Die Herstellung von Leichtgranulaten aus Mauerwerkbruch

365© Ernst & Sohn Verlag für Architektur und technische Wissenschaften GmbH & Co. KG, Berlin · Mauerwerk 17 (2013), Heft 6

Fachthemen

DOI: 10.1002/dama.201300599Anette MüllerAlexander SchnellKatrin Rübner

Die Herstellung von Leichtgranulaten aus Mauerwerkbruch

Heterogene und feinkörnige Bauabfälle aus Mauerwerkbruch lassen sich heute nur auf einem sehr geringen Qualitätsniveau verwerten. Um diese Situation zu überwinden, wird deren Verwendung als Ausgangsstoff für die Herstellung von leichten Gesteinskörnungen vorgeschlagen, die ähnlich wie Blähtone und Blähschiefer in einem thermischen Prozess erzeugt werden. Dafür wurde zunächst die grundsätzliche Eignung von Mauerwerkbruch bewertet. Es folgten experimentelle Untersuchungen, in welchen nachgewiesen werden konnte, dass Leichtgranulate mit definierten, einstellbaren Eigenschaften aus Mauerwerk-bruch herstellbar sind. Sie sind in ihren Eigenschaften den leichten Gesteinskörnungen aus natürlichen Rohstoffen mindestens ebenbürtig. Die daraus hergestellten, gefügedich-ten Leichtbetone erzielen durchweg vergleichbare Werte wie die Leichtbetone mit her-kömmlichem Blähton. Leichtgranulate aus Mauerwerkbruch stellen ein Produkt dar, des-sen Herstellung nahezu ohne Primärrohstoffe auskommt. Das Verfahrensprinzip scheint außerdem prädestiniert für die hochwertige Verwertung auch anderer mineralischer Reststoffe zu sein.

Production of lightweight aggregate from masonry rubble. At present, heterogeneous and fine-grained masonry rubble can only be recycled at very low quality. To overcome this limitation, the material was employed as feedstock for the production of lightweight aggregates in a thermal process similar to that used in the manufacture of expanded clay and expanded slate. To that end, the fundamental suitability of masonry rubble as a raw material was evaluated. Experiments were carried out which indicated that lightweight granules with defined, modifiable proper-ties on a par with to those of natural-material- based aggregates could be manufactured from masonry rubble. Structural lightweight concretes produced with these secondary aggregates achieved comparable perfor-mance to lightweight concretes produced with conventional expanded clay. Lightweight recycled building material aggregates represent a product that hardly requires any pri-mary resources in its manufacture. In principle, the technique also seems to be well suited for high-quality recycling of other mineral waste materials.

1 Ausgangssituation

Mauerwerkbruch als Gemisch von verschiedenen Wandbaustoffen, Mör-tel, Putz und weiteren Bestandteilen kann bisher nicht adäquat verwertet werden. Die Ursachen dafür sind die erhebliche Heterogenität in Bezug auf die Materialzusammensetzung und der große Feinkornanteil. Die Verwer-tung in Sektoren wie Verfüllungen und Deponiebau oder die Deponie-rung selbst werden zukünftig durch die strikte Anwendung des Kreislauf-wirtschaftsgesetzes bzw. den stetigen Rückgang von Deponiekapazitäten nicht mehr möglich sein. Vor diesem

Hintergrund wurde in dem BMBF-Verbundprojekt „Aufbaukörnung“ eine Technologie zur Herstellung einer leichten Gesteinskörnung, die auf Mauerwerkbruch als Rohstoff zurück-greift, entwickelt. Unter dem Begriff „Aufbaukörnung“ wird eine leichte, aus mineralischen Bauabfällen herge-stellte Gesteinskörnung verstanden, mit der sich Leichtmörtel und Leicht-betone produzieren lassen.

2 Merkmale von Mauerwerkbruch

Die ab dem Jahre 1950 im Bauwerks-bestand kumulierte Menge an Mauer-werk ist in Bild 1 dargestellt [1]. 2010

belief sie sich auf mehr als 2000 Mio. t. Die tatsächlich vorhandene Menge dürfte über dieser Zahl liegen, weil die Menge an Mauerwerk in dem 1950 vorhandenen Gebäudebestand nicht in die Abschätzung eingegangen ist. Die Menge an Mauerwerkbruch, der bei der Sanierung oder dem Abbruch von Gebäuden entsteht, liegt jährlich in der Größenordnung von 10 Mio. t. Gemessen an der Menge an produ-zierten Wandbaustoffen von jährlich 15 bis 20 Mio. t ist das ein beachtens-wertes Rohstoffpotential [2].

