Dipl.-Ing. Alexander SchnellProf. Dr.-Ing. habil. Anette Müller

Fachtagung Recycling R´1022. und 23. September 2010

Aufbaukörnungenaus heterogenem Abbruchmaterial

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Abfallströme im Bereich Bauschutt

Aktuelle Daten für Deutschland:Aufkommen an Bauschutt: 57 Mio. t/a (ohne Straßenaufbruch und Bodenaushub)Recyclingquoten 1995 bis 2008: 68 bis 73 %; stagnierend Einsatzbereiche: Tiefbau, Landschaftsbau Anteil Recycling im Hochbau (als rezyklierte Gesteinskörnung): < 5 %Verwertungsdefizite bei Mauerwerkbruch und SandfraktionenDeponieraum begrenztVerbundbaustoffe zukünftige Probleme beim Recycling

Fazit:Jährlich werden 15 bis 18 Mio. t Bauschutt nicht verwertetBedarf an neuen Trenn- und Sortierverfahren und/oder Verfahren zur stofflichen Verwertung

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Zielsetzung und Lösungsansatz

Ziel: Leichtgranulate aus heterogenen mineralischen BauabfällenAnwendungspotentiale für das Produkt:

Zuschlag für LeichtbetonSchüttung zur Wärme- und SchalldämmungTrägermaterial zur Mykorrhiza-Bildung, Pflanzgranulat

Lösungsansatz: Stoffliche Verwertung nach folgendem Prozessschema:

Zerkleinerung – Homogenisierung – Formgebung – Thermische Stabilisierung

Brecher – Kugelmühle – Intensivmischer – Drehrohrofen

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Leichtgranulate: Einsatzgebiete und Anforderungen

Bereich 1: Betonzuschlag und SchüttungSchüttdichten < 800 kg/m³, möglichst geringer (< 300 kg/m³)Kornfestigkeit > 1 N/mm², möglichst höherKorndurchmesser: 2 bis 8 mmKeine betonschädlichen Bestandteile (z.B. Chloride) Für Schüttungen: Geruchsneutral, nicht brennbar

Bereich 2: PflanzgranulatBiologische Verträglichkeit Korndurchmesser und -form:

Als Hydrokultursubstrate: 2 bis 4 mm, „rund“Als Beimischung: 1 bis 6 mm, „rund“

Quelle: Amykor GmbH

Bereich 3: Trägermaterial für MykorrhizaOptimale Porendurchmesser (um 250 µm)Offene PorositätBiologische VerträglichkeitKorndurchmesser und -form: 2 bis 4 mm, gebrochen

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Ausgangsmaterialien

Bau- und Abbruchabfälle

Mauerwerkbruch (MW 0/8, 0/32 und 8/32)Vorsiebmaterial (MW VS)Kalksandsteinbruch (KS 0/32)Porenbetonbruch (PB 0/32)Betonbruch (B 0/32)

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Ausgangsmaterialien: Sortieranalyse

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Ausgangsmaterialien: Chemische Analysen

Ausgangsmaterialien im ternären System SiO2 - Al2O3 - Flussmittel (FM)(Flussmittel = CaO + MgO + Fe2O3 + Na2O + K2O)

Bereich für blähfähige Tonrohstoffe:nach RILEY (1951)nach WILSON (1953)

Chance zur stofflichen Verwertung?

Quelle: BAM

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Zusatzstoffe und Referenzmaterial

Zusatz- und Hilfsstoffe (Trenn- und Porosierungsmittel)

Chemische Porosierungsmittel: Siliciumcarbid (SiC), Gasfreisetzung im Bereich der SchmelzphasenbildungAlternative: SiC-haltige Reststoffe

Trennmittel für Brennprozess im Drehrohrofen: Korundmehl mit mittl. Korndurchmesser von 2 µm

Referenzmaterialien für vergleichende Untersuchungen

Marktübliche Blähtone mit unterschiedlichen Rohdichten

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Agglomeration

Tests mit Mehlen aus Mauerwerkbruch (Größtkorn 100 µm)

Granulierversuche mit Intensivmischer lieferten positive Ergebnisse:

Mischen und Agglomerieren in einem Arbeitsschritt im Chargenbetrieb möglich

Quelle: Gustav Eirich Maschinenfabrik

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Thermische Behandlung im Drehrohrofen

Rezeptur:

97 M.-% MW 03 M.-% SiC

Trennmittel:

Al2O3

Brennprozess:

Versuch Ofen Solltemp. max. Temp. Brand Drehzahl Neigung Durchsatz

[°C] [°C] [min-1] [%] [l/h]

MW 0 (Brand 2x) 1240 1180 2x 8,00 4,5 1 bis 3

MW 0 (Brand 1x) 1245 1185 1x 9,00 4,5 2 bis 3

MW 0-S (Brand 1x) 1241 1192 1x 9,00 4,5 2 bis 3

Gero DRF 100-

750/13

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Thermische Behandlung: Temperaturprofil

