4.2 Zementgebundene Baustoffe

Freisetzung umweltrelevanter Bestand- teile

- Auswaschung bzw. Auslaugung anor- ganischer und organischer Stoffe durch Regen oder Grundwasser (Alkalien, Salze, Schwermetalle)

- Emission flüchtiger organischer Be- standteile und ihrer Umwandlungs- produkte (Zusatzmittel, Mahlhilfen)

- Emission von Strahlung (Radioaktivität)

• Auslaugbarkeit des Baustoffs Betons

Auslaugbarkeit ist abhängig von - der physikalisch-chemischen Beschaf- fenheit des Baustoffs

- den Eingenschaften des eindringenden Wassers (pH-Wert, Temperatur, gelöste Stoffe)

- der Art und Menge des Wassers weiches Wasser (höheres Lösevermö- gen) stehendes Wasser (Sättigung) Fließwasser (ständige Neuzufuhr) Wasser-Feststoff-Verhältnis

- der Dauer der Eluation

- der Löslichkeit des Schadstoffs

Wesentlich ist die Menge umweltrelevanter Bestandteile, die während der Verarbeitung, Nutzung und Entsorgung frei-gesetzt wird.

Unwesentlich ist die Menge umweltrelevanter Bestandteile, die mit den Ausgangsstoffen eingetragen wird.

Prüfverfahren � Quantitative Erfassung bestimmter Inhaltsstoffe Zerkleinerung, Aufschlussververfahren � Bestimmung der Verfügbarkeit (Mobilisierbarkeit) unter gegeben Bedin- gungen (Zerkleinerung, pH-Wert) Häufig Prüfung nach DIN 38414 S-4 (Deutsche Einheitsverfahren DEV S4) � Zeitabhängige Auslaugung von Prüfkörpern unter praktischen Bedin- gungen, Stand- bzw. Trogtests

Apparatur für die Elution nach DIN 38 414 S-4

Schüttelverfahren

Trogtests

Elution von Betonprüfkörpern mit CO2-haltigem Wasser

Standardanordnung

Vergleich der Prüfkriterien Prüfkriterien Gesamtinhaltsstoffe

∆m

∆t Zeit

Masse

Verfügbares

Praxisrelevante Auslaugraten

(Realistische Prüfkörpergrößen und Auslaugflüssigkeiten)

Ökologisch bedeutsame Betoninhaltsstoffe

OH- SO42- Cl- Na+ K+ Schwerm. Org. V.

Wasser — — — — — — —

Restwasser ● ● ● ● ● ● ●

Zuschlag — — — — — — —

Recyclingstoffe ● ● ● ● ● ● ●

Abstoffe — ● ● ● ● ● ●

Zement ● ● — ● ● ● —

Zusatzstoffe — ● — ● ● ● —

Zusatzmittel — — — ● ● — ●

Restwasser - Wasser, das während der Herstellung des Frischbetons anfällt

- Wasser aus der Aufbereitung von Restbeton oder -mörtel

- Wasser von der Reinigung des Mischers bzw. der Fahrmischertrommel

und der Betonpumpen

- Brauchwasser vom Sägen, Schleifen und Wasserstrahlen von Beton

- Waschwasser der Gesteinskörnung

Einsatz von Spritzbeton im Tunnelbau - Wand- und Bergsicherung

- rasche Erstarrung und Erlangung der Festigkeit βD(1h) ≥ 1 N/mm2 βD(24h) ≥ 10 N/mm2

- in der Regel Zusatz von Beschleu- nigern auf Basis löslicher Alkalien

- in Bereichen mit Bergwasser � Spritzbetonaußenschale mit Wasserkontakt

- Berührungsfläche abhängig von Durchmesser und Tunnellänge � Austritt erheblicher Schadstoffmengen möglich Folgen der Auslaugung � Versinterung der Tunneldrainage

� Anstieg des pH-Wertes des Eluats

� Schädigung der Spritzbetonaußenschale

1)Einsatz von Alkalisilicaten, -carbonaten u. a.