Mauerwerkbruch besteht – im Unterschied zu Betonbruch und in Abgrenzung zu reinem Ziegelbruch – immer aus mehreren Bestandteilen. Neben Ziegel können die Wandbau-stoffarten Kalksandstein, Porenbeton-stein, Betonstein oder Naturstein vor-handen sein. Hinzu kommen Kalk-, Kalk-Zement- oder Zement-Mörtel und weitere Komponenten wie Innen- und Außenputze, Wärmedämmmaterialien, Fliesen und Fassadenplatten. Recyc-ling-Körnungen, die aus diesem Aus-gangsmaterial durch Zerkleinerung und Klassierung erzeugt werden, ha-ben eine stark schwankende Material-zusammensetzung. Das wird durch die Ergebnisse von Sortieranalysen an auf-bereitetem Mauerwerkbruch bestätigt (Bild 2). Der Gehalt an Ziegeln und anderen keramischen Baustoffen be-wegt sich zwischen minimal 24 und maximal 92 Masse-% und beträgt im Mittel 50 Masse-%. Beton und Mörtel stellen die zweite dominierende Mate-rialgruppe dar. Der Mittelwert liegt bei 46 Masse-% mit einer Spannweite zwischen 8 und 70 Masse-%.

Innerhalb einer Materialcharge liegen verschiedene Baustoffe, die große Unterschiede in den Werkstoff-eigenschaften aufweisen, nebeneinan-

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der vor. Diese Stoffvielfalt spiegelt sich in der Breite der Rohdichtevertei-lung wider (Bild 3). Selbst wenn die Materia lien mit Rohdichten unter 1760 kg/m³ nicht berücksichtigt wer-den, beträgt die Spannweite der Roh-dichte 750 kg/m³.

Die chemische Zusammensetzung als weiteres Merkmal von Mauerwerk-bruch wurde bisher kaum betrachtet. Für die rohstoffliche Verwertung ist sie aber besonders relevant. Um eine erste Einschätzung vornehmen zu kön-nen, wurden die Oxidzusammenset-zungen der unvermischten Hauptbe-standteile von Mauerwerk in das Drei-stoffsystemen SiO2-Al2O3-Flussmittel (CaO+MgO+Fe2O3+Na2O+K2O), das zur Beurteilung grobkeramischer Aus-gangsstoffe einschließlich solcher für die Herstellung von Blähtonen heran-gezogen wird, eingetragen (Bild 4). Die mineralisch gebundenen Baustoffe liegen quasi auf einer Linie. Ihr Al2O3-Gehalt beträgt im Mittel 4 Masse-%. Die keramisch gebundenen Baustoffe heben sich durch ihren höheren Al2O3-Gehalt deutlich von den mine-ralisch gebundenen ab. Wird dagegen Mauerwerkbruch als Gemisch aus Zie-geln und anderen keramischen Bau-stoffen, Beton sowie weiteren Bestand-teilen betrachtet, sind keine systema-tischen Unterschiede mehr erkennbar.

Bis auf wenige Ausnahmen liegt die Zusammensetzung aller 46 darge-stellten Analysen von Proben aus Mauerwerkbruch in dem markierten Bereich, der nach Literaturangaben für

Bild 1. Im Bauwerksbestand kumulierte Menge an Mauer-werk und durch Rückbau und Abbruch entstehende Menge an Mauerwerkbruch Fig. 1. Cumulative quantity of masonry in extant structures and quantity of masonry rubble produced from deconstruc-tion and demolition

Bild 3. Rohdichteverteilung einer für die Herstellung von Aufbaukörnungen ver-wendeten MauerwerkprobeFig. 3. Bulk density distribution of one of the masonry samples used for the pro-duction of lightweight aggregates from masonry rubble

Bild 2. Ziegelgehalt von insgesamt 42 Mauerwerkproben, entnommen von Halden aus aufbereitetem Mauerwerkbruch von verschiedenen stationären RecyclinganlagenFig. 2. Brick content of 42 masonry samples taken from pre-processed masonry rubble piles at various stationary recyc-ling plants

