Prof.Dr.UlrichTeipel,

    KevinHefele,M.Eng.

    TechnischeHochschuleNürnberg,FakultätVerfahrenstechnik,

    MechanischeVerfahrenstechnik/Partikeltechnologie,Wassertorstraße10,90489Nürnberg,

    Tel.:0911‐5880‐1471,E‐Mail:Ulrich.Teipel@th‐nuernberg.de

    FraunhoferInstitutfürChemischeTechnologie(ICT),

    Joseph‐von‐FraunhoferStraße7,76327Pfinztal

    Industriepartner:

    PorzellanfabrikWalküreGmbH&Co.KG

    Gravenreutherstr.5,95445Bayreuth

    Nürnberg,Januar2017

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    InhaltAbstract...................................................................................................................................................................31. Aufgabenstellung.......................................................................................................................................42. StandderTechnik.....................................................................................................................................43. Arbeitsvorrausetzungen........................................................................................................................54. PlanungundAblauf..................................................................................................................................65. Gesamtprobelmatik..................................................................................................................................85.1. UmweltverträglichkeitderRC–Baustoffe............................................................................85.2. HerstellungvonZiegelbruch‐Keramik‐Agglomeraten.....................................................8

    6. Methoden...................................................................................................................................................116.1. Partikelcharakterisierung..........................................................................................................116.1.1. Bildanalysesensor„QICPIC“..............................................................................................116.1.2. Laserbeugung.........................................................................................................................116.1.3. WeitereMesssystemezurPartikelcharakterisierung...........................................12

    6.2. Granulierteller.................................................................................................................................136.3. Intensivmischer..............................................................................................................................146.4. ThermischeStabilisierung.........................................................................................................156.4.1. HydrothermaleHärtung.....................................................................................................156.4.2. Brennen.....................................................................................................................................15

    6.5. Druckfestigkeit................................................................................................................................166.6. Wärmeleitung..................................................................................................................................166.7. Thermogravimetrie.......................................................................................................................176.8. SelektiveZerkleinerung..............................................................................................................186.9. Schadstoffmessungen...................................................................................................................206.9.1. DIN38414................................................................................................................................206.9.2. DIN38405‐D5.........................................................................................................................226.9.3. DIN19528................................................................................................................................23

    7. Fortschritte...............................................................................................................................................248. ErgebnisseundAnwendbarkeit......................................................................................................258.1. Schadstoffanalyse–Sulfatwerte..............................................................................................258.2. HerstellungvonZiegelbruch‐Keramik‐Agglomeraten..................................................34

    9. Zusammenfassung.................................................................................................................................43

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    10. Ausblick..................................................................................................................................................44Literatur...............................................................................................................................................................45Abbildungen.......................................................................................................................................................47Tabellen................................................................................................................................................................49

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    AbstractDurch das Projekt: „Produktgestaltung mit Sekundärrohstoffen in der Baustoff‐ undKeramikindustrie“solltenneueWege fürdasRecyclingvonAbfällenausderKeramik‐und Baustoffindustrie gefunden werden. In der Bauindustrie wird bisher nur eingeringerTeildermineralischenBestandteileeinemRecyclingzugeführt.GleichzeitigistesderIndustriezweigmitdemhöchstenAbfallaufkommeninBayern.ZieldesProjekteswar es deshalb bisher nicht betrachtete Bauabfälle einem Recycling zuzuführen.Zusammen mit dem Projektpartner Porzellanfabrik Walküre sollte eine technischeGrundlage für ein kombiniertes Recycling von Keramik‐ und Mauerziegelbruchgeschaffen werden. Hierzu konnte eine Prozesskette, bestehend aus verschiedenenZerkleinerungsschritten, einem Agglomerationsprozess und der notwendigenthermischenStabilisierunggeschaffenwerden.FürdieStabilisierungwurdesowohleininderKeramikherstellungüblicherBrennprozess,alsauchalternativdiehydrothermaleHärtung,welchebeiderHerstellungvonKalksandsteinAnwendungfindet,untersucht.DurchMessungwichtigerProzessparameterwiederPartikelgrößeund–form,sowiederthermischen und mechanischen Eigenschaften der erzeugten Granulate konnte derProzess überprüft und optimiert werden. In Rücksprache mit fränkischenRecyclingfirmenwurdeweiterhineinMesssystemzurAnalysevonSulfataufgebautundtypischeBaustoffeaufdiesen, imRecyclinghinderlichenSchadstoffhingeprüft.FernerwurdenMöglichkeitenzurVerringerungdesSulfatsimRecyclingeruiert.

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    1. AufgabenstellungMineralischeBauabfälleundBödenstellenmiteinemGesamtaufkommenvonetwa192Mio. t jährlich den größten Abfallstrom in Deutschland dar [5]. Allein auf BayernentfielendamitimJahrderDatenerhebung2012rund46Mio.t,wobeicirca8Mio.talsBauschutt zu bewerten sind. Dieser besteht hauptsächlich aus Beton, Ziegel undweiteren mineralischen Bestandteilen [3]. Während Recyclingbeton inzwischenvermehrtAnwendunginderBauindustriefindet,werdenZiegelundweitereBauabfällewie etwa Porenbeton oder Kalksandstein bisher kaum einem hochwertigen Recyclingzugeführt.DieseAbfällewerdenaktuellmeistimStraßen‐oderErdbaueingesetztoderdeponiert.InHinblickaufdieVerknappungvonRessourcenundDeponieraummüssenneue Wege im Umgang mit Bauabfällen gefunden werden. Die in den mineralischenBauabfällen enthaltenen Schadstoffe, wie etwa Sulfat erschweren das Recycling dabeizusätzlich. In diesem Vorhaben werden deshalb Schadstoffuntersuchungen vontypischenBaustoffenundWegederWiederverwendungdieservorgestellt.

    2. StandderTechnikIm Jahr 2012 fielen in Bayern 45.579.000 t Bauabfälle an, die aus Bodenaushub,Straßenaufbruch, Baustellenabfällen und Abfällen auf Gipsbasis sowie zu einemerheblichenAnteilvon20%ausBauschuttbestehen.DieserAnteilwurdezu61%vonBauschuttrecyclinganlagen aufbereitet, wobei der überwiegende Teil der ErzeugnisseimStraßen‐undWegebaueingesetztwurde[11].DamitistdasübergeordneteZielderKreislaufwirtschaftsgesetzgebungdergeschlossenenStoffkreisläufenichterreicht,dennder Bauschutt aus dem Hochbau wird somit über das Recycling in den Tiefbaueingebracht.Hinzukommt indiesemFalleinSättigungseffekt,daderStraßenaufbruchbereits nahezu vollständig direkt recycelt wird [2]. Demnach kann ein Einbau imWesentlichen nur in neu angelegten Straßen erfolgen, wobei das Aufkommen derErzeugnisse bei weitem den Materialbedarf übersteigt [12]. Einer höherwertigenstofflichenNutzungimSinneeinerWeiterverarbeitungwurden18,3%deretwa9Mio.tzugeführt,wobeiauchhiermitdemGroßteileinDowncyclingüberAsphaltmischanlagenbetriebenwird.273.000tunddamitnur3%des2012angefallenenBauschuttskonnteim Sinne der Kreislaufwirtschaftsgesetzgebung als Betonzuschlag in den Hochbauzurückgeführt werden [4]. Folgende Abbildung zeigt die Zusammensetzung undVerwendungvonBauabfälleninBayern:

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    Abbildung2‐1:BauabfälleinBayern2012(gesamt45.579.000t)[3].

    DieDatenlagezeigtdengroßenHandlungsbedarf,derimBereichsekundärerBaustoffebesteht. Durch neue Technologien und die Erschließung verschiedenerAnwendungsfelder sollenProdukteaufBasis sekundärerRohstoffe aufBauschuttbasisentstehen. Dabei sindmesstechnische Qualitätssicherungsmaßnahmen im Sinne einerklarenProduktpositionierungamMarktzudefinieren.AndieserStelleistaufgrunddesanzustrebendenmöglichsthohenUpcycling‐Niveaus(insbesondereRC‐MaterialfürdenHochbauwieBetonzuschlagstoffe)aufeinefrühzeitigeErkennungvonStörstoffenWertzu legenumggf.mitderAbtrennungundparallelenAufbereitungvonProduktqualitätgefährdenden Bestandteilen reagieren zu können. Dabei kann die Produktgefährdungsowohl von der Kontamination mit Schadstoffen als auch von Stoffen, die wichtigeGütekriterien wie Druck‐ oder Abriebfestigkeit gefährden, ausgehen. Unter diesemGesichtspunkt könnten auch Maßnahmen wie eine gezielte Anreicherung mit demnachgefragten sortenreinen Betonbruch oder u. U. mit Primärmaterialien erwägtwerden, um damit die erforderliche Produktgüte bei gleichzeitiger Erhöhung derUpcycling‐Quotezuerreichen.

    3. ArbeitsvorrausetzungenDas Projekt wurde an der Technischen Hochschule Nürnberg (THN), FakultätVerfahrenstechnik in der Forschergruppe Partikeltechnologie, Rohstoffinnovationenund Ressourceneffizienz in Kooperation mit dem Fraunhofer‐Institut für ChemischeTechnologie (ICT) in Pfinztal und der Porzellanfabrik Walküre GmbH & Co. KG inBayreuth durchgeführt. Die Projektleitung oblag hierbei die THN. Das Projekt begannam 01.03.2014 und endet am 31.12.2016. Ein Arbeitsprogramm wurde zu BeginnfestgelegtundistinklusivethematischbedingterÄnderungennachfolgendinTabelle4‐1ersichtlich.

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    4. PlanungundAblaufDie Produktgestaltung in der Partikeltechnologie hat zum Ziel, durch Änderung derMikrostruktur eines Eduktes ein neues Eigenschaftsprofil des Produktesherbeizuführen. Diese Änderung wird durch Prozesse und Verfahren erzielt, dieentsprechend der vorgegebenen Edukteigenschaften und der zu erzielendenDispersitätseigenschaften zu wählen oder ggf. zu entwickeln sind. Dabei gilt es einegeeignete Übertragungsfunktion, bestehend aus Prozess‐ und Materialfunktion, zubestimmen. Die Parameter der Materialfunktion sind die makroskopischenStoffeigenschaftenwieRohdichte,Porosität,ZusammensetzunggeradeauchimHinblickaufStör‐oderSchadstoffewieSulfat(BeeinflussungdesAushärteverhaltensvonBeton),Druck‐ und Granulatfestigkeit, Wasseraufnahmeverhalten wie auch dieAgglomerationsstruktur sowie die mikroskopische Stoffeigenschaften der Dispersionwie Partikelgröße und –verteilung, Morphologie, Gefüge‐ und Kristallstruktur bzw.Oberflächenenergie. Die Prozessfunktion wird durch den nötigenBeanspruchungszustand, der durch die Prozessparameter wie Drehzahl, Temperatur,Füllungsgrade,StrömungsgeschwindigkeitoderVerweilzeitbeeinflusstwird,bestimmt.Die Beschaffenheit des Mauerwerkbruchs macht ein Pre‐Processing, bestehend ausBrechen, Sortieren und Klassieren erforderlich. Für das Ziel Produkte fürHochbauanwendungen mit poröser Struktur, wie Zuschlagstoffe für Leichtbeton,Materialien zurWärmedämmung oder für den Schallschutz oder auch Trägermaterialfür Pflanzennährstoffe herzustellen wurde eine Prozesskette aus Zerkleinerung,Homogenisierung, Formgebung und Thermischer Stabilisierung identifiziert. Dazuwurden das Zerkleinerungs‐ und das Benetzungsverhalten von Mauerwerksbruch(MWB)untersucht.DesWeiteren ist imProjektverlaufeineStörstoffproblematik fürdenSulfatträgerGipsaufgetreten,diesowohl fürdenTiefbaualsauch fürdenHochbaurelevant ist.FürdieProduktqualifizierung ist in beiden Fällen die gesicherte Einhaltung vonSulfatgrenzwerten sicherzustellen. Deshalb ist das Arbeitspaket Zerkleinerung zurUntersuchung der selektiven Zerkleinerung im Sinne der Produktqualifizierungerweitertworden.AlsKonsequenzdarausmussderKeramikprojektteilumeinQuartalzurückgestelltwerden.

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    Tabelle4‐1:Arbeitsprogramm/Zeitplan.Projektjahr1:Dauer1‐4,Projektjahr2:Dauer5‐8,Projektjahr3:Dauer 9‐12. TH Nürnberg (Blau), Fraunhofer ICT (Grün), Firma Walküre (gelb). Schraffur‐ bzw.Rasterfüllungen:VerschiebungderAPwegenhinzugekommenemAP1.1

    Arbeitsprogramm/ZeitplanProjektdauer/1(1M.) 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

    AP1 Zerkleinerung derBauschuttfraktionen AP1.1

    Selektive Zerkleinerung(incl.Sulfatproblematik)

    AP2 Charakterisierung derZerkleinerungsfraktionen AP3 Klassierung AP4 GranulatherstellungBaustoffe AP5 Granulatcharakterisierung AP6 Stabilisierung:Thermisch AP7 Stabilisierung:Hydrothermal AP8 Charakterisierung derKeramikfraktionen AP9 MischungvonKeramikundBauschutt AP10 Schlickerherstellung AP11 Schlickercharakterisierung AP12 Formgebung undTrocknung AP13 Produktherstellung(Brennprozess) AP14 Berichte undPräsentationen AP15 Projektleitung

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    5. GesamtprobelmatikUm ein hochwertiges und umfassendes Recycling von Baustoffen gewährleisten zukönnen, ist neben der Identifikation und Durchführung des Recyclingprozesses aucheineUmweltverträglichkeitsprüfungdurchzuführen.FürdenProzesshatsichdabeivorallem Sulfat als entscheidend herausgestellt. Sowohl der Prozess, als auch dieUmweltverträglichkeitsprüfungwerdendeshalbimFolgendengetrennterläutert.