Auslaugung aus Spritzbetonen mit und ohne Beschleuniger

Neuentwicklungen Einsatz von CEM III unter Zusatz von Silicasuspension oder Flugasche - Na+, K+ und Ca2+-Konzentration gegenüber herkömmlichen Spritzbeton im Eluat um ca. 75 % niedriger

- Gehalt an PZ-Klinker niedriger, weniger Ca(OH)2 bei Hydratation

- Verbrauch von Ca(OH)2 durch Silicastaub (puzzolanische Reaktion) und Hüttensand (latent hydraulische Erhärtung)

- Verringerung der Auslaugbarkeit durch dichteres Gefüge

- klebriger Mörtel durch Silicastaub, Bedeutung des Beschleunigers im Hinblick auf gute Untergrundhaftung Einsatz gipsarmer Zemente

Auslaugung von Schwermetallen aus Beton - wichtige Schwermetalle im Zement sind Cr, Tl, Hg, Pb, Zn und Cd

- Quellen von Schwermetallen sind natürliche Rohstoffe, Recyclingstoffe sowie Zumahlstoffe

- Fixierung in der Struktur während des Klinkerbrennprozesses

Schwermetalle in der Porenlösung bezogen auf den Gesamt-gehalt im Zementstein

Schwermetalle - Studie der IUPAC � mehr als 38 Definitionen (u. a. Dichte, Atommasse, OZ, Toxizität, …) - in der Technik � alle Nichteisenmetalle und Legierungen mit ρ > 5 g/cm3

- Bestandteil der Erdkruste, Menge auf der Erde konstant! (keine Erzeugung bzw. Vernichtung möglich) - Freisetzung (Mobilisierung) und Transport möglich � Biosphäre � Nahrungskette

Untersuchung der Auslaugbarkeit1) Im Zement Cr 79 mg/kg

Hg < 0,02 mg/kg

Tl < 0,2 mg/kg Auslaugung aus Beton

1)Sprung et al.,

Zement-Kalk-Gips 47 (1994) 456

Konzentration der eluierten Schwermetalle in mg/L (Masse nach 200 d bezogen auf das Gesamtvolumen), exemplarisch für Betone mit natürlichem Schwer- metallgehalt

Trinkwasser kalklösende Kohlensäure

w/z-Wert 0,5 0,6 0,7 0,5 0,6 0,7

Cr 3 ⋅ 10-4 3 ⋅ 10-4 3 ⋅ 10-4 3 ⋅ 10-4 7 ⋅ 10-4 8 ⋅ 10-4

Hg 2 ⋅ 10-6 2 ⋅ 10-6 2 ⋅ 10-6 2 ⋅ 10-6 2 ⋅ 10-6 2 ⋅ 10-6

Tl 2 ⋅ 10-5 2 ⋅ 10-5 2 ⋅ 10-5 2 ⋅ 10-5 2 ⋅ 10-5 2 ⋅ 10-5

Grenzwerte der Trinkwasser-Verordnung Cr 5 ⋅ 10-2 mg/L

Hg 1 ⋅ 10-3 mg/L

Tl nicht bekannt

Die Anwendung sachgerecht hergestellter Betone ist in Hinsicht auf die Schermetallauslaugung selbst im Trinkwasserbereich unbedenklich möglich!

• Arbeits- und Gesundheitsschutz

Zement reagiert stark alkalisch (pH ≥ 13) � akute Schädigung der Augen (Zementstaub!) und der Haut

� Berührung vermeiden

� geeignete Schutzbekleidung tragen (Schutzhandschuhe und -brille)

� Hauttransplantationen notwendig!

Wasserlösliche Chromate im Zement sind Auslöser für eine allergische Reaktion � Maurerkrätze (Hautrötungen, Ge- schwüre, Risse)

� Anzahl der Erkrankungen zwischen 200 bis 400 pro Jahr

� Chromat CrO42-, im Zement vorran-

gig als K2CrO4

Chromatarme Zemente - ab 17.01.2005 gilt europäische Chromatrichtlinie 2003/53/EC � bezogen auf die Masse trockenen Zements nicht mehr als 2 ppm (mg/kg) wasserlösliches Chromat - Chromatgehalt des Zementes bzw. Cr(VI) muss in Cr(III) umgewandelt werden - Cr(III)-Verbindungen besitzen keine sensibilisierende Wirkung - Chromatreduzierer (CR) sind Eisen(II)sulfat, Zinnsulfat, Sulfonate - aus Kostengründen meist wasserlösliches Heptahydrat FeSO4 ⋅ 7 H2O - Stabilität aufgrund oxidativer Umwandlung begrenzt

Reduktion von Chromat mit Eisen(II)-sulfat im alkalischen Milieu des Frischbetons (-mörtels) 3 Fe2+ + CrO4

2- + 4 H2O � 3 Fe3+ + Cr3+ + 8 OH- VI II

3 FeSO4 + CrO42- + 3 Ca(OH)2 + 4 H2O �

III III

3 Fe(OH)3 + Cr(OH)3 + 3 CaSO4 + 2 OH-

� Reaktionsprodukte Cr3+ und Fe3+ bilden wasserunlösliche Hydroxide Ermittlungen der Berufsgenossenschaft der Bauwirtschaft Ende der 90er Jahre haben bei den in Deutschland erhältlichen Portlandzementen einen Chromatgehalt zwischen 3 und 35 ppm ergeben.