Bild 4. Lage der unvermischten Hauptbestandteile von Mauerwerk und von realem Mauerwerkbruch im Dreistoffsystem SiO2-Al2O3-FM Fig. 4. Relative positions of the unmixed main components of masonry rubble and of real masonry rubble in the SiO2-Al2O3-FM ternary system

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1160 bzw. 1180 °C den geringsten Wert von 1000 kg/m³ auf. Bei der Korn-gruppe 2/4 mm steigt die Rohdichte bei weiterer Temperaturerhöhung leicht an. Dieser Effekt konnte bei der Korn-gruppe 4/8 mm nicht beobachtet wer-den, weil bei der ebenfalls getesteten maximalen Brenntemperatur von 1200 °C keine verwertbaren Granu-late herstellbar waren. Die Granulate begannen bereits zu schmelzen und verklebten miteinander.

Der Einfluss des Siliciumcarbid-Gehalts auf den Blähprozess wurde bei einer Brenntemperatur von 1180 °C untersucht (Bild 7). Die Grüngranu-

auf die Kreisfläche bezogen, die aus dem Durchmesser der als kugelförmig angenommenen Partikel berechnet wird. Eine Gegenüberstellung mit dem in der Baustoffprüfung verwendeten Drucktopfverfahren zeigte eine zufrie-denstellende Übereinstimmung.

Wie die Ergebnisse in Bild 6 zei-gen, nimmt mit zunehmender Brenn-temperatur die Rohdichte der Leicht-granulate ab. Die Kornfestigkeiten liegen bei allen Granulaten deutlich über 1 MPa, wobei die Maximalwerte für beide Kornfraktionen bei einer Brenntemperatur von 1120 °C erreicht werden. Die Rohdichten weisen bei

die Blähtonherstellung eingehalten werden sollte [3], [4]. Damit ist eine Ver-wertung von Mauerwerkbruch nach einer an die Blähtonherstellung ange-lehnten Technologie eine prüfenswerte Variante.

3 Bedingungen für die Herstellung von Aufbaukörnungen aus Mauerwerkbruch

In den experimentellen Untersuchun-gen wurden zunächst die Bedingungen für die Herstellung der Aufbaukör-nungen und der Einfluss der Zusam-mensetzung des Ausgangsmaterials untersucht. Dazu wurde Mauerwerk-bruch mit einem Ziegelgehalt von 48 Masse-% – was nahezu dem in Bild 2 angegeben Mittelwert entspricht – vor-zerkleinert, gemahlen, mit einem Bläh-mittel dotiert und in einem Pelletiermi-scher granuliert. Bei der anschließen-den thermischen Behandlung in einem Labordrehrohrofen wurden die Grün-granulate stabilisiert und gleichzeitig aufgebläht (Bild 5). Der Einfluss der Brenntemperatur und der Dosierung des Blähmittels – nach Voruntersu-chungen wurde Siliciumcarbid SiC ausgewählt – auf die Materialparame-ter Rohdichte und Einzelkornfestigkeit wurde untersucht. Für die Rohdichte-messung kam ein Pulverpyknometer zum Einsatz, das auf dem Prinzip der Volumenverdrängung eines „flüssig-keitsähnlichen“ Messpulvers basiert. Das Volumen der Probe entspricht da-bei dem Volumen des verdrängten Messmediums, das in einem automati-sierten Messablauf um die Probe he-rum verteilt und verdichtet wird. Die Einzelkornfestigkeit wurde mit Hilfe eines Tablettenprüfgerätes ermittelt, bei dem ein Korn zwischen einer Druck-platte und einem Stempel mit einer li-near ansteigenden Kraft beansprucht wird. Die maximale Kraft im Augen-blick des Versagens wird als Maß für die Kornfestigkeit verwendet. Sie wird

Bild 5. Prozessschema der Herstellung von Aufbaukörnungen und eingesetzte AggregateFig. 5. Process diagram for the manufacture of lightweight aggregates from masonry rubble

Bild 6. Einfluss der Brenntemperatur auf die Rohdichte und die Kornfestigkeit von Blähgranulaten aus Mauerwerkbruch mit 48 Masse-% Ziegel bei Zugabe von 3 Masse-% SiC Fig. 6. Influence of the firing temperature on the bulk density and the grain strength of expanded granules produced from masonry rubble with 48 mass-% clay brick, dosed with 3 mass-% SiC

