Zielsetzung und Anlass des Vorhabens<\/p>\n
Bei der Aufbereitung von Altbeton\/Betonbruch, f\u00e4llt – in Abh\u00e4ngigkeit vom Brechertyp und der Qualit\u00e4t des Ausgangsmaterials \u0096 ein erheblicher Anteil als Brechsand bzw. rezyklierter Brechsand < 4 mm Korndurchmesser an. Literaturauswertungen und eigene Untersuchungen belegen mitunter einen Anteil bis zu 50 M.-%. Diese mengenrelevante feine, rezyklierte Fraktion < 2 mm ist derzeit zur Herstellung von Beton aus baurechtlicher Sicht ausgenommen.\n\nZiel des Forschungsprojektes ist es, zu pr\u00fcfen, ob der in RC-Anlagen erzeugte Betonbrechsand (kurz: RC-Brechsand) unter praktischen Bedingungen zur Herstellung von (RC-)Spritzbeton und (RC-) Spritzm\u00f6rtel geeignet ist. Als Betonverfahren ist das Trockenspritzverfahren zur Anwendung gekommen. \n\nNach einer umweltrechtlichen Einordnung des rezyklierten Brechsandes \u0096 als Substitut zum Naturmaterial Sand \u0096 wurden in labortechnischen und unter praktischen Bedingungen in Versuchsreihen bautechnische sowie bautechnologische Eigenschaften und Optimierungspotenziale f\u00fcr den (RC-) Spritzbeton\/-m\u00f6rtel ermittelt, bewertet und optimiert.\n\nIn Erweiterung der Zielsetzung wurde geplant, die entwickelten, getesteten Spritzbetonrezepturen beim Bau eines Kletterfelsens \u0096 entsprechend der Verortung des Einsatzes \u0096 einzusetzen. Untersucht wurden die Eignung als Fugenm\u00f6rtel und -beton, der Einsatz als Kernbeton und zur Oberfl\u00e4chengestaltung von k\u00fcnstlichen Kletterfelsen. Unter dem Ansatz des ressourceneffizienten Bauens resp. der Maximierung der Substitution von Prim\u00e4rbaustoffen wurden als Tr\u00e4gerger\u00fcst f\u00fcr den Kletterfelsen gebrauchte Betonelemente aus verschiedenen Spenderobjekten vorgesehen und akquiriert. Die Untersuchungen dieser erstmaligen Kombination \u0096 dem Einsatz von gebrauchten Betonelementen mit (RC-)Spritzbeton unter Verwendung von RC-Brechsanden und rezyklierten Gesteinsk\u00f6rnungen < 8mm \u0096 sollen u. a. bewirken, bestehende Hemmnisse bei der Planung und Umsetzung des ressourcenschonenden Bauens entgegenzuwirken. Deshalb galt es, die \u00d6ffentlichkeit beim Bau des Kletterfelsens resp. Umsetzungsprozess einzubinden, Ergebnisse zu kommunizieren und zu verbreiten. \n\n\u00dcbergeordneter Anlass des Vorhabens ist, eine weitere Anwendung zur Umsetzung des Nachhaltigkeits- und Kreislaufwirtschaftsgedankens im Bereich Bauwesen unter Verwendung von RC-Brechsande < 2mm aufzuzeigen. \n\n\nDarstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenEntsprechend aktuell geltender bau- und umwelttechnischen Anforderungen wurden die RC-Brechsande und -Gesteinsk\u00f6rnungen hinsichtlich ihrer Eignung zur Herstellung von Beton, speziell Spritzm\u00f6rtel (GK < 4mm) und -beton (GK < 8mm), analysiert. Die Analyseergebnisse dienten dem Abgleich der Qualit\u00e4tsanforderungen des