    5.1. UmweltverträglichkeitderRC–BaustoffeUmeinedefinierteAussageüberdieUmweltverträglichkeitvonRC‐BaustoffenunddenBauschuttmachenzukönnen,sindBestimmungderKonzentrationenundInhaltsstoffeder Eluate notwendig. Hier sind verschiedene Messmethoden und Normen zuVersuchsdurchführung etc. verfügbar. Die im Rahmen dieses Projektes verwendetenDIN Normenwerden im Folgenden vorgestellt. Zum ersten die DIN 38414 „Schlammund Sedimente (Gruppe S) ‐ Bestimmung der Eluierbarkeit mit Wasser (S4)“: Siebeschreibt dieElutionmit einemÜberkopfschüttler. Sie zeigtÜbereinstimmungenmitdem Merkblatt vom Bayrischen Landesamt für Umweltschutz (Lfu‐Lfw‐Merkblatt:Untersuchung von Bodenproben für die Wirkungspfade Boden‐Mensch und Boden‐Gewässer). Die zweiteNormDIN38405‐D5 „Deutsche Einheitsverfahren zurWasser‐,Abwasser‐ und Schlammuntersuchung Anionen (Gruppe D) Bestimmung von Sulfat‐Ionen (D5)“beschreibtdieVorgehensweiseSulfatnachzuweisenund ist auch indemMerkblattdesBayrischenLandesamtfürUmweltschutzzufinden.DiedritteNormDIN19528„ElutionvonFeststoffen‐PerkolationsverfahrenzurgemeinsamenUntersuchungdes Elutionsverhaltens von anorganischen und organischen Stoffen“. Hier wird dieElutiondurchdie sehr langsameDurchströmungderBaustoffschüttungmitWasser inGlassäulenerreicht.DieNormenwerdeninKapitel6nähererläutert.

    5.2. HerstellungvonZiegelbruch‐Keramik‐AgglomeratenIn Zusammenarbeitmit dem Projektpartner PorzellanfabrikWalküre GmbH& Co. KGentstand die Idee einen hybriden Wertstoff durch Mischen von Ziegel‐ undKeramikbruch zu schaffen. Dieser soll zum einen im Hochbau, als Zuschlagstoff fürLeichtbeton,zurWärmedämmung,fürdenSchallschutzoderauchalsTrägermaterialfürPflanzennährstoffe eingesetzt werden. Weiterhin soll durch Herstellung einesgießfähigen Schlickers aus den beiden Abfallströmen ein günstiges und daherbesonderskonkurrenzfähigesKeramikproduktentstehen.AnderTH‐Nürnbergkonntedabei die notwendige Prozesskette zur Herstellung eines Keramik‐ oderBaustoffproduktes entwickelt werden. Diese besteht aus verschiedenenZerkleinerungsschritten des Ausgangsmaterials, simultaner Partikelcharakterisierungund anschließender Formgebung durch Agglomerieren der Stoffströme. Die soentstandenGrüngranulatewurdenbei derPorzellanfabrikWalküre bei verschiedenenTemperaturen thermisch Stabilisiert. Als Alternative zum klassischen Brennen derGrünkörperwurde außerdem beim Projektpartner Fraunhofer ICT das Verfahren der

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    hydrothermalen Härtung, welches beispielsweise beim Herstellen von KalksandsteinAnwendungfindet,eingesetzt.DiesoerzeugtenGranulatewiesenbeibeidenVerfahrengutemechanischeEigenschaftenauf.ImFolgendenistderGesamtprozessdargestellt:

    Abbildung5‐1:ProzesskettezurHerstellungvonHochbau‐undKeramikanwendungenausModellbaustoffenundKeramikbruch.

    Zu Beginn des Prozesses müssen die Baustoffe sowie der Keramikbruch auf einedefinierte Partikelgröße gebracht werden. Als erster Prozessschritt ist deshalb eineGrobzerkleinerung im Backenbrecher nötig. Brecher werden typischerweise bei derAufbereitung mineralischer Rohstoffe und großvolumiger Abfallstoffe eingesetzt. ImBackenbrecherwirddasBrechgutpartikeldabeizwischeneinerfestsehendenundeinerhin‐ und herschwingenden Brechbacke gebrochen [17]. Die maximale Größe desAufgabegutsbetrug imLaborversuch etwa5 cm,weshalb größereBaustoffewie etwaganzeZiegel oderPorenbetonplattenvorhermanuell zerkleinertwerdenmussten.Beieiner großtechnischen Anwendung von Backenbrechern könnte auf die manuelleVorzerkleinerung jedoch verzichtet werden, da die zulässige Partikelgröße desAufgabegutshiereinenMeterodermehrbetragendarf[17].DiemaximalePartikelgrößenachZerkleinerungimBrecheristabhängigvonderSpaltbreiteamAuslassundbetrugim Versuch etwa 2 cm, die meisten Partikel wiesen jedoch eine deutlich geringereKorngrößeauf.

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    Für die gewünschte Granulat‐Erzeugung aus den Mischfraktionen Ziegel‐ undKeramikbruch,sowiederSulfatwert‐BestimmungderModell‐BaustoffeimangestrebtenPartikelgrößenbereich kleiner 1mm ist jedoch eine weitere Zerkleinerung der Stoffenötig.FürdieuntersuchtenMaterialienerwiessichdabeibesondersdieHammermühlealsgeeignet.DiesebestehtauseinerRotortrommelmithorizontalerAchseundgelenkiggelagertenHämmern.DieAufgabeerfolgtvonoben.DurcheinekombiniertePrall‐undScherbeanspruchungkönnendabeiFeinheitenvonbiszu5µmentstehen[17].Das Feingut soll sowohl eine geeignete Partikelgröße für die fraktionierte Sulfatwert‐Bestimmung, als auch für denAgglomerierprozess aufweisen. Es sollte einemöglichstbreite Partikelgrößenverteilung erreicht werden, um ausreichend Probenmaterial inden einzelnen Fraktionen der Siebung mittels Siebturm anzureichern. Die gewähltenMaschenweiten der verwendeten Siebe betrugen hierbei: w>0,71mm, w>0,56mm,w>0,224mm und w<0,224mm. Partikel mit einem Durchmesser >1mm wurdenabgetrennt, da die Sulfatanreicherung vor allem in den Feinfraktionen der Baustoffevermutetwurde. Anschließendwurde eine Sulfatwert‐Bestimmung,wie inKapitel 5.1beschrieben,durchgeführt.Für die Aufbauagglomeration des Keramik‐ und Ziegelbruch Wertstoffs imIntensivmischer wurde eine mittlere Partikelgröße von x90,3<100 µm angestrebt.BereitsinfrüherenForschungsarbeitenzurAufbereitungvonsekundärenBaurohstoffendurch Agglomeration konnte gezeigt werden, dass eine mittlere Partikelgröße vonx90,3<100µmfürdenProzessbesondersgünstigist[16].Während bei der Zerkleinerung der ungebrannten Keramik in der HammermühlebereitsmittlerePartikelgrößenvonx90,3<100µmerzeugtwerdenkonnten,musstederZiegelbruchineinerKugelmühleNachzerkleinertwerden.Zunächst wurde versucht Granulate aus der Ziegel‐Keramik‐Mischfraktion in einemGranuliertellerderFirma: „ErwekaAR400“miteinemDurchmesservon400mmundeiner Randhöhe von 100 mm zu erzeugen. Als Bindemittel kam dabei Wasser zumEinsatz. Dieses wurde zunächst mittels einer druckluftbetriebenen 2‐Stoffdüse zudosiert. Hierbei konnten jedoch keine Agglomerate erzeugt werden, da durch denÜberdruckder 2‐Stoffdüse dasAufgabegut zu stark verwirbeltwurde.Deshalbwurdedie Düse durch eine feinzerstäubende 1‐Stoff‐Axial‐Hohlkegeldüse getauscht. Die fürden Vorgang relevanten Parameter,wie etwa Tellerneigung, ‐drehzahl und ZugabeortdesBindemittelsundFeststoffessowieBindemittelmengewurdeentsprechendvariiertummöglichst feste und gleichmäßig große Agglomerate zu erzeugen. Jedoch konntenauch hiermit keine zufriedenstellenden Ergebnisse erzielt werden, weshalb dieGranulate im Folgenden mittels eines Intensivmischers der Firma MaschinenfabrikGustav Eirich GmbH hergestellt wurden. Dieser verfügt ein Rührwerk(Wirblerwerkzeug) welches sich im, wahlweise gegen oder gleichläufig rotierendem,Mischbehälter befindet. Die Wirblerdrehzahl kann stufenlos bis 3500min‐1 verstelltwerden.DasFüllvolumendesMischersbeträgt5Liter[9].BeiderAgglomerationvon reinemKeramikmehlmitWasserkames jedoch, aufgrunddesscherverdickendenVerhaltensdesSchlickers untermechanischerBeanspruchungzuBeschädigungenamWirblerwerkzeug.Diesesmusstegetauschtwerden,wodurchderMischer einige Wochen nicht verwendet werden konnte. Das BeschädigteWirblerwerkzug ist imAnhangabgebildet.UmdasFließverhaltender zuerzeugendenSchlicker, unterschiedlicher Keramik‐ und Ziegelbruch Konzentrationen besser zu

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    verstehenwurdenhierzuRheologischeUntersuchungendurchgeführt.Eskonnten,nachErhalt eines neuen Wirblerwerkzeugs, jedoch ausreichend feste Agglomerate imIntensivmischerhergestelltwerden,umdiesethermischzuhärtenundanschließendaufDruckfestigkeitundWärmeleitfähigkeithinzuuntersuchen.

    6. MethodenDieimProjektangewandtenwissenschaftlichenundtechnischenMethodenwerdenimFolgendennähererläutert.

    6.1. PartikelcharakterisierungAls Grundlage der Produktgestaltung mit Recyclingbaustoffen, sowie derSchadstoffuntersuchungdereinzelnenAusgangsstoffedienteineCharakterisierungder,durch die einzelnen Zerkleinerungsschritte erzeugten, Partikel. Um einen definiertenund reproduzierbaren Recyclingprozess zu entwerfen, müssen Aussagen über diePartikelform und –größe sowie die Oberflächeneigenschaften und Dichten derhergestellten Haufwerke getroffen werden. Die hierbei verwendeten Messmethodenwerdennachfolgendvorgestellt.

    6.1.1. Bildanalysesensor„QICPIC“DasQICPICisteinPräzisionsmessgerätderFirmaSympatecGmbHzurBestimmungderPartikelgrößenverteilung und Partikelform mittels Bildanalyse. Im Projekt wurde esverwendet um die Sphärizität der erzeugten Partikel zu bestimmen. Diese Datenkonnten sowohl alsGrundlageder Laserbeugungsmessungen, als auch zurBewertungder Agglomerierbarkeit der Keramik‐ und Ziegelbruch Hybridwertstoffe verwendetwerden. Das Gerät verwendet zur Messung Licht aus einer Punktlichtquelle, welchesmittels Strahlenaufweitung zu einemparallelen Lichtstrahl gestreutwird.Die PartikelwerdendurchdieengeLichtebengeleitet, inder siemitdemLichtstrahl interagieren.DiePartikelwerdenvorhermittelsderTrockendispergiereinheit„RODOS/L“vereinzelt.MittelsOptikmodulenwirddasStreulichtdetektiertundvoneinemBildsensorandenPCübertragen.SomitkönnenauchAufnahmenvonEinzelpartikelnzurAnalysegemachtwerden. Durch die Kombination dreier Linsen zur Strahlaufweitung liegt derMessbereich bei 1µm bis 30mm. Die technisch maximal mögliche Partikelgröße lagjedoch bei 2mm. Größere Partikel mussten abgesiebt werden um ein verstopfen derDispergiereinheitzuvermeiden.[20]

    6.1.2. LaserbeugungIm Projekt wurde die Partikelgrößenverteilung mittels des Laserbeugungsgeräts„HELOS/R“derFirmaSympatecGmbHbestimmt.DieBeugungdesLaserlichtsresultierthierbei aus derWechselwirkung des Lichtsmit den Partikeln undwurde im Versuch

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    mathematischaufGrundlagederFraunhofer‐Theorieausgewertet.DieLaserbeugungistdas führende Messprinzip in der Partikelgrößenanalyse und soll hier nicht nähererläutert werden. Im Versuch konnte die Partikelgrößenverteilung gegenüber demBildanalysesensor„QICPIC“ ineinemwesentlichgrößerenMessbereich,von0,1µmbis8,75mm gemessen werden. Zur Vereinzelung der Partikel wurde dieNassdispergiereinheit „QUIXEL“desselbenHerstellers verwendet.DiesehataußerdemgegenüberderTrockendispergierungdenVorteil,dasskeinePartikelabgesiebtwerdenmussten.BedingtdurchdasMessprinzip, ist jedocheineBestimmungderPartikelformnicht möglich. Aus diesem Grund wurden beide Verfahren im Projekt zurPartikelcharakterisierungverwendet.[19]FolgendeAbbildungzeigtdasverwendeteLaserbeugungsspektrometer:

    Abbildung 6‐1: Zur Partikelcharakterisierung verwendete Laserbeugungsspektrometer Helos KR mitNassdispergiereinheitQUIXEL.