Bild 7. Einfluss der SiC-Dosierung auf die Rohdichte von Blähgranulaten aus Mauerwerkbruch mit 48 Masse-% Ziegel bei einer Brenntemperatur von 1180 °CFig. 7. Influence of SiC-dosing on the bulk density of expanded granules pro-duced from masonry rubble with 48 mass-% clay brick, fired at a temperature of 1180 °C



late mit unterschiedlichen SiC-Gehal-ten wurden sowohl einfach als auch zweifach im Drehrohrofen gebrannt. Dadurch sollte eine längere Verweil-zeit bei Brenntemperaturen oberhalb von 1000 °C, die bedingt durch die Länge und Neigung des Rohres des zur Verfügung stehenden Ofens nur ca. 3 min betrug, nachgebildet wer-den. Die Rohdichten der Granulate aus dem Einfachbrand verdeutlichen, dass bereits bei einem SiC-Gehalt von 1 Masse-% im Ausgangsmaterial Leichtgranulate mit Rohdichten unter 800 kg/m³ erzeugt werden können, die sich bei einem nochmaligen Durch-laufen des Drehrohrofens nur noch wenig ändern. Bei einer Dosierung von 3 Masse-% tritt eine weitere Sen-kung der Rohdichte auf, wenn das Granulat den Drehrohrofen ein zwei-tes Mal durchläuft. Rohdichten um oder sogar unter 600 kg/m³ sind dann erreichbar. Die Verweilzeit des Mate-rials im Ofen muss also auf die SiC-Dosierung abgestimmt sein.

Den Einfluss des Ziegelgehaltes des verwendeten Mauerwerkbruchs auf die Rohdichte der Aufbaukörnun-gen zeigt Bild 8. Bereits bei Ziegelge-halten von etwa 20 Masse-% sind un-ter den im Labor realisierbaren Brenn-bedingungen Aufbaukörnungen mit Rohdichten unter 1000 kg/m³ herstell-bar. Die geringsten Rohdichten wer-den bei Ziegelgehalten im Bereich zwischen 40 und 70 Masse-% erreicht. Oberhalb von 70 Masse-% scheint es

zu einem Anstieg der Rohdichte zu kommen. Insgesamt ist die entwickelte Aufbaukörnung also relativ robust ge-genüber Schwankungen des Ziegelge-haltes des Ausgangsmaterials. Der Anstieg der Rohdichte bei hohen Zie-gelgehalten, die für Mauerwerkbruch aber eher untypisch sind, bedarf einer Präzisierung durch weitere Messun-gen. Schlüssige Erklärungen stehen noch aus.

4 Eigenschaften der Aufbaukörnungen

Die hergestellten Leichtgranulate wurden in einem umfangreichen Un-tersuchungsprogramm charakterisiert. Über die Ermittlung der Schütt-, Roh- und Reindichten sowie der Kornfestig-keit hinausgehend waren das Unter-suchungen zur Wasseraufnahme, zu den chemischen Eigenschaften der erzeugten leichten Gesteinskörnun-gen und der Umweltverträglichkeit.

Werden die Wasseraufnahme bzw. die Kornfestigkeit in Abhängigkeit von der Rohdichte, die das wichtigste Klassifizierungsmerkmal für leichte Gesteinskörnungen darstellt, betrach-tet (Bild 9), ergeben sich folgende Aussagen: – Die Wasseraufnahme der erzeugten

leichten Aufbaukörnungen ist im Vergleich zu den in die Untersuchun-gen einbezogenen Blähtonen gerin-ger.

– Bei der Kornfestigkeit besteht für die gegenübergestellten leichten Ge-steinskörnungen kein Unterschied.

Die geringe Wasseraufnahme kann mit der spezifischen Mikrostruktur der Granulate erklärt werden. Das Äußere der Granulate ist von einer wenig po-rösen Hülle umschlossen. Im Granu-latinneren liegt ein offenes System

von irregulär geformten Makroporen und Kavitäten mit Größen im Mikro- und Millimeterbereich nebeneinander vor. Insbesondere durch die unregel-mäßigen, großen Poren wird der ka-pillare Wassertransport innerhalb der Granulate immer wieder unterbrochen, was makroskopisch die moderate Was-seraufnahme bedingt (Bild 10).