zu substituierenden Quarzsandes\/Kieses bei der Spritzbetonherstellung. Parallel dazu wurden die Rezepturentwicklungen, die Laborversuche und das Trockenspritzbetonieren vorbereitet. Das zur Verf\u00fcgung gestellte RC-Material \u0096 aus einer station\u00e4ren Recyclinganlage von der Fa. HEIM Deponie und Recycling, Berlin 0\/16mm \u0096 wurde nach vorheriger Abstimmung mit dem Betonfertigteilproduzenten und Bauunternehmen Mattig & Lindner GmbH nach Forst zur Siebung transportiert. Die ben\u00f6tigten RC-GK 0\/4 und 0\/8 wurden aus dem Haufwerk f\u00fcr die Labor- und Spritzbetonversuche abgesiebt. Im Labor wurden spezifische bautechnische und bautechnologische Parameter untersucht. \nInsgesamt wurden zwei Versuchsreihen mit sieben Rezepturen im Laborma\u00dfstab vorbereitet und durchgef\u00fchrt. U. a. wurden M\u00f6rtelprismen mit unterschiedlichen Substitutionsgraden der Gesteinsk\u00f6rnungen (Zuschlagstoffe), variierenden Zementarten und -gehalten, als auch unter Zugabe von Flie\u00dfmitteln in einer 28-t\u00e4gigen Pr\u00fcfreihe auf Druck- sowie Biegezugfestigkeit gepr\u00fcft. Neben dem Ausbreitma\u00df, wurden sowohl Frischm\u00f6rtel- als auch Festm\u00f6rtelrohdichten ermittelt. Zwei M\u00f6rtelrezepturen mit 100 M-% und 50 M-% RC-GK wurden an zwei Prismens\u00e4tzen einer Alkali-Kiesels\u00e4ure-Pr\u00fcfung mittels M\u00f6rtelschnelltest un-terzogen, um Aussagen zu einer etwaigen Alkali-Treiberscheinung treffen zu k\u00f6nnen. Die anschlie\u00dfenden Tests unter praktischen Bedingungen erfolgten an neun unterschiedlichen Trockenmischungen mit dem Trockenspritzverfahren auf dem Firmengel\u00e4nde der Fa. Build a Rock GmbH in Cottbus. Daf\u00fcr sind die im Labor optimierten Trockenmischungen \u0096 entsprechend der Ergebnisse der zweiten labortechnischen Versuchsreihe \u0096 f\u00fcr die M\u00f6rtel-\/Betonrezepturen herangezogen und sogenannte Spitzk\u00f6rper hergestellt worden. Diese wurden entsprechend der normativen Vorgaben und vorherrschender Witterung zum Schutz des vorzeitigen Austrocknens des jungen Spritzbetons nachbehandelt. Nach 28 Tagen Lagerung, wurden Bohrkerne f\u00fcr die Druckfestigkeitsbestimmung und die Pr\u00fcfung auf Wassereindringwiderstand gezogen. \nDie Untersuchungsmethoden erfolgten nach aktuell geltenden normativen Vorgaben und Regelwerken.\n\n\nErgebnisse und Diskussion\n\nAls Ausgangsmaterial, welches sowohl f\u00fcr die Labor-Versuche als auch im Feldversuch genutzt wurde, stand eine rezyklierte Gesteinsk\u00f6rnung der Korngr\u00f6\u00dfe 0\/16 vom Liefertyp 1 (gem\u00e4\u00df DIN 4226-101 und DAfStb-Richtlinie Beton nach DIN EN 206-1 und DIN 1045-2 mit rezyklierten Gesteinsk\u00f6rnungen nach DIN EN 12620, Ausgabe September 2010) zur Verf\u00fcgung. Nach Absiebung des \u00dcberkorns > 8 mm, ergab sich ein Verh\u00e4ltnis von 54 M.-% der Korngr\u00f6\u00dfe 0\/2 zu 46 M.-% der Korngr\u00f6\u00dfe 2\/8.