    6.1.3. WeitereMesssystemezurPartikelcharakterisierung

    Die Dichte der erzeugten Partikel wurde mittels eines Gaspyknometers der FirmaMicromeritics Instrument Corporation bestimmt. Die Gaspyknometrie ist einstandardisiertes Verfahren undwird in DIN 66137‐2: „Bestimmung der Dichte festerStoffe ‐ Teil 2: Gaspyknometrie“ beschrieben. Die garantierte Messgenauigkeit desverwendetenGeräteslagdabeibei±0,2%desMessbereichsvon0,5bis5g/cm³.[13]Zusätzlich wurden die Morphologie der erzeugten Partikel mittels Lichtbild‐ undRasterelektronenmikroskopie betrachtet. Dies sollte Rückschlüsse auf möglicheZerkleinerungseffekte und die Homogenität der Baustoffe nach dem Zerkleinernermöglichen. Die Untersuchungen fanden an der Fakultät „Allgemeinwissenschaften“der TH‐Nürnberg statt. Die zu Untersuchenden Probenwurden auf einem leitfähigenProbenträger aufgebracht und mit einer selbstklebenden Kupferfolie fixiert.Anschließend wurden sie mittels „Sputter Coater“ mit Gold beschichtet. DieseMessungenfandunterHochvakuumstatt.

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    DieAgglomeratewurdenmittels dynamischerBildanalysemit dem „CamsizerP4“derFirmaRetschTechnologyvermessen.HierbeihandeltessichebenfallsumeinoptischesVerfahren, ähnlich dem Bildanalysesensor „QICOIC“, es können jedoch hiermit auchAgglomerate mit bis zu 30mm zuverlässig auf Partikelform und ‐größe analysiertwerden.FolgendeAbbildungzeigtdasBildanalysesystem:

    Abbildung 6‐2: Zur Partikelgrößenanalyse verwendetes Messsystem „Camsizer P4“ der Firma RetschTechnology.

    6.2. Granulierteller

    Verwendet wurde ein Granulierteller „Erweka AR 400“mit einer variablen Drehzahl.DieserhateinenTellerdurchmesservon400mmundeineTellerrandhöhevon100mm.ImVersuchsaufbaufürdenkontinuierlichenBetriebwurdenvordemTellereineAxial‐Hohlkegeldüse mit einem angegebenen Volumenstrom von 0,021l/min und eineVibrationsrinne, zur Schüttgutdosierung, mit einem eingestellten Volumenstrom von4,97*10‐2kg/min aufgebaut. Der Einstoffdüsewurde kontinuierlichWasser zugeführt.ZweiSchaberhieltendieOberflächedesGranuliertellers freivonAblagerungen.Durchdie konstanteDrehungwurdendieGranulate ausgetragenund von einerMetallschaleaufgefangen. Im diskontinuierlichen Versuchwurde die gewünschteMenge Pulver imTellervorgelegtundanschließenddiebenötigteMengeWassermiteinerSprühflaschehinzugegeben,währendsichderTellerdrehte.FolgendeAbbildungzeigtdenAufbau:

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    Abbildung6‐3: ImVersuchverwendeterGranuliertellerzurAufbauagglomerationmitZiegelmaterial.ObenimBildsindzweiSchaber,linksdieWasserdüse,rechtsdieVibrationsrinneunduntenderAuffangbehälterzuerkennen.

    6.3. Intensivmischer

    Der zur Agglomeration verwendete Intensivmischer „Eirich R01“ hat einGesamtvolumen von 5 L. In diesem konnten die Ausgangsmaterialien direkt zumhomogenisieren eingefüllt werden. Die Drehzahl des Mischers ist stufenlos bis3500min‐1 einstellbar und der Mischbehälter kann im Gleich‐ und Gegenlauf zumRührwerk gefahren werden. Das Wasser wird hierbei, anders als bei derkontinuierlichen Tellergranulation, chargenweise durch eine Öffnung im Deckelzugegeben.DerIntensivmischeristnachfolgendabgebildet:

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    Abbildung6‐4:ImVersuchzurAufbauagglomerationverwendeterEirich‐Intensivmischer.

    6.4. ThermischeStabilisierungDie Thermische Stabilisierung der mittels Intensivmischer erzeugten Agglomerateerfolgte durch hydrothermale Härtung am Fraunhofer ICT und durch Brennen imTunnelofenbeiderPorzellanfabrikWalküre.

    6.4.1. HydrothermaleHärtungDiehydrothermaleHärtungwurdeineinem250mlAutoklavineinerTechnikumsanlagebeim Projektpartner Fraunhofer ICT durchgeführt. Bei der Anlage handelt es sich umeinen Eigenbau des Instituts. Zur Härtung wurden 7g demineralisiertes Wasser imAutoklav vorgelegt und die Granulate in einen Probenbehälter in den Autoklavengegeben. Nach Verschließen des Autoklavs wurde dieser auf 200°C temperiert undsomit ein Druck von 12 bar im Behälter erzeugt. Es wurde für jede Probe zweiHaltezeiten von 90 Minuten und 120 Minuten untersucht und anschließend derAutoklav bei einer Dauer von 12 Stunden auf Zimmertemperatur abgekühlt. DerPrüfberichtderHydrothermalenHärtungistimAnhangenthalten.

    6.4.2. BrennenDieHärtungmittelsBrennofenerfolgtebeiderPorzellanfabrikWalküreGmbHineinemDurchlaufofen. Hierzu wurden zunächst Vorversuche bei verschiedenen, für reinesPorzellan typischenTemperaturenvon900°C,1170 °Cund1400°Cdurchgeführt,umfür denHybridwertstoff eine geeigneteBrenntemperatur zu finden.Hierzuwurde einTeil der Proben in Porzellanschalen gegeben und während des normalen

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    Betriebsablaufsmitgebrannt.AufgrundderErgebnissederVoruntersuchungenkonntediegeeigneteBrenntemperaturauf900°Cbestimmtwerden.DieNachfolgendeHärtungderProbenerfolgtebeidieserTemperatur.

    6.5. DruckfestigkeitDieDruckfestigkeitwurdemitderZug‐undDruck‐Universalprüfmaschine„81801“derFirma „Karl Frank GmbH“ mit einer Maximalkraft von 10kN durchgeführt. Für dieMessung wurden Agglomerate mit einem Durchmesser von 4mm verwendet und jeProbe neun davon vermessen, um einzelne Messfehler ausschließen zu können. Eswurden je fünf Proben der hydrothermalen Härtung beider Haltezeiten (90min und120min), fünf Glühbrand‐Proben mit einer Brenntemperatur von 900°C, sowie fünfungebrannte Proben mit jeweils dem gleichen Mischungsverhältnis untersucht.Außerdem konnten von der 90/10 Porzellan/Ziegel‐Mischung einDruckfestigkeitsvergleich der drei Ofentemperaturen 900°C, 1170°C und 1400°Cdurchgeführt werden. Die Messung der Druckfestigkeit erfolgte an der Fakultät fürWerkstofftechnik der TH‐Nürnberg. Als Abbruchkriterium der Messung galt einKraftabfallvon10N.BeidiesemWert istdavonauszugehen,dassdasKornbricht.DieUniversalprüfmaschinezeigtAbbildung6‐5:

    Abbildung6‐5:FrankUniversalprüfmaschinezurDruckfestigkeitsbestimmungdererzeugtenAggglomerate.

    6.6. Wärmeleitung

  • 17

    Die Messung der Wärmeleitfähigkeit einer Schüttung erfolgte mittelsWärmeleitfähigkeits‐Messgerät „Taurus‐Instruments TLP 300“ (Abbildung 6‐6). Diezuvor im Trockenschrank über Nacht getrocknete Schüttung wird in einen 30 mmdickenStyroporrahmengegebenundanschließendvonhandelsüblicherAdhäsionsfolieumschlossen, damit die Agglomerate nicht herausfallen können. Um einaussagekräftigesErgebniszuerhaltenwurdejedeProbedreiMalindenRahmengefülltundvermessen.EbensowurdederleereStyroporrahmenmitKunststofffoliegemessen,um diesen später von den Ergebnissen der Schüttungen abzuziehen und somit dasErgebnis der reinen Schüttung zu erhalten. Es konnte aufgrund der Messdauer einereinzelnenProbe,sowiederzugeringenProbenmengeausderhydrothermalenHärtung,lediglich zwei Proben aus der 900°CBrenntemperaturMessreiheuntersuchtwerden,die10/90Ma%unddie90/10Ma%Porzellan/Ziegel‐Mischung.DieMessungenfandenanderFakultätfürWerkstoffkundederTH‐Nürnbergstatt.

    Abbildung6‐6:TaurusinstrumentsTLP300zurMessungderWärmeleitfähigkeit,StyroporrahmenmitProbeinProbenkammer.

    6.7. Thermogravimetrie

    Die Messung der Masseänderung in Abhängigkeit der Temperatur wurde mit einerThermo‐Mikrowaage„TG209F1Iris“derFirmaNetzschdurchgeführt.Hierzuwurden5Proben imTemperaturbereich zwischen30 °C und1000 °C bei einerAufheizrate von5K pro Minute gemessen. Die Untersuchungen fanden an der Fakultät AngewandteChemiederTH‐Nürnberg

  • 18

    6.8. SelektiveZerkleinerung

    Ziel der selektiven Zerkleinerung ist die reproduzierbare An‐ bzw. Abreicherung vonStörstoffen in bestimmten Partikelgrößenfraktionen, die anschließend gezieltabgetrennt werden können. Um die Machbarkeit in Bezug auf Gips und damitSulfathaltige Bestandteile des Ziegelbruchs zu untersuchen sind die ModellsystemeMauerziegel,KalksandziegelundPorenbeton jeweilseinseitig10mmverputztundalsReferenzmaterial Gipsputzkugeln hergestellt worden (siehe Abbildung 6‐7). Um einewohldefinierte Beanspruchung sicherzustellen, ist in diesem ersten Schritt derUntersuchung die Hammermühle ohne Siebeinsatz verwendet und damit für alle dreiModellsysteme die qualitativ gleiche bimodale Partikelgrößenverteilung wie inAbbildung6‐8dargestellterzieltworden.

    Abbildung6‐7:ModellsystemeGipsputzkugel,gipsputzverputzterPorenbeton,TonziegelundKalksandstein(vonlinksnachrechts)

  • 19

    Abbildung6‐8:PartikelgrößenverteilungTonziegel(Raute),Kalksandstein(Dreieck)undPorenbeton(Quadrat)jeweilsverputzt

    Dabei konnte mithilfe von IR‐Spektroskopie die Anreicherung des Gipsputzes in denFeinfraktionen,wie inAbbildung 6‐9 beispielhaft für dasModellsystemKalksandsteingezeigt, beobachtet werden. Die Ausprägung der für den Gipsputz charakteristischenReflexe bei 650, 850, 1100, 1600, 3500 cm‐1 wird mit zunehmender Feinheit derPartikel stärker. Umgekehrt nimmt das Spektrum mit abnehmender Feinheit immerstärker die Charakteristik des Siliciumdioxides als ein Hauptbestandteil desKalksandsteinsan.

  • 20

    Abbildung6‐9:IR‐SpektrumderFeinkornanteiledesModellsystemsKalksandstein

    Eine genauere auch quantitative Analyse ist durch die nachfolgend beschriebeneSulfatmessung entstanden. Diese liefert auch die Grundlage für eine sinnvolleAbtrennungderstörstoffenthaltendenFraktionen.

    6.9. SchadstoffmessungenIm Folgendenwerden die Normen, auf deren Basis die Sulfatwerte, der untersuchtenBaustoffegemessenwurden,nähererläutert.