Die Rohdichteverteilung der Auf-baukörnungen, die analog zum Aus-gangsmaterial bestimmt wurde, ist deut-lich schmaler (Bild 11). Die Spannweite beträgt lediglich 140 kg/m³. Die ho-hen Anteile von Körnungen mit Roh-dichten über 1000 kg/m³ sind wahr-scheinlich darauf zurückzuführen, dass der Blähvorgang hier noch nicht abge-schlossen war. Bei einem nochmaligen Durchlaufen des Brennprozesses ist eine Abnahme dieser Anteile zu er-warten.

Die produzierten Aufbaukörnun-gen halten die Anforderungen an die chemischen Eigenschaften von Ge-steinskörnungen und die geforderten umwelttechnischen Parameter sicher ein [6].

5 Betonherstellung aus Aufbaukörnungen

Zum Nachweis der Verwendbarkeit der Leichtgranulate erfolgten ausführliche Untersuchungen an gefügedichten Leichtbetonen [6], [7]. Die dabei einge-setzten Aufbaukörnungen stammten aus Labor- bzw. kleintechnischen Ver-suchen. Die Leichtbetone wurden mit einer Sieblinie A/B 8, mit 450 kg/m³ Zement CEM I 32,5 R und einem Wasser/Zement-Wert von 0,45 herge-stellt. Die Korngruppen 2/4 und 4/8 mm bestanden aus den zu prüfen-den Leichtgranulaten bzw. zu Ver-gleichszwecken aus marktüblichen

Bild 8. Einfluss des Ziegelgehaltes im Ausgangsmaterial auf die Rohdichte der Blähgranulate aus Mauerwerkbruch, Herstellungsbedingungen: Zugabe von 1 bzw. 3 Masse-% SiC, Brenntemperatur 1165 bis 1180 °C (Werte u. a. aus [5])Fig. 8. Influence of the brick content of the input material on the bulk density of the expanded granules produced from masonry rubble, under the following conditions: SiC-dosing 1 or 3 mass-%, firing temperature 1165 to 1180 °C (values from [5], among others)

Bild 9. Abhängigkeit von Wasseraufnahme und Kornfestigkeit der Aufbaukör-nungen im Vergleich zu den BlähtonenFig. 9. Dependence of water absorption and grain strength on bulk density, com-paring lightweight aggregates from masonry rubble with expanded clay

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tisierungsverhalten und Widerstand gegen Frost-Tau-Wechsel, erreichen die mit den neu entwickelten Aufbaukör-nungen hergestellten Betone durch-weg vergleichbare Werte wie die Be-tone mit herkömmlichem Blähton.

Mit den aus Mauerwerkbruch hergestellten leichten Gesteinskör-nungen der Korngruppen 2/4 und 4/8 mm wurden in einem Betonwerk Leichtbetonelemente unter Praxisbe-dingungen hergestellt. Als Vergleichs-material diente wiederum Blähton mit einer ähnlichen Rohdichte. Die mit den Aufbaukörnungen hergestellten Leichtbetone waren bezüglich der Frisch- und Festbetoneigenschaften den Betonen mit Blähton als leichte Gesteinskörnung ebenbürtig.

6 Potentiale der Aufbaukörnungen

Die Herstellung der Aufbaukörnungen kann in Anlehnung an die Technolo-gie der Blähtonherstellung mit den in Bild 13 dargestellten Hauptverfahrens-schritten erfolgen. Sie startet mit der Aufbereitung des Mauerwerkbruchs nach dem Vorbild der Recyclingindus-trie. Die erzeugte Gesteinskörnung aus Mauerwerkbruch wird auf einer Halde bevorratet, wobei gleichzeitig eine Homogenisierung vorgenommen werden kann. Die Herstellung der Auf-baukörnungen beginnt mit der Mah-lung. Nach der Zugabe des Blähmit-tels wird das Mauerwerkmehl granu-liert, wofür sich – wie experimentell nachgewiesen – Matrizenpressen, Gra-

mit den neu entwickelten Leichtgra-nulaten hergestellten Betone durch-weg ähnliche Werte wie Vergleichsbe-tone mit herkömmlichem Blähton (Bild 12).