\nDer Brechsand (RC-GK 0\/2) wurde separat auf bautechnische und umweltrelevante Parameter gepr\u00fcft, da negative bautechnisch-chemische Eigenschaften besonders durch die Feinfraktion hervorgerufen werden k\u00f6nnen. Hierzu wurde eine Umweltvertr\u00e4glichkeitspr\u00fcfung u. a. nach DIN 4226-101 durchgef\u00fchrt. Erg\u00e4nzend wurde der Brechsand nach LAGA M20 analysiert, im Falle, dass ein Einsatz in gebundener Form nicht m\u00f6glich ist. Als Ergebnis konnte der Brechsand der Einbauklasse Z 1.1 zugeordnet werden. Nahezu alle Eluat- und Feststoff-Parameter konnten in Z 0 eingestuft werden. Die Gesamt-Zuordnung Z 1.1 ergibt sich durch die erh\u00f6hten Werte der elektrischen Leitf\u00e4higkeit und beim Sulfat. Nach DIN 4226-101 werden alle H\u00f6chstwerte bei der Bewertung der Inhaltsstoffe des Brechsandes mit hoher Sicherheit eingehalten.<\/p>\n
Die Verwertung der in der rezyklierten Gesteinsk\u00f6rnung 0\/4 und 0\/8 vom Typ 1 (gem\u00e4\u00df) enthaltenen Brechsande zur Spritzbetonherstellung erfolgte im Labor und im Feld. Getestet wurden Rezepturen f\u00fcr Spritzm\u00f6rtel mit RC-GK 0\/4 und Spritzbetone mit RC-GK 0\/8. Der Substitutionsanteil der nat\u00fcrlichen Sandfraktion betrug jeweils 50, 75 und 100 %.<\/p>\n
W\u00e4hrend der experimentellen Rezepturtests im Labor ist aufgefallen, dass trotz erh\u00f6htem w\/z-Wert (teilweise bis 0,9 in Versuchsreihe 1) die gew\u00fcnschte Konsistenz nicht erreicht wurde. Dies ist mit der prozessbedingten erh\u00f6hten Wasseraufnahme der rezyklierten Gesteinsk\u00f6rnung erkl\u00e4rbar: Durch den Vorgang der Frischm\u00f6rtelherstellung im Zwangsmischer werden rezyklierte Gesteinsk\u00f6rnungen mit Zementsteinanhaftungen weiter aufgebrochen, was zu einer frischen, vergr\u00f6\u00dferten und saugf\u00e4higen Oberfl\u00e4che und somit zu einer erh\u00f6hten Wasseraufnahme f\u00fchrt. Das hei\u00dft, dass f\u00fcr den Zementleim ben\u00f6tigte Wasser wird von der aufgebrochenen RC-GK in gr\u00f6\u00dferem Umfang und in k\u00fcrzester Zeit aufgenommen. Bei der Rezepturentwicklung wurde daher besonders in Versuchsreihe 2 das Anmach- bzw. Saugwasser ber\u00fccksichtigt.<\/p>\n
Bei der Einstellung des Ausbreitma\u00dfes konnte trotz Vorn\u00e4ssens und Flie\u00dfmittelzugabe nur eine Rezeptur (RC-50-52 (1) \u0096 RC-Anteil 50%, Zementfestigkeit 52,5 R = feiner Zement mit hoher Fr\u00fchfestigkeit) den plastischen Bereich erreichen. Bei der Prismenherstellung sind deshalb die \u00fcbrigen Mischungen mit Hilfe eines R\u00fctteltischs verdichtet worden. <\/p>\n
Bei der Frisch-\/ und Festm\u00f6rtelrohdichte konnten keine signifikanten Unterschiede durch den Einsatz von Brechsanden in unterschiedlichen Substitutionsgraden festgestellt werden. <\/p>\n
Aus den Ergebnissen der Biegezug- und Druckfestigkeitspr\u00fcfung ist zu erkennen, dass die Kombination von einer RC-Substitution von 50 M.-% und der Zementsorte CEM I 52,5 R zu insgesamt h\u00f6heren Endfestigkeitswerten f\u00fchrt. Bei der Druckfestigkeitspr\u00fcfung der M\u00f6rtelprismen konnten Festigkeitsklassen zwischen C 16\/20 (100% RC-Substitution) und C25\/30 (50% RC-Substitution) erreicht werden.<\/p>\n
