Produktion von CO2-armen Mauersteinen durch bindemittelfreie Auto-klavierung von RC-Brechsanden

Abstract

Deutschland ist gesetzlich verpflichtet, bis zum Jahr 2045 Klimaneutralität zu erreichen. Für diese gesamtgesellschaftliche Aufgabe muss die Bauwirtschaft als einer der großen CO2-Emittenten erheblich umgebaut und weiterentwickelt werden. Die Kreislaufwirtschaft spielt in diesem Prozess eine herausragende Rolle, da Klimaschutz und Ressourcenschutz eng ineinandergreifen und so-mit einen großen Beitrag zur CO2-Reduzierung liefern können. Beim Abbruch und bei der anschließenden Aufbereitung von mineralischem Bauschutt entstehen großen Brechsandmengen (Korngröße bis 4 mm), für die heute insbesondere im Hochbau ge-genwärtig ein Verwertungsdefizit besteht. Sie finden bislang hauptsächlich auf unterem Wert-schöpfungsniveau eine Verwendung, z. B. als Schüttung oder Füllstoff, und werden daher nur mit geringen Erlösen vermarktet. Dabei bieten diese Brechsande ein interessantes Mengenpotenzial, das für einen neuen Recycling-Pfad zur Herstellung autoklav gehärteter Mauersteine im Sinne der Klimaziele genutzt werden kann. Brechsande aus Beton spielen für den hier vorgestellten neuen Verwertungsweg eine besondere Rolle, da diese reaktives Ca(OH)2 enthalten, welches bei einer hydrothermalen Härtung festig-keitsbildende CSH-Phasen bildet. Zusätzlich kann während der hydrothermalen Härtung reakti-ver Kalk freigesetzt werden und die Festigkeiten erhöhen. Auch die für die Reaktionsabläufe er-forderliche quarzitische Komponente ist im Betonbrechsand enthalten. Betonbrechsand weist ein hydrothermales Reaktionspotenzial auf, dessen Nutzung mit diesem Projekt erkundet wurde. Auch andere mineralische Brechsande aus der Bauschuttaufbereitung, z.B. aus Kalksandstein- und Ziegel-Mauerwerk verfügen über hydrothermal reaktive Komponenten quarzitischen Ur-sprungs und weisen daher ebenfalls ein hydrothermales Härtungspotenzial auf. Dieses Bruch-material kann analog zur Herstellung von Kalksandstein als quarzitische Gesteinskörnung ver-wendet werden, wobei die Recycling-Brechsande mit Kalk versetzt und hydrothermal gehärtet werden und somit Recycling-Wandbaustoffe für die Bauindustrie erzeugt werden können. Auf diese Weise können natürliche Ressourcen geschont, fossile Energieträger eingespart und die CO2-Emissionen gesenkt werden. In diesem Vorhaben wurde die gesamte Prozesskette vom Abbruch über den Aufbereiter bis zur Herstellung der CO2-armen Mauersteine betrachtet. Das Gelingen dieses Ansatzes hängt ab von den baustofflichen Eigenschaften der Brechsande, die hinsichtlich ihrer chemisch-mineralischen Beschaffenheit nicht aus handelsüblichen natürlichen Kies- und Sandgruben entstammen, son-dern bei der Aufbereitung von Bauschutt entstehen und somit Stör- und Schadstoffe enthalten sowie eine breite Spanne baustoffrelevanter Eigenschaften aufweisen können. Daher wurden das Konzept der Qualitätskontrolle für Rezyklate zur Herstellung von R-Beton hinsichtlich seiner Übertragbarkeit für den verfolgten Ansatz geprüft und u.a. um die Angabe der hydrothermalen Reaktivität ergänzt. Dazu wird ein Prüfverfahren zum Nachweis der hydrothermalen Reaktivität in den Betonbrechsanden vorgeschlagen. Des Weiteren wurde ein Anforderungsprofil für Brech-sande aus der Bauschuttaufbereitung und für die erforderliche Werkseigene Produktionskontrolle erarbeitet. In vorgeschalteten Labor-Untersuchungen wurden die Erkenntnisse über das hydrothermale Re-aktionsverhalten von Betonbrechsanden sowie von anderen mineralischen Brechsanden aus der Bauschuttaufbereitung erkundet und deren Reaktionspotenzial dargestellt. Anschließend wurde mit Untersuchungen im Technikum der Forschungsvereinigung Kalk-Sand e.V. die technische Funktionalität des Ansatzes nachgewiesen. Schließlich wurden Betonbrechsande mit Werksver-suchen unter reellen großtechnischen Produktionsbedingungen erfolgreich in drei Kalksandstein-werken erprobt. In allen Fällen konnten solide und feste Mauersteine erzeugt werden, die die Normanforderungen erfüllen. In den meisten Fällen wurde den Rohstoffmischungen zusätzlich Branntkalk zugegeben. Aber selbst ohne eine zusätzliche Kalkzugabe erreichten CO2-arme Mauersteine aus Betonbrechsand überraschenderweise eine Druckfestigkeit von über 20 N/mm², was der Druckfestigkeitsklasse 16 entspricht. Bei seiner Herstellung wurde bis zu 75 % weniger CO2 emittiert. Die reinen Herstel-lungskosten fielen bis zu 25 % geringer aus als bei der Herstellung handelsüblicher Kalksand-steine. Die Ergebnisse des Vorhabens lassen eine überraschend hohe Wertschöpfung für Bauschutt-brechsande erwarten. Es wird eine baldige Umsetzung der Forschungsergebnisse in die betrieb-liche Produktionspraxis erwartet, um der Bauindustrie einen CO2-armen Mauerstein als einen wichtigen Baustein zur Erreichung der Klimaziele zu bieten. An dieser Stelle wird ausdrücklich darauf hingewiesen, dass die Anwendung der im Rahmen die-ser Untersuchungen durchgeführten Musterkalkulationen sowie die ermittelten Grundlagener-kenntnisse auf die Produktionsbedingungen in Kalksandsteinwerken in jedem Einzelfall unter Be-rücksichtigung werkspezifischer Gegebenheiten durch eingehende technische und wirtschaftli-che Voruntersuchungen im Kalksandsteinwerk und im Labor zu überprüfen ist. Garantien oder Gewährleistungen werden nicht übernommen. Dies trifft insbesondere auf die Absicherung der Dauerhaftigkeit der mit diesem Ansatz erzeugten Mauersteine zu. Sämtliche Recycling-Gesteins-körnungen sind vor deren Verwendung einer eingehenden Analyse zu unterziehen, vergleiche dazu DIN SPEC 19458. Datei-Upload durch TIB