Mit 28-Tage-Druckfestigkeiten zwischen 35 und 50 MPa können die Leichtbetone den Festigkeitsklassen LC 25/28 bis LC 35/38 zugeordnet werden. Mit Trockenrohdichten zwi-schen 1660 und 1760 kg/m³ handelt es sich um Leichtbetone der Rohdichte-klasse D 1,8. Die Leichtbetone weisen typische Gesamtporositäten zwischen 30 und 35 % auf. Der an Betonzylin-dern ermittelte statische E-Modul er-reicht mit steigender Kornrohdichte der Leichtgranulate Werte von 18 bis 22 GPa. Auch bei den weiteren Fest-betoneigenschaften, wie Schwindver-halten, Wassereindringtiefe, Carbona-

Bild 10. Übersichtsaufnahme der Bruch-fläche eines Leichtgranulats (oben) und mikroskopische Aufnahme der Ober-fläche (Mitte) und des Inneren (unten)(Bilder: Alexander Schnell (oben), Stef-fen Liebezeit (Mitte, unten))Fig. 10. Overview image of the fracture surface of an expanded granule (top) and micrograph of the surface (middle) and the inside (bottom) of the granule(provided by Alexander Schnell (top), Steffen Liebezeit (middle, bottom))

Bild 11. Rohdichteverteilung der Bläh-granulate aus Mauerwerkbruch mit 48 Masse-% Ziegel, 1-facher Brand Fig. 11. Bulk density distribution of the lightweight aggregates from masonry rubble with 48 mass-% brick, fired once

Bild 12. Mechanische Eigenschaften der Laborbetone aus leichten Aufbaukör-nungen (LG: leichte Gesteinskörnung aus Laborherstellung, HT: leichte Gesteins-körnung aus kleintechnischer Herstellung) Fig. 12. Mechanical properties of laboratory concretes produced using lightweight aggregates from masonry rubble (LG: lightweight aggregates produced in the labo-ratory; HT: lightweight aggregates produced by small-scale manufacturing)

Blähtonen ähnlicher Kornrohdichte. Sie nahmen jeweils 54 Vol.-% der ver-wendeten Gesteinskörnung ein. Die Körnungen kleiner als 2 mm bestan-den aus Natursanden. Eine zusätzliche Wasseraufnahme der porösen Granu-late fand durch entsprechendes Vor-nässen Berücksichtigung. Das Absorp-tionswasser, dessen Menge 70 % der 60-Minuten-Wasseraufnahme betrug, wurde zusammen mit dem Anmach-wasser zugegeben.

Bei den untersuchten mechani-schen Festbetoneigenschaften Festig-keit und Elastizitätsmodul erzielten die



sich daraus, dass das Ausgangsmate-rial Mauerwerkbruch gegenüber Tonen mit einer geringeren Granulierfeuchte auskommt. Darüber hinaus kann der Energieaufwand für die Dehydroxyla-tion der Tonminerale eingespart wer-den, weil dieser Prozess bereits bei der Ziegelherstellung durchlaufen wurde. Ein zusätzlicher Energieaufwand kann sich aus der Calciumcarbonatzerset-zung ergeben, wenn carbonatisierte, zementstämmige Bestandteile im Mau-erwerkbruch enthalten sind. Nach ei-ner ersten Abschätzung sind bei Be-rücksichtigung der Carbonatzersetzung Einsparungen von etwa 15 % möglich.

Verschiedenen Untersuchungen zufolge ist zukünftig mit einem zuneh-menden Gipsgehalt im Bauschutt zu rechnen [10], [11]. Die Sulfatreduzie-rung, die durch die Abtrennung der Gipsbaustoffe mit mechanischen Ver-fahren während des Rückbaus oder im Zuge der Aufbereitung erreicht wird, ist in der Regel nicht ausreichend [12]. Die Herstellung von Aufbaukörnun-gen könnte zur wirksamen Verringe-rung des Sulfatgehalts im Bauschutt genutzt werden, indem der Gips ther-misch zersetzt und anschließend aus dem Rauchgas zurückgewonnen wird.

Für die Herstellung synthetischer leichter Gesteinskörnungen nach dem Vorbild der Aufbaukörnungen kommt eine Reihe weiterer industrieller Ne-benprodukte und Abfälle in Frage. Nach der Zusammenstellung in [13] waren und sind vor allem folgende Stoffe Gegenstand der Forschung:– Steinkohlewaschberge und Flota-

tionsrückstände der Kohleaufberei-tung, auch unter Zugabe von Rot-schlamm

– Aschen aus Verbrennungsprozessen– feinkörnige Abfälle aus der Bimsauf-

bereitung – nicht kontaminierte oder kontami-

nierte Sedimente und Schlämme aus Flüssen, Seen, Wasserreservoiren, in-dustriellen Prozessen, Klärschlämme.