    6.9.1. DIN 38414 (Schlamm und Sedimente (Gruppe S) – Bestimmung mitWasser(S4))

    DieDIN38414beschreibteinVerfahrenzurUntersuchungvonMaterialien,hinsichtlichihrer Lösung von Stoffen in Wasser. Es wird angewendet um auf Gefährdungen vonGewässern,durchArtundMengedes sich lösendenStoffes, zuschließen.Angewendetwirdesauffeste,pastöseundschlammigeMaterialien.[6]Probenvorbereitung: Es wird dem zu untersuchenden Material eine repräsentativeTeilprobeentnommen.DasMaterialsollinunverändertemZustanduntersuchtwerden.Erst wenn seine Partikelgröße größer als 10 mm ist, wird der Anteil über 10 mmzerkleinertundderProbewiederbeigemischt.DieEinwaagederProbezurElutionwirdsobemessen,dassinihr100gTrockenmasseenthaltenist.Versuchsdurchführung:100gderProbewerdenineineWeithalsflasche,Nennvolumen2000ml,eingefülltundmit1000gWasserversetzt(Wasser/Feststoffverhältnis10/1).DieFlaschewirdverschlossenundindenÜberkopfschüttlereingespanntunddannfür24 Stunden bei Raumtemperaturmit 5 bis 10 Umdrehungen proMinute gedreht um

  • 21

    Abrieb möglichst zu vermeiden. Nach Ablauf der Elutionsdauer wird das Eluatdekantiert, Leitfähigkeit und pH‐Wert werden bestimmt. Bei Bedarf wird demRückstandinderWeithalsflascheerneut1LiterWasserzugesetztunddieElutionwirdwiederholt.DasenthalteneEluatwirddurcheinenMembranfilter,Porenweite0,45µmfiltriert. Die Konzentrationen der gelösten Stoffe werden nach den Verfahren derWasseranalytikbestimmt.Auswertung: Der auf die Originalschüttung bezogene Massenanteil eines eluiertenStoffeswESwirdnachGleichung(1)berechnet.

    (1)Hierinsind:

    wes Massenanteil eines aus der wasserhaltigen Schlammprobe eluiertenStoffes,inmg/kg

    ß MassenkonzentrationdeseluiertenStoffesimEluat,inmg/lVE VolumendesfiltriertenEluats,inlmS Masse

    BeziehtmandenMassenanteil aufdenTrockenrückstandderProbekommtGleichung(2)zumEinsatz.

    (2)Hierinsind:

    wET Massenanteil des eluierten Stoffes im getrockneten Rückstand deruntersuchtenProbe,inmg/kg

    wT TrockenrückstandderuntersuchtenProbe,in%f FaktorzurUmrechnung:f=100%

    FürdasVerhältnisvomeluierbarenTeildesStoffeszumGesamtgehaltdiesesStoffesimTrockenrückstandgiltGleichung(3).

    (3)Hierinsind:

    wR MassenanteildeseluierbarenStoffes,bezogenaufdessenGesamtanteilimTrockenrückstandderProbe,in%

    wGT GesamtmassenanteildesStoffesimnichteluiertenTrockenrückstandderProbe,inmg/kg;eristdurchgetrennteUntersuchungzubestimmen

  • 22

    Außerdem ist die Art der Probenvorbehandlung, die Zahl der Elutionen,Elutionstemperatur,pH‐WertundelektrischeLeitfähigkeitdesEluatszubestimmen.

    6.9.2. DIN38405‐D5 (DeutscheEinheitsverfahrenzurWasser‐,Abwasser‐undSchlammuntersuchung Anionen (Gruppe D) Bestimmung von Sulfat‐Ionen(D5))

    DieDIN 38405‐5 beschreibt zwei Verfahren für die Bestimmung von Sulfat‐Ionen. Imersten Teil werden die Sulfat‐Ionen mittels komplexometrischer Titration nachKationen‐Austauscher bestimmt, was bei Konzentrationen von 20 bis 300 mg/langewendetwird. Im zweitenTeil kommtdie gravimetrischeBestimmung von Sulfat‐Ionen zumEinsatz,welches fürKonzentrationender Sulfat‐Ionen>100mg/l geeignetist. ImWeitern wird auf die Gravimetrische Bestimmung eingegangen, da die Sulfat‐IonenKonzentrationunsererEluateüber300mg/lliegt.[7]Gravimetrische Bestimmung von Sulfat‐Ionen DIN 38405‐D5‐2: Das Verfahren eignetsich fürWässerundAbwässerdieeineSulfat‐IonenKonzentrationvonüber100mg/laufweisen.DieGrundideedergravimetrischenBestimmungbasiertaufderFällungvonBariumsulfat.DabeiwirdBariumchloridmitSalzsäureangesäuert,indasEluatgegebenund Sulfat als Bariumsulfat gefällt. Störungen bei der Bestimmung können durchKieselsäure>25mg/l,OrganischeStoffeCSB>30mg/lundEisen(III)‐Ionen>10mg/lauftreten. Verwendet werden Chemikalien mit dem Reinheitsgrade „zu Analyse“ unddestilliertesWasseroderWassermitgleichemReinheitsgrades.Versuchsdurchführung: Es werden 100 ml des Eluats neutralisiert und mit 1 mLSalzsäure angesäuert. Anschließend wird die Lösung zum Sieden erhitzt und unterUmrühren mit 25 mL Bariumchlorid‐Lösung versetzt. Das Eluat wird einige Minutengekocht und dann 15 Minuten heiß gehalten. Nach 2 Stunden durch einenausgewaschenen Papierfilter abfiltrieren. Den Filterrückstand solang mit Wasserwaschen,biskeineChlorid‐IonenimFiltratvorhandensind.AlsletzterSchrittwirdderNiederschlagineinemPlatin‐oderPorzellantiegelbei700°Cgeglüht.Auswertung:DieMasseanSulfat‐IonenimEluatwirdmitderGleichung(4)berechnet.

    (4)Hierinsind:

    ß MassenkonzentrationderWasserprobeanSulfat‐Ionen,inmg/lm MasseanBariumsulfat,inmgf Äquivalenzfaktor:/=0,4115Vp angewandtesVolumenderWasserprobe,inl

  • 23

    6.9.3. DIN 19528 (Elution von Feststoffen ‐ Perkolationsverfahren zurgemeinsamenUntersuchungdesElutionsverhaltensvonanorganischenundorganischenStoffen)

    DasVerfahrenderPerkolationvonWasser,beschrieben inderDIN19528,eignetsichfürallewasserdurchlässigenFeststoffeundfürdieBestimmungvonanorganischesowieorganische Stoffe im Eluat. Dabei wird Wasser im Aufwärtsstrom durch eine mitFeststoff gefüllte Säule, mit einer bestimmten Kontaktzeit, geschickt. DasFreisetzungsverhaltenderorganischenundanorganischenStoffewird in3Kategorienunterteilt: „Grundlegende Charakterisierung“, „Verfahren zurÜbereinstimmungsuntersuchung“und „VerifizierungvorOrt“. InderNormDIN19528wird auf die „Grundlegende Charakterisierung“, sowie auf das „Verfahren zurÜbereinstimmungsuntersuchung“eingegangen.[8]Probennahme: Für die Herstellung einer Probe ist auf die jeweiligen geeignetenstoffspezifischen Verfahren zurück zu greifen. Die Probe muss im Originalzustanduntersucht und darf alleine für die Notwendigkeit bei der ProbenvorbereitungLuftgetrocknet(<40°C)werden.ZuuntersuchendeFeststoffemitPartikelnx>32mmistdieserAnteilabzutrennenundzuzerkleinern.DaszerkleinerteGutmussfraktioniertund Partikel mit einer Körnung 16‐32 mm abgetrennt werden. Das erhaltenePartikelkollektivwirdMengenanteiligdemAusgangsstoffzugeführt.EineTeilmengewirfürdieBestimmungdesWassergehaltesentnommenundbei105°C(±5°C)getrocknet.DerWassergehaltwirdnachGleichung(5)bestimmt.

    (5)Hierinsind:w derWassergehalt,dimensionslosMF dieMassederungetrocknetenProbeinGrammMT dieTrockenmasseinGrammVersuchsaufbau:1Vorratsgefäß2Eluent3Pumpe(variabeleinstellbar)4Quarzsandbett5SäulemitzuuntersuchendemFeststoff6Säulenverschlusskappe7Leitungen8Entlüftungskanüle9Schraubverschluss10Eluat11Sammelgefäß

    Abbildung6‐10:SchematischeDarstellungdesSäulenversuchsausDIN19528

  • 24

    Versuchsdurchführung: Der Versuch ist in drei Schritte unterteilt: Packung der Säule,Aufsättigung und Perkolation: Die Packung der Säule (5) wird gegen die spätereAnströmrichtungdesEluentenaufgebaut.EswirdempfohlendieGlassäule(5)aneinemStativzumontieren,welchesesermöglichtsieum180°Gradzudrehen.MitmontierterSäulenverschlusskappe (6)undnachuntenweisendenProbenauslass, ist zuerstetwasQuarzwolleunddanneine2cmhoheQuarzsandschichteinzufüllen(±0,5cm).DanachfolgtdasLagenweise(jeweils5cmSchichten)einfüllen, leichteverdichtenundglättendes Feststoffes. Das restliche Volumen der Säule (5) wird mit Quarzsand aufgefüllt,leichtverdichtetundgeglättet.Anschließend istdieSäulezuverschließenum180°zudrehen und Leitungen zu montieren. Nach der Packung der Säule, beginnt dieAufsättigungdesFeststoffesmitWasser.DasWasserwirdvonuntennachoben indieSäule gedrückt. Die Dauer des Sättigungsvorganges beträgt 2 Stunden, woraus derDurchflussqentsprechendGleichung(6)berechnetwird.

    (6)

    q derDurchflussinMilliliterjeMinuter derInnenradiusderSäuleinZentimeterl die Länge des mit dem zu untersuchenden Feststoff befüllten

    SäulenabschnittesinZentimetern derPorenanteil (bzw.diePorosität)des zuuntersuchendenFeststoffs in

    derSäule,dimensionslost dieSättigungsdauer (2h)bzw.KontaktzeitwährendderElution (5h) in

    StundenAls letzter Schritt ist die Perkolation durchzuführen. Sie beginnt genau nach derAufsättigungundbeträgt5 Stunden.DieAbweichungdesDurchflussesdarfhöchstens10% betragen. Das Eluat ist zu entnehmen wenn das gewünschte Wasser/Feststoff(W/F)Verhältniserreichtist.BerechnetwerdenDurchfluss,Wasser/Feststoffverhältnisund die Kontaktzeit. Die gesamt Eluat‐Menge bis zum W/F‐Verhältnis 2,0 wirdaufgefangenundmitdeneinzelnenFraktionenverglichen.

    7. FortschritteDer Ansatz der selektiven Zerkleinerung konnte auch für das Projekt Recycling vonMetall‐Kunststoffverbunden und Hybridwerkstoffen genutzt werden. Hier ist in derZusammenarbeit mit der von Herrn Dr. Schlummer (Fraunhofer IVV) geleitetenProjektgruppe die Machbarkeit der Anreicherung von Galvanikschichtmaterial imFeinkorn während der Zerkleinerung von verchromten ABS Ausschussteilen gezeigtworden. Dieser viel versprechende Ansatz soll zur Rückgewinnung des ABSMatrixmaterials und Abtrennung der Galvanikschichtbestandteile weiter verfolgtwerden. Untersuchungen zum Verhalten des feinzerkleinerten Bauschutts inExtraktionslösungenwerdenaktuellmitdemvonHerrnProf.Zollfrank (TUMünchen)und Herrn Prof. Kunz (Uni Regensburg) geleiteten Projekts „Neuartige biogene

  • 25

    Hybridpolymere aus Cellulose und Chitin“ sowie dem von Herrn Prof. König (UniRegensburg) geleiteten Projekts „Niedrig schmelzende Zucker‐Harnstoff Gemische zurExtraktionvonMetallenundanderenWertstoffen“durchgeführt.In einem Workshop am 16.07.14 in Nürnberg mit Teilnehmern aus dem VerbandBaustoffrecycling Bayern konnte die Einbeziehung der Teilnehmer, Die Grünen EngelAufbereitungszentrumNürnberg, BGGöhlbau, EZF EntsorgungszentrumFranken, FBRFranken Recycling und Firma Schickert, ins Projekt vereinbart werden. DieQualitätssicherungderRC‐Baustoffprodukteist fürdieMarktakzeptanzenormwichtig.Dabei ist insbesonderedieEinhaltungderZuordnungswertenachLAGAMitteilung20,speziell für Sulfat sicherzustellen.Demwird imweiterenProjektverlauf durchAufbauvon Messtechnik nach den Technischen Regeln (Eluatverfahren) an der TH und derBestimmung von Einflussfaktoren und Erarbeitung von Lösungsansätzen Rechnunggetragen.DesWeiterenwurdedasProjektaufdem10thEuropeanCongressofChemicalEngineeringinNizza/FrankreichimSeptmeber2015vorgestellt.

    8. ErgebnisseundAnwendbarkeitNachfolgend werden alle im Projekt erzielten, relevanten Ergebnisse dargestellt undihrepraktischeAnwendbarkeiterläutert.FernerwirdindiesemZusammenhangaufdieUnternehmenskooperationimProjekteingegangen.