Diese Erkenntnisse und Ergebnisse wurden anhand der praktischen Versuche beim Trockenspritzverfahren im Feldversuch gepr\u00fcft.<\/p>\n
Aus Sicht der Wirtschaftlichkeit als auch aus Sicht der Ressourcenschonung, ergibt die Auswertung des R\u00fcckpralls beim Spritzm\u00f6rtel\/-beton unter Verwendung von 100 M.-% RC-GK einen positiven Effekt. Bei der Spritzm\u00f6rtelrezeptur RC-M 100 wurde der geringste R\u00fcckprall von 19 M.-% erzielt. Noch geringer und damit der niedrigste R\u00fcckprallanteil insgesamt mit 12 M.-%, verzeichnete der Spritzversuch mit der Betonrezeptur RC-B 100. Den h\u00f6chsten Wert erreichte mit 31 M.-% die Betonrezeptur mit 50 %-iger Substitution an RC-GK 0\/8. Im Vergleich: Die Referenzmischung der Fa. Sakret erreichte einen R\u00fcckprallanteil von 15 M.-%. Die Werte stellen jedoch keinen Anspruch auf eine Korrelation zwischen dem RC-GK-Anteil und dem R\u00fcckprallanteil dar. Dies m\u00fcsste in weiteren Feldversuchen mit erg\u00e4nzenden Versuchsparametern (Messung des Abstands zwischen D\u00fcsenkopf und Spritzkasten, Aufnahme des Aufprallwinkels, genauer Auffangmethodik etc.) detailliert aufgenommen werden. Die H\u00f6he des potenziellen Einflusses der rezyklierten Gesteinsk\u00f6rnung auf den R\u00fcckprall-Anteil, die sich durch die feine Fraktion ergibt, ist dabei zu ermitteln.<\/p>\n
Anhand der an Bohrkernen ermittelten Druckfestigkeitsklassen wurden unterschiedliche Druckfestigkeiten erzielt: Die Rezeptur mit 50% RC-GK 0\/4 wies die h\u00f6chste Druckfestigkeit mit C25\/30 auf; im Vergleich: die RC-Spritzbetonrezeptur mit RC-GK 0\/8 hingegen ein C16\/20. Mit dem RC-M 100 (100-%-ige Substitution des Sandes durch RC-GK 0\/4) wurde ein C 16\/20 erzielt, mit dem RC-B 100 ein C8\/10. Der Referenzbeton, der ausschlie\u00dflich mit nat\u00fcrlichen GK gespritzt wurde, wies eine Druckfestigkeit C 20\/25 auf.
\nDie Ergebnisse entsprechen demnach der bekannten Korrelation zwischen der Druckfestigkeit und dem Substitutionsgrad der rezyklierten Gesteinsk\u00f6rnung: Je geringer der Anteil an RC-GK desto h\u00f6her ist die Druckfestigkeit. Da jedoch aus Gr\u00fcnden der Verf\u00fcgbarkeit insgesamt drei verschiedene Zementarten (CEM II A-LL 32,5R, CEM I 52,5R und CEM I 42,5 R) zum Einsatz kamen, ist ein direkter Vergleich zwischen den M\u00f6rtel- und Betonpr\u00fcfreihen mit dem Zuschlag der Korngr\u00f6\u00dfen 0\/2 (Referenz mit Natursand), RC-GK 0\/4 (M\u00f6rtel) sowie RC-GK 0\/8 (Beton) nicht m\u00f6glich. Jedoch wurde ermittelt, dass selbst die Referenzrezeptur mit einer Zielfestigkeit C 30\/37, lediglich die Festigkeitsklasse C20\/25 erreichte. Daher wird konstatiert, dass es unerl\u00e4sslich ist, mind. drei Spritzk\u00f6rper pro Rezeptur herzustellen mit jeweils drei Bohrkernproben mit einem Durchmesser > 50mm. <\/p>\n