Die Einsatzstoffe sind also äußerst viel-fältig. Das Verfahrensprinzip scheint daher prädestiniert für die hochwertige Verwertung mineralischer Reststoffe zu sein. Kombiniert mit dem Einsatz von Ersatzbrennstoffen, der aufgrund der erforderlichen Brenntemperatu-ren möglich erscheint, ließe sich dar-aus ein Verfahren entwickeln, das na-hezu ohne Primärrohstoffe und Pri-märenergieträger auskommt.

dar. Lediglich das Blähmittel und das während der thermischen Behandlung teilweise verbrauchte Trennmittel müs-sen zugegeben werden. Im Hinblick auf das Blähmittel ist der Einsatz von Siliciumcarbid, das als Reststoff z. B. bei Schleif- und Schneidprozessen an-fällt, denkbar.

Bei der Betrachtung des Energie-aufwands für die Herstellung muss die traditionelle Blähtonherstellung als Be-zugsbasis dienen. Diese gliedert sich wie das hier entwickelte Verfahren in die Verfahrensschritte Grobzerkleine-rung des Rohstoffs, Mahlung, Granu-lierung und die thermische Behand-lung im Drehrohrofen. Wird vereinfa-chend davon ausgegangen, dass sich die „kalten“ Verfahrensschritte im Ener-gieaufwand nicht unterscheiden und nur der thermische Prozess betrachtet, stehen sich Einsparungen und ein zu-sätzlicher Energieaufwand gegenüber (Tabelle 1). Die Einsparungen ergeben

nulierteller und Pelletiermischer eignen [8]. Nach der Applikation des Trenn-mittels erfolgt die thermische Behand-lung im Drehrohrofen. Die geblähten Granulate werden nach Verlassen des Kühlers klassiert, wobei das Trennmit-tel zumindest teilweise zurückgewon-nen werden kann.

Vom Verfahrensablauf her ist es denkbar, den Prozess zu untergliedern und auf mehrere Standorte zu vertei-len. Die Aufbereitung bis zum zerklei-nerten Mauerwerkbruch könnte in Recyclingunternehmen erfolgen. Die Herstellung der Grüngranulate muss ebenfalls nicht zwingend am Standort der Drehrohrofenanlage stattfinden. Die günstigste Variante ist jeweils un-ter Beachtung der regionalen Bedin-gungen zu ermitteln.

Im Hinblick auf den Verbrauch an Primärrohstoffen stellen Leichtgra-nulate aus Mauerwerkbruch ein na-hezu „primärrohstofffreies“ Produkt

Bild 13. Vereinfachter Herstellungsprozess für AufbaukörnungenFig. 13. Simplified manufacturing process for lightweight aggregates from masonry rubble

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7 Fazit

Die Projektergebnisse zeigen ein-drucksvoll, dass ein bisher nur für un-tergeordnete Einsatzgebiete genutztes Recyclingmaterial die Basis für ein hochwertiges Produkt sein kann. Vor-aussetzung ist, dass eine entsprechende Technologie zur Verfügung steht. Ein großer Vorteil der Blähgranulate aus Mauerwerkbruch ist, dass deren Her-stellung nahezu ohne Primärrohstoffe auskommt. Bei einer in du striellen Herstellung könnten die leichten Ge-steinskörnungen aus Mauerwerk-bruch zukünftig an die Stelle des Na-turbims treten oder anstelle von Bläh-tonen eingesetzt werden und so in Deutschland zur Neige gehende na-türliche Rohstoff ersetzen.

Dank

Das Forschungsprojekt „Aufbaukör-nungen“ wurde durch das Bundesmi-nisterium für Bildung und Forschung (BMBF) im Rahmen des Förder-schwerpunkts „r² – Innovative Techno-logien für Ressourceneffizienz – roh-stoffintensive Produktionsprozesse“ gefördert. Die am Verbundprojekt be-teiligten Forschungs- und Industrie-partner sind auf der Webseite www.aufbaukoernung.de aufgeführt.

Literatur

[1] Müller, A.: Das Rohstoffpotential von Bauabfällen. Müll-Handbuch. (in Vor-bereitung).

[2] Deutsche Rohstoffagentur DERA: Deutschland Rohstoffsituation 2010: Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe. Hannover, Dezember 2011.