    8.1. Schadstoffanalyse–SulfatwerteIn diesem Abschnitt werden die, auf Grundlage der erläuterten Normen, ermitteltenSulfatwertederBaustoffe:Kalksandstein,PorenbetonundMauerziegeldargestellt.DieModellbaustoffe wurden wie beschrieben verputzt und unverputzt durch selektiveZerkleinerungindieFraktionen:>0,71mm,>0,56mm,>0,224mmund<0,224mmaufgeteilt und mittels zweier Elutionsverfahren auf ihre Sulfatwerte hin untersucht.Aufgrund der Vielzahl und der damit verbundenen zeitlichen Dauer der Messungenwurden zu jedemMesspunktnurEinzelmessungendurchgeführt.UmbeideVerfahrender normgerechten Eluaterzeugung vergleichen zu können, wurde zusätzlich eineElementaranalyse der Baustoffe durchgeführt. Der Wert des Sulfatgehalts wurde ausdem Schwefelgehalt der Analyse hochgerechnet. Die Elementaranalyse wurde vomProjektpartnerFraunhoferICTdurchgeführt.DieErgebnissesindimAnhangenthalten.DieSulfatwertederElementaranalysewurdenmittelsdes,imVersuchgleichbleibendenWasser‐Feststoffverhältnisses bei der Elution in Masse‐Sulfat pro Volumen Eluatumgerechnet und sind in den nachfolgenden Abbildungen jeweils als Grenzwerteenthalten.Die Normenwurden zur besseren Vergleichbarkeit, sowie aufgrund von gewonnenenErkenntnissen,welchenocherläutertwerden,indenUntersuchungenleichtmodifiziert.AlleVeränderungengegenüberderNormsindinTabelle8‐1dargestellt:

  • 26

    Tabelle8‐1:VeränderungeninderderDurchführungderElutionimVersuchgegenüberderVorschriftenderNorm.DarstellungderVeränderungeninderrechtenSpaltegegenüberderNormvorschrifteninderLinken.

    DIN38414 Anwendung/Umsetzung

    Teilprobe unverändert bis 10 mmKorngröße,zerkleinertbeiüber10mm

    Selektive Zerkleinerung desMaterials in5Fraktionen:>1mm, >0,71mm, >0,56mm,>0,224mm,<0,224mm

    Probennahmenach24h Probennahmenach1,5,8,24h.Danachalle 24 h bis SulfatkonzentrationunterhalbMessgenauigkeit

    DIN19528 Anwendung/Umsetzung

    Teilprobe unverändert bis 32 mmKorngröße,zerkleinertbeiüber32mm

    Selektive Zerkleinerung desMaterials in5Fraktionen:>1mm,>0,71mm,>0,56mm,>0,224mm,

  • 27

    Abbildung 8‐1:Darstellung der gemessenen Sulfationenkonzentration im Eluat bei derUntersuchung vonPorenbeton mit Putz im Überkopfschüttler über dem benötigten Eluatvolumen zum Messzeitpunkt.AbbildungdereinzelnenSiebfraktionen(<0,224mm,>0,224mm,>0,56mm,>0,71mm),sowiedermittelsElementaranalysebestimmten„Grenzwerte“desSulfatgehalts.

    Wie in der Abbildung zu erkennen ist, ist in den Fraktionen mit den größerenPartikeldurchmessern (> 0,71 mm, > 0,56 mm und > 0,224 mm) jeweils ab einemauswaschenmitetwa8 lEluat imVersuchnachDIN38414 „Überkopfschüttler“keineÄnderung der Sulfatkonzentration mehr festzustellen. In der Feinkornfraktion(<0,224mm) sind hingegen etwa 15 l Eluat zum auswaschen des Sulfats notwendig.Betrachtet man ferner die beiden, mittels Elementaranalyse bestimmten Grenzwerte,des in der Gesamtprobe enthaltenen Sulfats („Grenzwert_Sulfat“) und des ebenfallsanalysiertenSulfatgehaltsinderkleinstenFraktion(„Grenzwert_Sulfat_Boden“),sofälltauf,dasssichder fürdiekleinsteFeinkornfraktiongefundeneWertgenaudazwischenbefindet.Diesbedeutet,dass,wievermutet,einedeutlicheAnreicherungdesSulfats inder Feinkornfraktion stattfindet. Insgesamt konnten im Versuch 20,008 g/l aus derkleinsten Fraktion des Porenbetons mit Putz herausgelöst werden. Der mittelsElementaranalyseermittelteSulfatwertfürdieseFraktionliegthingegenbei23,263g/l.Dies lässtvermuten,dass sichnichtdasGesamte, imBaustoff gebundeneSulfatdurchAuswaschen in das Eluat überführen lässt und ein geringer Teil des Schadstoffesunlösbar im Baustoff verbleibt. Jedoch wurde der Wert des im Gesamten, nichtfraktionierten Baustoff erhaltenen Sulfats („Grenzwert_Sulfat“) mit 20,008 g/lgegenüber14,162g/ldeutlichüberschritten.BetrachtetmandierestlichenFraktionen,

    0

    5

    10

    15

    20

    25

    0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

    Sulfa

    t‐Ione

    n / g/l 

    Eluatvolumen / l 

     0,224

    > 0,56

    > 0,71

    Grenzwert_Sulfat

    Grenzwert_Sulfat_Boden

  • 28

    so stellten sich bei diesen im Versuch durchweg gegenüber dem Erwartungswert(„Grenzwert_Sulfat“)geringereSulfatwerteein.FürdieFraktion>0,224mmbetrugderEndwertderSulfatkonzentration9,986g/l,für>0,56mm6,664g/lundfürdiegrößteFraktion mit einer Partikelgröße zwischen 0,71mm und 1mm 4,682 g/l. Dies zeigtdeutlich, dass eine Anreicherung des Sulfats bei verputztem Porenbeton über dieschwindendeKorngrößeindenFraktionenstattfindet.Die so gewonnen Daten können mit denen aus dem Messverfahren nach DIN 19528„Perkolation“verglichenwerden:

    Abbildung 8‐2:Darstellung der gemessenen Sulfationenkonzentration im Eluat bei derUntersuchung vonPorenbetonmit Putz in den Perkolationssäulen über dem benötigten Eluatvolumen zumMesszeitpunkt.AbbildungdereinzelnenSiebfraktionen(<0,224mm,>0,224mm,>0,56mm,>0,71mm),sowiedermittelsElementaranalysebestimmten„Grenzwerte“desSulfatgehalts.

    VergleichtmanAbbildung8‐1mitAbbildung8‐2fälltauf,dassmittelsderPerkolationähnlich viel Sulfat aus den Baustoffen gelöst und ins Eluat überführt werden kann,jedoch hierfür deutlichmehr Eluatvolumen notwendig ist. Bei den Fraktionen größer0,224 mm Partikeldurchmesser und mehr unterscheidet sich das notwendigeEluatvolumenmit etwa11l gegenüber8l imÜberkopfschüttlernurmarginal. FürdiesulfatreicheFeinfraktion(<0,224mm)istdasnotwendigeEluatvolumenmitetwa61lgegenüber 20l aus dem Versuch Überkopfschüttler um den Faktor 3 erhöht. Dies istvermutlichdurchdieschlechtereDurchmischunginderstatischenSäulegegenüberdemintensiven Kontakt der Probemit dem Eluat im Überkopfschüttler bedingt. Sollte einAuswaschen des Sulfats zur Reduzierung des Sulfatgehalts in Recyclingbaustoffen

    0

    5

    10

    15

    20

    25

    0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65

    Sulfa

    t‐Ione

    n / g/l 

    Eluatvolumen / l 

     0,224

    > 0,56

    > 0,71

    Grenzwert_Sulfat

    Grenzwert_Sulfat_Boden

  • 29

    angestrebtwerden, sowäreeineMethodemit intensivemLösemittelkontakt, imSinnedes geringen Lösemittelverbrauchs vorzuziehen. Alternativ wäre in solch einemVerfahren eine Eluatrückführung zur optimalen Nutzung des Lösemittels denkbar.Aufgrund der unterschiedlichen Intervalle der Probenahme, welche in Tabelle 8‐1dargestellt sind, ergibt sich jedoch eine ähnliche Gesamtversuchsdauer für beideVerfahren. Diese betrug für den Versuch im Überkopfschüttler 288h und diePerkolation256h.DieDarstellungderbeidenVersucheüberdieVersuchsdauer ist imAnhangenthalten.ImFolgendensinddiegemessenenWertefürPorenbetonohnePutzdargestellt.

    Abbildung 8‐3:Darstellung der gemessenen Sulfationenkonzentration im Eluat bei derUntersuchung vonPorenbeton ohne Putz im Überkopfschüttler über dem benötigten Eluatvolumen zum Messzeitpunkt.AbbildungdereinzelnenSiebfraktionen(<0,224mm,>0,224mm,>0,56mm,>0,71mm),sowiedermittelsElementaranalysebestimmten„Grenzwerte“desSulfatgehalts.

    WieinobigerDarstellungzuerkennenist,trittbeisortenreinemPorenbeton,ohnedenHauptsulfatträger Gips ebenfalls eine Anreicherung des Sulfats in denFeinkornfraktionen auf. Vergleicht man die hier dargestellten Werten mit denen ausAbbildung 8‐1 (Porenbeton mit Putz im Überkopfschüttler), so sind dieseerwartungsgemäß aufgrund des fehlenden Hauptsulfatträgers deutlich geringer. DerhöchstegemesseneWertbeiPorenbetonmitPutzgegenüberPorenbetonohnePutzistjeweilsinderFeinkornfraktionaufgetretenundbeträgt20,008g/lgegenüber1,282g/l.Der geringste gemessene Wert analog dazu circa 4,682 g/l gegenüber 1,08 g/l. EinemöglicheUrsache,fürdieSulfatanreicherunginderFeinkornfraktionbeisortenreinem

    0

    0,5

    1

    1,5

    2

    2,5

    0 1 2 3 4 5 6

    Sulfa

    t‐Ione

    n / g/l 

    Eluatvolumen / l 

     0,224

    > 0,56

    > 0,71

    Grenzwert_Sulfat

  • 30

    PorenbetonkönntediehöhereOberflächedesFein‐gegenüberdemGrobkornunddiedamitverbundenebessereBenetzungderProbemitLösemittelsein.BetrachtetmandieDifferenzderSulfationenkonzentrationzwischendenMesspunkten füralleFraktionenüberdenVersuchhinweg,sofälltauf,dassdieseannäherndkonstantwar. DafürjedeFraktion jeweils dieselbe Proben‐ und Lösemittelmasse verwendet wurde, wäre zuerwarten, dass aufgrund der höheren Kontaktoberfläche der Feinkornfraktion dasenthaltene Sulfat schneller ausgewaschenwerdenwürde.DieVersuche zeigen jedoch,dass erst beim fünften Messdurchgang (entspricht 5 l Eluatvolumen) das gesamtewasserlösliche Sulfat in allen Fraktionen ausgewaschenwurde. In einem VorversuchwurdefernereineKalksandsteinprobemehrfachzerkleinertundjeweilsmitderselbenMethodeaufdenSulfatgehaltuntersucht.Hierbei konnte festgestelltwerden,dassmitzunehmenderFeinheitdesKornskeineerhöhteSulfatkonzentrationgemessenwerdenkonnte [1]. Es ist daher anzunehmen, dass auch bei sortenreinem Porenbeton einegewisse Anreicherung des Sulfats in den Feinkornfraktionen stattfindet. Dies könntedurch eine Inhomogenität des untersuchtenMaterials verursachtworden sein. Durchdie fraktionierteZerkleinerungkönnteeineAufteilungderverschiedenenBestandteiledes Porenbetons stattgefunden haben. Betrachtet man jedoch den, mittelsElementaranalyseermitteltenErwartungs‐bzw.GrenzwertdesSulfatsimuntersuchtenPorenbeton, so ist dieser deutlich höher als der im Eluat gemesseneWert. Dies lässtdarauf schließen, dass nicht das Gesamte Sulfat im Baustoff durch Auswaschen mitWasser gelöst werden kann. Folgende Abbildung zeigt die mittels PerkolationermitteltenSulfatwerte:

  • 31

    Abbildung 8‐4:Darstellung der gemessenen Sulfationenkonzentration im Eluat bei derUntersuchung vonPorenbeton ohnePutz in denPerkolationssäulen über dem benötigten Eluatvolumen zumMesszeitpunkt.AbbildungdereinzelnenSiebfraktionen(<0,224mm,>0,224mm,>0,56mm,>0,71mm),sowiedermittelsElementaranalysebestimmten„Grenzwerte“desSulfatgehalts.