Bei der Auswertung zur Wassereindringtiefe an jeweils einem Bohrkern \u00d8 = 150 mm l\u00e4sst sich der positive Effekt der Spritzbetontechnik im Allgemeinen feststellen. Durch den erh\u00f6hten Aufpralldruck verdichtet sich das Beton-(M\u00f6rtel-)gef\u00fcge zu einem nahezu wasserundurchl\u00e4ssigen Baustoff. Abgesehen von der Spritzbeton-Rezeptur RC-B 75 unterschritten alle Spritzk\u00f6rper den Grenzwert des Wassereindringwiderstands f\u00fcr Wasserbauwerke nach der ZTV-W von 30 mm. Damit ist eine Vororientierung f\u00fcr feuchtig-keitsbelastete Anwendungsbereiche der untersuchten (RC-) Spritzm\u00f6rtel\/-beton geschaffen worden.<\/p>\n
\u00d6ffentlichkeitsarbeit und Pr\u00e4sentation<\/p>\n
W\u00e4hrend der Projektlaufzeit und in Vorbereitung der Ma\u00dfnahme zum Bau eines k\u00fcnstlichen Kletterfelsens aus gebrauchten Betonelementen in Kombination mit RC-Spritzbeton und -m\u00f6rtel, wurden mehrere Vortr\u00e4ge und Expos\u00e9s sowie eine Brosch\u00fcre u. a. f\u00fcr das Pr\u00e4sidium der BTU Cottbus-Senftenberg erarbeitet, um einerseits die Relevanz der Verwertung von anfallenden Brechsanden in der Spritzbeton(-m\u00f6rtel)technik und andererseits einen m\u00f6glichen praktischen Anwendungsfall aufzuzeigen.
\nAuf unterschiedlichen Fachveranstaltungen zu den Themen Kreislaufwirtschaft, Bau- und Abbruchabf\u00e4lle, Nachhaltigkeit im Bauwesen etc. wurde dieses Bauvorhaben und dessen Ergebnisse der \u00d6ffentlichkeit pr\u00e4sentiert und diskutiert. Es konnte eine durchweg positive Resonanz festgestellt werden.
\nDie interdisziplin\u00e4re Zusammenarbeit mit den Verantwortlichen des Zentralen Hochschulsports, Fachgebieten \u0084Bildende Kunst\u0093 und \u0084Tragwerksplanung\u0093 an der BTU C-S sowie Konsultationen mit Ingenieurb\u00fcros zu statischen, Genehmigungs- und Ausschreibungs-Fragen eines k\u00fcnstlichen Kletterfelsens wurden nicht nur hergestellt, sondern konnten intensiviert werden.<\/p>\n
Fazit<\/p>\n
Der erfolgreiche Einsatz von Brechsanden in der Spritzbetonanwendung, speziell dem Trockenspritzverfahren, konnte im Zuge dieses Forschungsprojekts (nur) durch die F\u00f6rderung der DBU nachgewiesen werden. Ohne F\u00f6rderung h\u00e4tten die Versuche nicht durchgef\u00fchrt werden k\u00f6nnen.<\/p>\n
Es wurde mit unterschiedlichen Substitutionsgraden der rezyklierten Gesteinsk\u00f6rnung experimentell in Laborversuchen als auch im Feldversuch gezeigt, dass der feine Anteil < 2 mm (Brechsand) vom Liefertyp 1 prinzipiell zur Herstellung von Beton, speziell f\u00fcr den Spritzbeton geeignet ist. Die Umweltvertr\u00e4glichkeitspr\u00fcfungen gem\u00e4\u00df DIN 4226-101 wurden bestanden. Die bautechnischen Eigenschaften variieren in Abh\u00e4ngigkeit des anteiligen Austauschs der Natursande. Ein gleichwertiger Einsatz in der Spritzbetonherstellung im Vergleich zu Natursanden 0\/2 ist prinzipiell m\u00f6glich. \n\nDer Einsatz von Brechsanden im Betonbau tr\u00e4gt dazu bei, nat\u00fcrliche Sande zu substituieren und die in Gr\u00f6\u00dfenordnungen bei der Aufbereitung von Betonbruch anfallenden Brechsande einer effizienten Verwertung zuzuf\u00fchren. Dadurch werden Rohstoffressourcen, Eingriffe in das Landschaftsbild und der Naturhaushalt geschont. Au\u00dferdem wird dem Kreislaufwirtschaftsgedanken Rechnung getragen.\n<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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