WIR - WIRreFa - V1.5 "Multimaterialrecycling" - Recycling von Multimaterialbauteilen zur regionalen Wiederverwertung von Baustoffen am Beispiel von Carbonbeton; TP4: Bewehrungsentwicklung

Abstract

Die stoffliche Verwertung produktionsbedingter faserhaltiger Abfälle stellt eine wirtschaftlich und ökologisch unerlässliche Voraussetzung zur Erhöhung der Ressourceneffizienz von carbonfaserverstärkten Kunststoffen dar. Der Werterhalt der recycelten Carbonfasern spielt dabei eine entscheidende Rolle. Derzeit erfolgt hauptsächlich die Verarbeitung von recycelten Carbonfasern zu Füllstoffen z. B. für Spritzgussanwendungen oder zu Vliesstoffen. Aufgrund der geringen erzielbaren mechanischen Eigenschaften sind diese Ansätze nur bedingt für den erneuten Einsatz im Strukturleichtbau geeignet. Ähnlich zu den faserhaltigen Abfällen verhält es sich mit den Materialien, die beim Abbruch von Gebäude und Infrastruktur im Bauwesen anfallen. Gerade einmal 1% der mineralischen Abfälle finden eine Wiederverwendung im Betonbau. Dieses sog. Downcycling der wertvollen Gesteinskörner entspricht nicht den übergeordneten Zielen der Bundesregierung zur ressourceneffizienten Verwendung von Materialien und zum Schutz der Umwelt. Vor diesem Hintergrund wurde das Bündnis WIR! Wir recyceln Fasern initiiert mit dem Ziel faserhaltigen Abfälle zu hochwertigen Sekundärbaustoffen aufzuarbeiten und somit den Stoffkreislauf von Faserverbundbauteilen zu schließen. Im Projekt WIR-V1.5 sollen die Voraussetzungen für den Einsatz von recycelten Carbonfasern und recycelten Gesteinskörnungen im Carbonbetonbau geschaffen werden. Damit werden nicht nur bisherige Abfallströme sinnvoll weitergenutzt, sondern auch die Entnahme natürlicher Ressourcen reduziert und im besten Fall ganz vermieden. Das übergeordnete Ziele besteht in der Entwicklung und Herstellung eines R-Carbonbetonbauteils, aus recycelten Carbonfasergarnen, welche mittels Garndirektablage zu ressourceneffizient gefertigten Carbonbewehrungsstruktur weiterverarbeitet werden. Die Betonmatrix soll aus einem hohen Anteil an recycelten feiner und grober Gesteinskörnungen bestehen. Der Fokus liegt hier auf der Verwendung von Feinanteilen ≤ 2 mm. Um die R-Garne mittels direkter Garnablage zu R-Bewehrung weiterverarbeiten zu können, sind entsprechende Materialprüfungen zur Charakterisierung der R-Faser notwendig. Aufgrund der unterschiedlichen mechanischen und geometrischen Eigenschaften der R-Faser bedarf es einer zusätzlichen Anpassung der einzelnen Prozessschritte bei der Garnablage. Durch die umfassende Analyse der bestehenden Fertigungsprozesse in der textilen Produktion sollen Optimierungspotenziale für einen ressourcen- und kosteneffizienten Materialeinsatz identifiziert werden. Auf Basis dieser Analyse wird ein verbessertes Prozesskettenmodell entwickelt und im Projektverlauf umgesetzt und evaluiert. Im Bezug auf den Einsatz von R-Beton wurde die gesamte Prozesskette der Aufbereitung mineralische Abfälle hinzu hochwertigen Sekundärbaustoffen analysiert und an die Anforderungen des Carbonbetonbaus angepasst. Zur Überprüfung der Qualität wurden 9 Betonmischungen C45/45 mit einer schrittweisen Erhöhung des Rezyklatanteils von 0 bis 100% und einer Referenzmischung für den Anwendungsfall Fassadenelement entwickelt und deren Frisch- und Festbetoneigenschaften untersucht. Der Referenzbeton erzielte in keiner der Untersuchungen zu den Festbetoneigenschaften die besten Werte. Zudem wurde keine direkte Proportionalität zwischen Festigkeitsverlusten und den steigenden Anteilen an R-Gesteinskörnung festgestellt. Der Beton mit den höchsten Anteilen an Rezyklaten zeigte die besten Werte hinsichtlich seiner Biegezugfestigkeit, jedoch auch die niedrigsten Werte in Bezug auf seinen E-Modul. Die Hypothese, dass der Einsatz von rezyklierten Gesteinskörnungen kleiner als 2 mm generell mit Qualitätsverlusten verbunden ist, konnte nicht bestätigt werden.