    VergleichtmandiehiergezeigtenWertemitdenenausAbbildung8‐3fälltauf,dasauchbei der Perkolation eine Anreicherung des Sulfats in den Feinfraktionenmessbar ist.Lediglich dieWerte für die Fraktionmit einer Korngröße >0,71mm sind größer, alserwartet. Bei dieser Messung war der Pumpendurchlauf durch technische Problemedeutlichverringert,waseineerhöhteMesszeitunddamiteine längereKontaktzeitdesLösemittels mit den Porenbeton Proben bedeutet. Ferner trat, aufgrund vonUndichtigkeiten inderPerkolationssäule (AufbausieheAbbildung6‐10),währendderMessung Eluat aus, was einen Probenverlust zur Folge hatte. Dies könnte eineVerzerrung der Messwerte gegenüber dem tatsächlichen Sulfatwert in der Fraktionbedeuten.Beim Mauerziegelbruch mit Putz konnte im Überkopfschüttler erneut eine deutlicheAnreicherung des Sulfats in der Feinkornfraktion festgestellt werden. So betrug derSulfatwertinderFeinstfraktion(<0,224mm)zumEndederMessung6,124g/l.DamitliegtdasErgebnissowohlüberdemderElementaranalyse(3,385g/l)alsauchdeutlichüberdemdernächstgrößerenFraktion(>0,224mm)mit3,322g/l.BeiderPerkolationkonnte der Grenzwert aus der Elementaranalyse nicht erreichtwerden. Es fand zwarebenfallseinedeutlicheAnreicherungdesSulfatsmitabnehmenderKorngröße indenFraktionenstatt,derEndwertderFeinstkornfraktionbetrugjedochnur3,603g/l.

    0

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    0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4

    Sulfa

    t‐Ione

    n / g/l 

    Eluatvolumen / l 

     0,224

    > 0,56

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    Grenzwert_Sulfat

  • 32

    FürMauerziegelbruch ohnePutzkonnte ebenfalls eineAnreicherungdes Sulfats beimÜberkopfschüttler in der kleinsten Fraktion beobachtet werden. BeimPerkolationsversuch konnte hingegen keine eindeutige Verteilung des Sulfats in denFraktionen desMauerziegelbruchs festgestellt werden. Einemögliche Ursache könntehier die schlechtere Durchmischung der Probe mit dem Eluent, gegenüber demSchüttelverfahren sein. Generell enthielten die untersuchten Ziegelbruchprobendeutlichweniger Sulfat.Dies liegt zumeinendaran, dass sowohlderMauerziegel lautdenErgebnissenderElementaranalysewenigerSulfatenthält(Porenbeton19,17mg/ggegenüberZiegelbruchmit6,95mg/g),alsauchanderanteilighöherenPutzschichtaufdenBaustoffen.DiePutzschichthattebeimverputztenPorenbetoneinenMassenanteilvon28,56%,beimZiegelbruchjedochnur7,36%.DiesliegtvorallemandergeringenDichte des Porenbetons. Kalksandstein enthielt am wenigsten Sulfat im Baustoff, mit0,69mg/glautElementaranalyse,alsauchaufgrundseinerhohenDichtedengeringstenPutzanteil mit 3,27 Ma%. Entsprechend waren auch die mittels Elution gemessenenWert hier am geringsten. Sowohl im Überkopfschüttler, als auch in der Perkolationkonnte für Kalksandstein mit Putz eine Anreicherung des Sulfats in dieFeinkornfraktionen festgestellt werden. Da jedoch der Sulfatgehalt im Kalksandsteinsehr gering ist, enthielten alle putzhaltigen Fraktionen mehr Sulfat, als für dassortenreine Material mittels Elementaranalyse ermittelt wurde. DieSulfatkonzentrationen beider Verfahren unterschieden sich in den Fraktionen jedochnurgeringvoneinander.DieSulfatwert‐BestimmungdesunverputztenMaterialserwiessich indes aufgrund des geringen Sulfatanteils als schwer. Alle Messergebnisse vonKalksandsteinundMauerziegelbruchsindinDiagrammformimAnhangenthalten.Zur besseren Übersicht sind alle Endwerte der Sulfatmessungen nachfolgend in derTabelleaufgelistet:

  • 33

    Tabelle8‐2:ZusammenfassungundVergleichderbestimmtenAnalysewertedesSulfatgehalts ing/l fürdieBaustoffe Kalksandstein, Ziegelbruch und Porenbeton. Alle Probenwurden verputzt und unverputzt imÜberkopfschüttler(SV)undmittelsPerkolation(PK)untersucht.DarstellungderEndwerte jedesVersuchs,bei dem kein Sulfatmehr aus den Proben gelöstwurde. Auflistung über alle Korngrößenfraktionen undVergleichderWertemitdenenausderElementarnalyse.

    Vergleicht man die oben dargestellten Werte mit denen, aus der Mitteilung 20, derLänderarbeitsgemeinschaft Abfall (LAGA), welche in leicht aktualisierter Form inBayern gilt, so sind die Messwerte meist deutlich über den Grenzwerten. Je nachZuordnungswertbetragendieseinderMitteilungzwischen50mg/l(Z0)und150mg/l(Z2)bis600mg/l(inAusnahmefälleninZ2).[15]EineÜbersichtüberdieverschiedenenZuordnungswerteliefertfolgendeAbbildung:

    Abbildung8‐5:ZusammenhangzwischenZuordnungswertundEinbauklasseinderLAGAM20.[10]

    SV PK SV PK SV PK SV PK SV PK SV PK

    < 0,224 mm 4,678 4,694 0,048 0,058 6,124 3,603 0,406 0,296 20,008 21,154 1,282 1,438

    > 0,224 mm 3,852 3,626 0,056 0,060 3,322 2,224 0,316 0,368 9,986 9,950 1,152 1,342

    > 0,56 mm 3,086 2,808 0,068 - 1,692 1,292 0,308 0,308 6,664 5,768 1,136 1,224

    > 0,71 mm 2,560 - 0,066 - 1,556 0,944 0,318 0,416 4,628 4,862 1,080 1,452

    Elemen-tar-

    analyse

    Porenbetonmit Putz ohne Putz

    Partikel-größen-fraktion

    1,472 0,070 14,162 1,9203,849 0,695

    Kalksandsteinmit Putz ohne Putz

    Ziegelbruchmit Putz ohne Putz

  • 34

    Betrachtet man nun die Sulfatwerte aus Tabelle 8‐2 wird ersichtlich, dass lediglichunverputzterKalksandsteineinemeingeschränktenEinbaunachZ1.2zugeführtwerdendarf. Hierzu ist jedoch zu erwähnen, dass die Messungen gegenüber dem genormtenMessverfahren (Tabelle 8‐1) so verändert wurden, dass möglichst das Gesamte imBaustoff enthaltene Sulfat gemessenwerdenkann. Ziel derUntersuchungwar es eineBewertungsgrundlagehinsichtlichderLeistungsfähigkeitderbeidenMessverfahrenundder Umweltgefährdung beim Recycling von Baustoffen zu schaffen. Die Ergebnissezeigen, welche der drei typischen Baustoffe im Hochbau welche Sulfatbelastunginnehalten und wie verlässlich die mittels Perkolation und Überkopfschüttler, alstypischePrüfverfahren,gewonnenenDatensind.

    8.2. HerstellungvonZiegelbruch‐Keramik‐AgglomeratenBei der Herstellung der Ziegelbruch‐Keramik‐Agglomerate wurde eine Partikelgrößevonx90,3<100µmangestrebt.Hierbeikonnten inVorversuchendiebestenErgebnissederAgglomerationerzieltwerden.FürdieungebrannteKeramikwurdederangestrebtePartikelgrößenbereichbereitsmitderZerkleinerunginderHammermühleerreicht.FürdenZiegelbruchwareineNachzerkleinerunginderBondmühlenotwendig.DiemittelsLaserbeugung gemessenen Partikelgrößen nach der Zerkleinerung sind im Anhangdargestellt.Bei derAufbauagglomeration imTeller konntenkeine gutenResultate erzieltwerden.Für den Einsatz der Granulate im Hochbau, als Zuschlagstoff für Leichtbeton, zurWärmedämmung, für den Schallschutz oder auch als Trägermaterial fürPflanzennährstoffe ist ein Durchmesser von 4 bis 8mm ideal. Bei der AgglomerationmittelsTellerwurdejedocheinebreiteGrößenverteilungmitAgglomeratenvonbiszu4cm Größe erreicht. Das Verfahren konnte daher zur Granulaterzeugungausgeschlossenwerden.Eszeigtesichjedochbereitshier,dassderProzesssehrsensibelauf das Wasser‐/Feststoff‐Verhältnis reagiert. Mit der bestehenden Anlage konntejedochwederderFeststoffMassenstrommittelsVibrationsrinne,nochderWasserstrommittels Einstoff‐Düse ausreichend genau eingestellt werden um gute Resultate zuerzielen.FolgendeAbbildungzeigt,diemittelsAufbauagglomerationimTellererzeugtenAgglomerate:

  • 35

    Abbildung8‐6:AgglomerateausreinemPorzellanpulver,hergestelltmittelAufbauagglomerationimTeller.

    Die Herstellung der Agglomerate erfolgte deshalb im Eirich‐Intensivmischer. Hierkonnten 10 verschiedene Granulate verschiedener Keramik‐ZiegelbruchZusammensetzunghergestelltwerden. FolgendeTabelle gibt einenÜberblicküberdieHergestelltenAgglomerate:Tabelle8‐3:Übersichtstabelleüberdie im IntensivmischerhergestelltenAgglomerate inklusiveermittelterFeuchtigkeitsgehaltenachdemAgglomerierenunddermittelsCamsizergemessenenDurchmesser.

    Porzellan/Ziegel‐

    Mischung

    0/100 10/90 20/80 30/70 40/60 50/50 60/40 70/30 80/20 90/10

    MassenanteilWasser/%

    19,92 21,16 20,83 21,20 21,15 20,81 19,76 20,38 20,67 21,09

    x10,3/mm 3,070 4,815 5,065 4,866 4,070 2,917 2,754 2,833 2,971 2,908

    x90,3/mm 6,892 7,508 8,606 8,622 9,862 6,615 7,087 8,198 8,049 8,524

    Die Herstellung von Agglomeraten aus reinem Keramikpulver war nicht möglich.Aufgrund des scherverdickenden Verhaltens der Keramik‐Wasser‐Mischung(Massenanteil Wasser ähnlich der Agglomerate in obiger Tabelle) kam es zuBeschädigungendesRührersimEirich‐Intensivmischer.FernerbliebendieAgglomerateaufgrund des rheologischen Verhaltens nur unter mechanischer BeanspruchungFormstabilundzerflossenanschließend.AusdenübrigenKeramik‐Ziegel‐MischungenkonntenAgglomeratehergestelltwerden.FolgendeAbbildungzeigteinigedererzeugtenGranulate:

  • 36

    Abbildung8‐7:AbbildungeinigermittelsIntensivmischerhergestelltenAgglomerate,nachdemTrocknenbei105°C im Trockenschrank. Massenanteil Keramik/Ziegelbruch in Prozent von links nach rechts: 90/10,80/20,70/30,60/40,50/50.

    Um Aussagen über den Abrieb der erzeugten Granulate beim Transport, sowie zuerwartender Beschädigungen durch die thermische Härtung der Agglomerate zuerhalten,wurdendiesesowohlvorderLieferungzumProjektpartner imungehärtetenZustand,alsauchnachderRücklieferungimCamsizeranalysiert.FolgendeTabellezeigtdieErgebnissederMessungderPartikeldurchmesser:Tabelle 8‐4: Vergleich der Partikelgröße der erzeugten Agglomerate vor und nach dem Transport undBrennenbei900°C.

    Porzellan/Ziegel‐

    Mischung

    20/80

    ungebrannt

    20/80

    gebrannt

    40/60

    ungebrannt

    40/60

    gebrannt

    20/80

    Abweichung/%

    40/60

    Abweichung/%

    x10,3/mm 5,065 4,470 4,070 4,238 13 4

    x90,3/mm 8,606 7,868 9,862 9,249 9 7

    Wie zu erkennen ist, änderte sich die Partikelgröße der gehärteten Agglomerategegenüber den Grünkörpern bei den hier gezeigten Proben kaum. Dies konnte auchoptischbeiderBegutachtungderProbenbeobachtetwerden.FürdenProzessbedeutetdies,dassdieGrünkörperbereitsnachdemAgglomerierenausreichendfestsind,umineinem Nachgeschalteten Härtungsvorgang verwendet werden zu können. Mit einemallzu großen Verlust ist also selbst bei einem örtlich getrennten Agglomerier‐ undBrennprozess nicht zu rechnen. Die Beobachtete Änderung der Partikelgröße istgrößtenteils durch denWasserverlust im Brennprozess bedingt. Bei der Analyse derrestlichenProbenwarenähnlicheVeränderungenderPartikelgrößezubeobachten.Um diemechanischen Eigenschaften der erzeugten Agglomerate besser beurteilen zukönnen,wurdenweiterhinDruckfestigkeitsmessungendurchgeführt.Gemessenwurdenje Agglomerate mit einem Partikeldurchmessern von etwa 4mm unterschiedlicherKeramik‐/Ziegel‐Zusammensetzung, sowohl im ungebrannten Zustand, nach dem

  • 37

    Brennenbei900°CimTunnelofenundnachderhydrothermalenHärtung(Haltezeit90und240Minuten).

    Abbildung8‐8:DarstellungderDruckfestigkeitüberderdenZiegelmassenanteildererzeugtenAgglomerate.Werte der ungebrannten Granulate als Dreiecke (Dunkelgrau), der bei 900 °C gebrannten als Vierecke(Hellgrau),derhydrothermalGehärtetenbei90MinutenHaltezeitalsKreis(Hellbraun)undbei240MinutenHaltezeitalsRaute(Dunkebraun).