[3] Riley, Ch. M.: Relation of Chemical Properties to the Bloating of Clays. Jour-nal of Am. Ceram. Soc. Vol. 34 (1951), pp. 123–128.

[4] Wilson, H.: Lightweight Aggregates for the Construction Industry. Journal of Can. Ce-ram. Soc. Vol 22 (1953), pp. 44–50.

[5] Lindemann, M.: Einflussgrößen auf die thermische Porosierung von Leicht-granulaten aus mineralischen Rohstof-fen. Bachelorarbeit Bauhaus-Universi-tät Weimar, 2012.

[6] Rübner, K., Schnell, A., Haamkens, F., Jakubcová, P., Müller, A.: Leichte Gesteinskörnungen aus Mauerwerk-bruch für die Betonherstellung. Ludwig, H.-M. (Hrsg.), Tagungsband 18. Inter-nationale Baustofftagung ibausil 2012, Band 2, Bauhaus-Universität Weimar, F.A. Finger-Institut für Baustoffkunde, Weimar 2012, S. 1058–1065.

[7] Rübner, K., Schnell, A., Haamkens, F., Jakubcová, P., Müller, A.: Leichtbeton aus Aufbaukörnungen. Chemie Inge-nieur Technik 84 (2012). H. 10, S. 1792–1797.

[8] Schindhelm, S., Schnell, A., Hennig, M., Schwieger, B., Müller, A., Teipel, U.: Aufbereitung von sekundären Bauroh-stoffen durch Agglomeration. Chemie Ingenieur Technik 84 (2012), H. 10, S. 1798–1805.

[9] Hannig, K, Wachtl, H.: Beitrag zur Ermittlung von Apparatekennlinien an Drehrohröfen für die Herstellung von Blähton. Dissertation Hochschule für Architektur und Bauwesen Weimar, 1983.

[10] Arendt, M.: Kreislaufwirtschaft im Baubereich: Steuerung zukünftiger Stoff-ströme am Beispiel Gips. Dissertation, Forschungszentrum Karlsruhe GmbH, Karlsruhe 2000.

[11] Müller, A.: Bauschutt ohne Gips. Steinbruch und Sandgrube (2012), H. 11, S. 40–45.

[12] Weimann, K., Matyschik, J., Adam, C., Schulz, T., Linß, E., Müller, A.: Optimie-rung des Rückbaus/Abbruchs von Ge-bäuden zur Rückgewinnung und Auf-bereitung von Baustoffen unter Schad-stoffentfrachtung (insbes. Sulfat) des RC-Materials sowie ökobilanzieller Ver-gleich von Primär- und Sekundärroh-stoffeinsatz inkl. Wiederverwertung. Umweltforschungsplan des Bundesmi-nisteriums für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit. Forschungskennzahl 3709 33 317. UBA-FB 001676. 2013.

[13] Müller, A., Schnell, A., Rübner, K.: Aufbaukörnungen aus Mauerwerkbruch. Chemie Ingenieur Technik 84 (2012), H. 10, S. 1780–1791.

Autoren dieses Beitrages:Prof. Dr.-Ing. habil. Anette MüllerIAB – Institut für Angewandte Bauforschung Weimar gemeinnützige GmbHÜber der Nonnenwiese 1, 99428 Weimar

Dipl.-Ing. Alexander SchnellBauhaus-Universität WeimarProfessur Werkstoffe des BauensCoudraystraße 7, 99421 Weimar

Dr. rer. nat. Katrin RübnerBAM Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfungUnter den Eichen 87, 12205 Berlin

Tabelle 1. Gegenüberstellung der Bilanzposten mit unterschiedlichem Energieauf-wand bei der Herstellung von Blähton bzw. Aufbaukörnung (Basiswerte aus [9])Table 1. Comparison between the energy required for the manufacture of expan-ded clay aggregate vs. lightweight aggregates from masonry rubble, broken down by process step (basis information by [9])

[kJ/kg Blähton] [kJ/kg Aufbaukörnung]

Aufheizvorgänge 1443 1225

Endotherme chemische Prozesse

Verdampfen der Feuchtigkeit 659 391

Dehydroxylation 241 0

Calciumcarbonatzersetzung 67 238

Calciumsulfatzersetzung 0 37

Exotherme chemische Prozesse

105 0

Summe 2305 1891

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