    Die geringsteDruckfestigkeit konnte bei allen Zusammensetzungen erwartungsgemäßbei den ungebrannten Agglomeraten beobachtetwerden. Bei hohen Ziegelanteilen istdiegewünschte,hoheDruckfestigkeitvorallembeidenProbenausderhydrothermalenHärtung zu erkennen. Für geringe Ziegelanteile zeigten hingegen die bei 900 °Cgebrannten Granulate die höchste Druckfestigkeit. Ist also ein hoher Anteil anZiegelbruch fürdenRecyclingprozessvorgesehen, so ist eineHärtungderGrünkörperfür den späteren Einsatz als Schüttung von Vorteil. Für Anwendungen mit hohenKeramikanteilen(90Ma%undmehr)ist jedochein, inderKeramikindustrietypischesVerfahren, wie das Brennen (hier bei 900°C) für möglichst feste Agglomerate vonVorteil. Ferner kann beobachtet werden, dass mit höherem Ziegelanteil in dengehärteten Proben höhere Druckfestigkeiten erreicht werden. Bei den ungehärtetenProben nimmt die Druckfestigkeit der Agglomerate jedoch für reinen Ziegelbruchgegenüber demHybridwertstoffmit 90%Massenanteil an Ziegel ab. Generell ist einhoherZiegelanteilindenAgglomeratenalsovonVorteil.DieAbnahmederFestigkeitbeiungebrannten Agglomeraten mit reinem Ziegelbruch kann durch die größere

    0

    2

    4

    6

    8

    10

    12

    0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

    Druckfestig

    keit / Nmm

    ‐2 

    wZiegel / % 

  • 38

    PartikelgrößedesZiegelpulvers gegenüberdemKeramikpulverbedingt sein.Es ist zuvermuten,dasssichbeiderMischungvonZiegel‐undKeramikpulvereindichteresunddamitfesteresAgglomeratdurchdieunterschiedlichenPartikelgrößenderbeidenStoffeausbildet.Die erzeugten Agglomerate unterschiedlicher Zusammensetzung wurden in einemVorversuchbei900°C,1170°Cund1400°Cgebrannt.BeihöherenBrenntemperaturenverflüssigten sich die Agglomerate jedoch, was vermutlich durch den enthaltenenZiegelbruch bedingt war. Lediglich bei der Probe mit einem Keramikanteil von 90%konnten feste Granulate erzeugt werden. Aus diesem Grund wurde eineBrenntemperaturvon900°CfürdieVersuchefestgelegt.

    Abbildung8‐9:GebrannteAgglomerateausKeramik‐undZiegelbruch.AbbildungderZusammensetzungenmit von links nach rechts zunehmendem Keramikanteil. Von rechts: 90 %, 80%, 70%, 60%, 50 %MassenanteilKeramikbruch,reinerZiegelbruch.AbnahmederBrenntemperaturvonobennachunten.Vonoben:1400°CimTunnelofen,1170°CimDrehrohrofen,900°CimGlühofen.

    Die Druckfestigkeit der 90/10 Porzellan/Ziegel Mischung konnte dennoch auf dieDruckfestigkeit, in Abhängigkeit von der Brenntemperatur untersucht werden. DieAgglomerate bei einer Brenntemperatur von 900°C hatten dabei eineDruckfestigkeitvon4,08N/mm,bei1170°CeineDruckfestigkeitvon33,79N/mmundbei1400°CeineDruckfestigkeitvon198,91N/mm.VergleichtmandieseWertemitdenenausAbbildung8‐8,fälltauf,dassdieDruckfestigkeitbei1170°Cund1400°CdeutlichüberdenWertenbei900°C liegt.SollalsoeinAgglomeratmithohemKeramikanteilhergestelltwerden,ist unbedingt die richtige Brenntemperatur zuwählen. Diese sollte abhängig von dergewünschten Zusammensetzung gewählt werden. Bei der untersuchtenZusammensetzungvon90/10MassenanteilKeramik/ZiegelbruchistdemnacheineumetwadenFaktor50größereDruckfestigkeitfeststellbar.Unter dem REM wurde die Oberfläche der 90/10 Massenanteil Porzellan/Ziegel‐Mischung nach dem Brennen bei den drei verschiedenen Temperaturen (900°C,1170°Cund1400°C)untersucht.Außerdemwurdendieungebranntenundbei105°CgetrocknetenAgglomeratebetrachtet:

  • 39

    90/10Porzellan/Ziegel‐Mischungungebrannt,200‐fachvergrößert

    90/10Porzellan/Ziegel‐Mischung900°C,200‐fachvergrößert

    90/10Porzellan/Ziegel‐Mischung1170°C,200‐fachvergrößert

    90/10Porzellan/Ziegel‐Mischung1400°C,200‐fachvergrößert

    Abbildung 8‐10: Rasterelektronenmikroskop Aufnahmen der Agglomeratemit 90/10 Porzellan/Ziegel Mischung beiunterschiedlichenBrenntemperaturen,sowiealsungebrannteGrünkörper

  • 40

    Hierbei sind keine Unterschiede der Oberfläche zwischen den ungebrannten und bei900 °C im Glühofen gebrannten Agglomeraten zu erkennen. Die Oberfläche ist beibeiden Proben nicht glatt und besteht ausschließlich aus einzelnen agglomeriertenPartikeln,dahersindteilweiseAufladungenderProbe,alsBildartefaktezubeobachten.Bei 1170°C ist bereits eine Matrix entstanden. Es sind weniger einzelne Partikel zuerkennen.Bei1400°CbestehtdasAgglomeratbereitsvollständigauseinerTonMatrix.Auch einzelne Partikel die noch zu erkennen sind, sind fest in diese Matrix gebettet.AußerdemkönnenMullit‐NadelnunterdemREMbeobachtetwerden.Die Agglomerate unter dem Lichtmikroskop bei 50‐facher Vergrößerung lassen dieunterschiedlicheZusammensetzungerkennen:

    Abbildung8‐11:AufnahmenmitdemLichtmikroskop,links10/90Porzellan/Ziegel‐Mischung900°C50‐fachvergrößert,rechts90/10Porzellan/Ziegel‐Mischung900°C50‐fachvergrößert

    DieFarbederAgglomeratemithohemPorzellananteilwirdvorallemdurchdieweißenPulver Kaolin und Feldspat bestimmt. Die Quarzkristalle sind transparent undreflektieren daher das Licht im Mikroskop. Die rote Färbung beziehungsweise dierostbraunenFleckenentstehendurchdieFe2O3‐haltigenTonmineraledesZiegels.Um den Massenverlust beim Brennen der Partikel genauer zu untersuchen wurdenthermogravimetrische Analysen durchgeführt. Diese sind in Folgender Abbildungdargestellt:

  • 41

    Abbildung 8‐12: Darstellung des Massenanteils w in Prozent über die Temperatur bei derthermogravimetrischenAnalysederungebranntenAgglomerate, reinerZiegelmischung (hellbraun), reinerKeramik(Dunkelgrau)undeiner50/50Porzellan/ZiegelMischung.

    Für das reine Porzellanpulver wurde ein Massenverlust von 2,6% und bei reinemZiegelpulver von 8,3% gemessen. Dazwischen liegt der Masseverlust von 3,9% der50/50Porzellan/ZiegelMischung.MitzunehmendemZiegelgehaltsteigtsomitauchdieAbnahmederMassebis1000°C.DerMasseverlustvonPorzellanverhältsichsehrlinearund lässt sich ausschließlich auf geringe Mengen austretendesWasser zurückführen.Der Masseverlust der Ziegelproben lässt sich im Anfangsbereich bis etwa 200°C aufentweichendesHüllen‐ und Porenwasser der Tonminerale zurückführen. Der größereSprungzwischen600°Cund750°C lässtsichdurchdasAustretenvonKristallwasserder Tonminerale begründen. Eine Messung bis 1400 °C war mit dem verfügbarenMessgerät nicht möglich. Hiermit hätten die Effekte, welche beim Schmelzen desStoffgemisches,bzw.desenthaltenenZiegelsauftretenuntersuchtwerdenkönnen.DadieAgglomerateauchalsMaterialienzurWärmedämmungeingesetztwerdensollen,wurde die Wärmeleitfähigkeit λ einiger Agglomerate bestimmt. Um bestimmen zukönnen, wie sich ein hoher Keramik‐ oder Ziegelanteil auf dieWärmedämmeigenschaften der Agglomerate auswirkt, wurden 10/90 und 90/10Porzellan‐/Ziegel‐Massenanteil Agglomerate gemessen, dasMittel aus dreiMessungengebildet und nach DIN EN 12667 für diemittlere Prüftemperatur (25°C) angegeben.[14]

    91

    92

    93

    94

    95

    96

    97

    98

    99

    100

    101

    30 110 190 270 350 430 510 590 670 750 830 910 990

    Massena

    nteil w

     / % 

    Temperatur λ / °C 

  • 42

    InTabelle8‐5sinddieWärmeleitfähigkeitendereinzelnenMessungendargestellt.DieentsprechendenMessprotokollesindimAnhangdargestellt.Tabelle 8‐5: Auflistung der gemessenen Wärmeleitfähigkeiten λ der Agglomerate unterschiedlicherZusammensetzungbei25°CunddesBlindwertsohneAgglomeratesowiedeserrechnetenMittelwerts.

    Probe 10/90Porzellan/Ziegel‐Mischung 90/10Porzellan/Ziegel‐Mischung Blindwert

    Messung1λ25/Wm‐1K‐1

    0,145 0,126 0,145

    Messung2λ25/Wm‐1K‐1

    0,147 0,127 0,148Messung3λ25/Wm‐1K‐1

    0,147 0,127 0,149Mittelwertλ25/Wm‐1K‐1

    0,146 0,127 0,147UmdengenauenWertderWärmeleitfähigkeitzuermitteln,müssendieSchüttungenumdenBlindwertbereinigtwerden.InletzteremsinddieWärmeleitzahlderAdhäsionsfolieund der Luft imAufbau enthalten.Wie zu erkennen ist,wurde für den Blindwert einhöhere Wärmeleitzahl, als für die Schüttungen gemessen. Hierbei ist ein Messfehleraufgetreten,weshalbdieWertederSchüttungenwiegemessenangegebenwerden.EineWiederholung der Messung war nicht möglich. Der erwartete Wert des Blindwertessollte etwas über dem Wärmeleitfähigkeitswert der Luft liegen, da die dünneAdhäsionsfolie dieWärmeleitfähigkeit nur geringfügig erhöht. DieWärmeleitfähigkeitderLuftbei25°Cbeträgt0,026Wm‐1K‐1.[18]DieWärmeleitfähigkeitλ25der10/90Porzellan/Ziegel‐Mischungbeträgt0,146Wm‐1K‐1und die der 90/10 Mischung 0,127Wm‐1K‐1. Es ist zu erkennen, dass die Probe mithöherem Ziegelanteil einen um 0,019 Wm‐1K‐1 höheren Wärmeleitfähigkeitswertbesitzt.Diesbedeutet,dassdurchdenEinsatzvonKeramikinAgglomerat‐SchüttungeneinebessereWärmedämmungerreichtwerdenkann.InderLiteraturwirdeintypischerHochloch‐ZiegelmiteinemWärmeleitfähigkeitswertvon etwa 0,5Wm‐1K‐1 angegeben [18]. Die Schüttung erreicht hierbeimit 0,146, bzw.0,127Wm‐1K‐1einewesentlichgeringereWärmeleitzahl.Dieszeigt,dassdieerzeugtenAgglomerate als Schüttung im Hochbau aufgrund ihrer guten WärmedämmendenEigenschaftenverwendetwerdenkönnen.

  • 43

    9. ZusammenfassungIm Projekt: „Produktgestaltung mit Sekundärrohstoffen in der Baustoff‐ undKeramikindustrie“konntenerfolgreichneueRecyclingmöglichkeitenfürAbfälleausderKeramik‐undBaustoffindustriegefundenwerden.DieswurdedurchdasHerstellenvonAgglomeraten fürHochbauanwendungenmitporöserStruktur,wieZuschlagstoffe fürLeichtbeton, Materialien zur Wärmedämmung, für den Schallschutz oder auchTrägermaterialfürPflanzennährstoffegeschafft.Die erzeugten Granulatewiesen gute thermische undmechanische Eigenschaften auf.Durch Untersuchungen von Agglomeraten unterschiedlicher Zusammensetzung anKeramik und Ziegelmaterial konnte eine breite Bewertungsgrundlage für den Einsatz,bzw.dasRecyclingderStoffegefundenwerden.DerhierfürnotwendigeGesamtprozess,bestehend aus verschiedenen Zerkleinerungsprozessen, der Agglomeration imIntensivmischer sowieder thermischenStabilisierung,konnte identifiziertundmittelsPartikelcharakterisierungoptimiertwerden.DurchdenVergleicheineskonventionellenBrennverfahrensfürKeramikmitder,inderHerstellung von Kalksandstein üblichen, hydrothermalen Härtung wurden zweigeeigneteVerfahrenzurHärtungderAgglomerategefunden,welche,wiegezeigtwerdenkonnte, abhängig von der Zusammensetzung der Agglomerate spezifische Vor‐, bzw.Nachteile bieten. Auf dieser Grundlage kann abhängig von der Zusammensetzung desAbfallstroms das geeignete Verfahren ausgewählt und aufbauend auf den im ProjektvorgestelltenErgebnissendurchgeführtwerden.Zusammen mit dem Projektpartner Porzellanfabrik Walküre konnte der Einsatz vonZiegelbruch in der Keramikindustrie erprobt und als vielversprechend herausgestelltwerden.DurchdieselektiveZerkleinerungwurdeaußerdemeineMöglichkeitgeschaffen,dasinden typischen Baustoffen Hochlochziegel, Porenbeton und Kalksandstein enthaltene,schädlicheSulfatauszuwaschenoderausdemProzessauszuschleusen.DievorgestelltenSulfatwerte der Baustoffe können Recyclingfirmen eine Auskunft über den zuerwartenden Sulfatgehalt geben. Durch eine Zerkleinerung der Baustoffe, bzw. demEntfernen der enthaltenen Feinfraktionen im Bauschutt kann somit eine deutlicheReduzierungdesSulfatgehaltserreichtwerden.

  • 44

    10. AusblickDas vorliegende Projekt und die Diskussion haben gezeigt, dass mit Recyclingfirmennochweitere,imRecyclingrelevanteSchadstoffediskutiertundintypischenBaustoffenoder mineralischen Bauschutt mit den, an der TH‐Nürnberg bestehenden Anlagengemessenwerdensollten.IndenZuordnungswertenderLAGAMitteilung20,welcheinBayern in leicht abgeändert Form Anwendung findet, sind noch weitere Schadstoffeenthalten,diefüreineSchadstoffanalaysederBaustoffebedeutsamsind.HierwäredasMessenvonbeispielsweisePolycyclischenaromatischenKohlenwasserstoffe(PAK)oderChlorid sinnvoll um für die Schadstoffproblematik im Recycling noch ein weiterespositivesFundamentzuschaffen.Im Bereich des Produktdesigns, als wichtiges Element des Recyclings wären weitereEinsatzzwecke für Recyclingmaterial aus Produktionsausschuss im Baustoffgewerbeoder von Bauabfällen zu eruieren. Denkbar wäre hier neben dem Herstellen vonGranulaten aus Ziegel‐ und Keramikbruch als Zuschlagstoff für Leichtbeton, zurWärmedämmung, für den Schallschutz oder als Trägermaterial für Pflanzennährstoffeauch das Fertigen von Recyclingprodukten für andere Bereiche mit Bedarf anmineralischen oder keramischen Materialien, wie der Fliesenherstellung oder derFertigung von Sanitärkeramik denkbar. Sinnvoll wäre es, einen vorsortierenBaustellenabfall,welcherhauptsächlichausmineralischenBestandteilenbestehtfürdieHerstellungeinesProduktesimBaubereich,wiederZiegelherstellungzuverwenden.Für denEinsatz alsWärmedämmmaterial sindAgglomeratemit poröser Struktur vonVorteil. Hierzu könnte ein Porosiermittel,wie Aluminiumpaste bei der Agglomerationzugegeben werden, welches beim Brennen der Grünkörper Poren in den Granulatenentstehen lässt. Die so entstandenen Hohlräume könnten dieWärmedämmeigenschaftenderAgglomeratenochmalsdeutlichverbessern.Im Projekt konnte ein gießfähiger Schlicker aus dem Hybridwertstoff Keramik‐ undZiegelbruch hergestellt werden. Bei der anschließenden Formgebung und dem damitverbundenen Trocknen kam es jedoch aufgrund des enthaltenen Ziegelbruchs immerwieder zu Problemen, sodass kein stabiles Keramikprodukt entstehen konnte. DieserSchritt ist jedoch essentiell bei der Herstellung von Recyclingkeramik. Hier bestehtdringendweiterer Forschungs‐ und Entwicklungsbedarf. Es könnte beispielsweise einZiegelherstellerindasVorhabenmiteinbezogenwerden,sodassgemeinsammitdiesemeineMöglichkeitzumTrocknenundggf.HärtenderFormteilegefundenwerdenkann.

  • 45

    Literatur[1] Alexander Klotz. 11.02.216. Aufbereitung von mineralischen Sekundärrohstoffen

    durch Zerkleinerung. Abschlussarbeit zur Erlangung des akademischen GradesBachelorof Science (B.Sc.). TechnischeHochschuleNürnberg ‐ Georg SimonOhm,Nürnberg.

    [2] Bauabfälle. https://www.umweltbundesamt.de/daten/abfall‐kreislaufwirtschaft/entsorgung‐verwertung‐ausgewaehlter‐abfallarten/bauabfaelle. Accessed 24November2016.

    [3] BayerischesLandesamtfürStatistikundDatenverarbeitung.2012.EntsorgungvonBauabfälleninBayern2012.StatistischeBerichte.

    [4] Bundesverband Baustoffe – Steine und Erden e.V. Mineralische BauabfälleMonitoring 2008. Bericht zum Aufkommen und zum Verbleib mineralischerBauabfälleimJahr2008.

    [5] Bundesverband Baustoffe – Steine und Erden e.V. Mineralische BauabfälleMonitoring 2012. Bericht zum Aufkommen und zum Verbleib mineralischerBauabfälleimJahr2012,Berlin.

    [6] DINDeutschesInstitutfürNormunge.V.,DINGermanInstituteforStandardization.1984‐10‐00. Deutsche Einheitsverfahren zur Wasser‐, Abwasser‐ undSchlammuntersuchung; Schlamm und Sedimente (Gruppe S); Bestimmung derEluierbarkeitmitWasser(S4).BeuthVerlagGmbH,38414‐4.

    [7] DINDeutschesInstitutfürNormunge.V.,DINGermanInstituteforStandardization.1985‐01‐00. Deutsche Einheitsverfahren zur Wasser‐, Abwasser‐ undSchlammuntersuchung; Anionen (Gruppe D); Bestimmung der Sulfat‐Ionen (D5).BeuthVerlagGmbH,38405‐5.

    [8] DINDeutschesInstitutfürNormunge.V.,DINGermanInstituteforStandardization.2009‐01‐00. Elution von Feststoffen ‐ Perkolationsverfahren zur gemeinsamenUntersuchung des Elutionsverhaltens von anorganischen und organischen Stoffen.BeuthVerlagGmbH,19528.

    [9] Gustav Eirich Maschinenfabrik GmbH & Co. KG. Mischtechnik ‐ Mischer ‐Intensivmischer/EIRICH.http://www.eirich.de/.Accessed20December2016.

    [10]LänderarbeitsgemeinschaftAbfall.2003.MitteilungderLänderarbeitsgemeinschaftAbfall (LAGA) 20. Anforderungen an die stoffliche Verwertung vonmineralischenAbfällen(Nov.2003).

    [11]Landesamt für Statistik ‐ 46Millionen Tonnen Bauabfälle im Jahr 2012 entsorgt.https://www.statistik.bayern.de/presse/archiv/2014/97_2014.php. Accessed 24November2016.

    [12]LUBWLandesanstaltfürUmwelt,MessungenundNaturschutzBaden‐Württemberg.RecyclingbaustoffeinBaden‐Württemberg.

    [13]Micromeritics Instrument Corporation. MultiVolume Pycnometer 1305. http://www.micromeritics.com/Repository/Files/MultiVolume_Pycnometer_1305_Brochure_and_Specifications.pdf. Accessed 3January2017.

    [14]NormenausschussBauwesen(NABau) imDINDeutschesInstitut fürNormunge.V.2001‐05‐00. Wärmetechnisches Verhalten von Baustoffen und Bauprodukten ‐Bestimmung des Wärmedurchlasswiderstandes nach dem Verfahren mit demPlattengerät und dem Wärmestrommessplatten‐Gerät ‐ Produkte mit hohem und

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    mittlerem Wärmedurchlasswiderstand; Deutsche Fassung EN 12667:2001. BeuthVerlagGmbH,DINEN12667(2001‐05‐00).

    [15]Preußer, J. Verfüllung von Gruben, Brüchen und Tagebauen. Leitfaden zu denEckpunktenvom21.06/13.07.2001.

    [16]Schindhelm,S.,Schnell,A.,Hennig,M.,Schwieger,B.,Müller,A.,andTeipel,U.2012.Aufbereitung von sekundären Baurohstoffen durch Agglomeration. ChemieIngenieurTechnik84,10,1798–1805.

    [17]Schubert, H. 2012. Handbuch derMechanischen Verfahrenstechnik. John Wiley &Sons,Hoboken.

    [18]Schweizer. Stoffdaten. http://www.schweizer‐fn.de/stoff/start_stoff.php. Accessed25January2017.

    [19]SympatecGmbH,Ed.HELOS/RBedienungsanleitung2009,SympatecGmbH,System‐Partikel‐Technik,AmPulverhaus1,D‐38678Clausthal‐Zellerfeld,Deutschland.

    [20]Sympatec GmbH, Ed.QICPICBedienungsanleitung 2006, Sympatec GmbH, System‐Partikel‐Technik,AmPulverhaus1,D‐38678Clausthal‐Zellerfeld,Deutschland.

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    AbbildungenAbbildung2‐1:BauabfälleinBayern2012(gesamt45.579.000t)[3].......................................5Abbildung5‐1:ProzesskettezurHerstellungvonHochbau‐undKeramikanwendungenausModellbaustoffenundKeramikbruch................................................................................................9Abbildung6‐1:ZurPartikelcharakterisierungverwendeteLaserbeugungsspektrometerHelosKRmitNassdispergiereinheitQUIXEL......................................................................................12Abbildung6‐2:ZurPartikelgrößenanalyseverwendetesMesssystem„CamsizerP4“derFirmaRetschTechnology.............................................................................................................................13Abbildung 6‐3: Im Versuch verwendeter Granulierteller zur AufbauagglomerationmitZiegelmaterial. Oben im Bild sind zwei Schaber, links die Wasserdüse, rechts dieVibrationsrinneunduntenderAuffangbehälterzuerkennen....................................................14Abbildung 6‐4: Im Versuch zur Aufbauagglomeration verwendeter Eirich‐Intensivmischer................................................................................................................................................15Abbildung 6‐5: Frank Universalprüfmaschine zur Druckfestigkeitsbestimmung dererzeugtenAggglomerate...............................................................................................................................16Abbildung 6‐6: Taurus instruments TLP 300 zur Messung der Wärmeleitfähigkeit,StyroporrahmenmitProbeinProbenkammer...................................................................................17Abbildung 6‐7: Modellsysteme Gipsputzkugel, gipsputzverputzter Porenbeton,TonziegelundKalksandstein(vonlinksnachrechts).....................................................................18Abbildung 6‐8: Partikelgrößenverteilung Tonziegel (Raute), Kalksandstein (Dreieck)undPorenbeton(Quadrat)jeweilsverputzt........................................................................................19Abbildung6‐9:IR‐SpektrumderFeinkornanteiledesModellsystemsKalksandstein......20Abbildung6‐10:SchematischeDarstellungdesSäulenversuchsausDIN19528...............23Abbildung8‐1:DarstellungdergemessenenSulfationenkonzentration imEluatbeiderUntersuchung von Porenbeton mit Putz im Überkopfschüttler über dem benötigtenEluatvolumen zum Messzeitpunkt. Abbildung der einzelnen Siebfraktionen (< 0,224mm, > 0,224 mm, > 0,56 mm, > 0,71 mm), sowie der mittels Elementaranalysebestimmten„Grenzwerte“desSulfatgehalts.......................................................................................27Abbildung8‐2:DarstellungdergemessenenSulfationenkonzentration imEluatbeiderUntersuchungvonPorenbetonmitPutzindenPerkolationssäulenüberdembenötigtenEluatvolumen zum Messzeitpunkt. Abbildung der einzelnen Siebfraktionen (< 0,224mm, > 0,224 mm, > 0,56 mm, > 0,71 mm), sowie der mittels Elementaranalysebestimmten„Grenzwerte“desSulfatgehalts.......................................................................................28Abbildung8‐3:DarstellungdergemessenenSulfationenkonzentration imEluatbeiderUntersuchung von Porenbeton ohne Putz im Überkopfschüttler über dem benötigtenEluatvolumen zum Messzeitpunkt. Abbildung der einzelnen Siebfraktionen (< 0,224mm, > 0,224 mm, > 0,56 mm, > 0,71 mm), sowie der mittels Elementaranalysebestimmten„Grenzwerte“desSulfatgehalts.......................................................................................29Abbildung8‐4:DarstellungdergemessenenSulfationenkonzentration imEluatbeiderUntersuchung von Porenbeton ohne Putz in den Perkolationssäulen über dembenötigten Eluatvolumen zumMesszeitpunkt. Abbildung der einzelnen Siebfraktionen(<0,224mm,>0,224mm,>0,56mm,>0,71mm),sowiedermittelsElementaranalysebestimmten„Grenzwerte“desSulfatgehalts.......................................................................................31Abbildung 8‐5: Zusammenhang zwischen Zuordnungswert und Einbauklasse in derL