Temperatur-Zeit-Kurve des Drehrohrofens (bei Geräteeinstellung: 1245 °C)

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

0 40 80 120 160 200 240 280 320 360 400 440 480

Zeit [s] (0 = Einlass, 480 = Auslass)

gem

esse

ne T

empe

ratu

r [°C

]

Verweilzeit: ca. 8 Minuten, davon ca. 4 Minuten > 1000 °C

Kontinuierlicher Betrieb, Durchsatz 2 bis 3 l/h

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Ergebnisse: Sieblinien der Chargen nach dem Brennen

Zielkorngröße 2-8 mm: Ausbeute > 90 % (Bereiche Beton/ Pflanzgranulat)

Zielkorngröße 0-2 mm: Ausbeute > 80 % (nur für Bereich Pflanzgranulat)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

31,5168420

Maschenweite [mm]

Sieb

durc

hgan

g [M

.-%]

MW 0-S (Brand 1x)MW 0 (Brand 2x)MW 0 (Brand 1x) 1MW 0 (Brand 1x) 2MW 0 (Brand 1x) 3MW 0 (Brand 1x) 4MW 0 (Brand 1x) 5MW 0 (Brand 1x) 6

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Ergebnisse: Sieblinie Grüngranulat vs. Endprodukt

Volumen nimmt um 70 Prozent zu (über alle Kornklassen)

Brand: 1x

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 1 2 3 4 5 6 7 8

Korngröße [mm]

Dur

chga

ng [V

.-%] Grüngranulat

Gebranntes Granulat

14/23

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

14000

16000

18000

1,00

bis

1,03

1,03

bis

1,06

1,06

bis

1,09

1,09

bis

1,12

1,12

bis

1,15

1,15

bis

1,18

1,18

bis

1,21

1,21

bis

1,24

1,24

bis

1,27

1,27

bis

1,30

Sphärizitätsklasse

Par

tikel

anza

hl Grüngranulat

Gebranntes Granulat

Nach Brenn- und Blähvorgang: deutlich mehr Granalien der

Ergebnisse: Zirkularität Grüngranulat vs. Endprodukt

Zirkularität 1 bis 1,06

„Rundung“ durch Blähvorgang

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Ergebnisse: Schüttdichten

Zielbereich (< 800 kg/m³) erreicht – weitere Absenkung sinnvoll

420 420564

667 617

0

200

400

600

800

1000

1200

MW 0-

S (1x

) 1/2

MW 0

(1x) 2

/4

MW 0

(1x) 4

/8

MW 0

(2x) 2

/4

MW 0

(2x) 4

/8

Sch

üttd

icht

e [k

g/m

³]

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Ergebnisse: Porosität

Konstante Porosität, kaum Abhängigkeit von Kornfraktion

Porosität beim 2. Brennvorgang: + 13 %

77,1 79,3

63,9 63,7 66,4

0102030405060708090

100

MW 0-

S (1x

) 1/2

MW 0

(1x) 2

/4

MW 0

(1x) 4

/8

MW 0

(2x) 2

/4

MW 0

(2x) 4

/8

Poro

sitä

t (au

s R

ein-

und

Roh

dich

te) [

%]

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Ergebnisse: Einzelkornfestigkeit

Messung der Einzelkornfestigkeit mittels TablettenprüfgerätGrund: Sehr geringe Probemengen sind ausreichend (20 Granalien)

Gerät: Pharma Test PTB 511

Korreliert trotz hoher Streuung mit Druckzylinderverfahren nach

DIN EN 13055-1

Quelle: PHARMA TEST AG

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Ergebnisse: Einzelkornfestigkeit und Rohdichte

Zielbereich für Kornfestigkeit (> 1 N/mm²) erreicht

Absenkung der Rohdichte bei konstanter Kornfestigkeit wünschenswert

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Ergebnisse: Einzelkornfestigkeit, Schwankungsbreite

Große Schwankungsbreite (über 20 Einzelwerte) bei allen Materialien

Schwankungsbreite steigt mit zunehmender Druckfestigkeit u. Rohdichte

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Ergebnisse: Wasseraufnahme

Referenzmaterial und RC-Granulate mit Rohdichten um 1 g/cm³

Prüfung nach DIN EN 1097-6

Deutlich geringere Wasseraufnahme als vergleichbare Blähtone

17,915,5

20,622,2

11,3 11,1

0

5

10

15

20

25

Bt A

8 1/4

Bt A

5 4/8

Bt B

1 2/4

Bt B

2 4/8

MW 0

(1x) 2

/4

MW 0

(1x) 4

/8

Was

sera

ufna

hme

nach

24

h [M

.-%]

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Zusammenfassung

AusgangsmaterialienSortieranalyse: InhomogenitätChemische Analyse: HomogenitätPrinzipielle Eignung als Rohstoff: Ja

GrüngranulatherstellungMischen + Granulieren: Intensivmischer favorisiertTransportfestigkeit: Gut

Gebrannte GranulateDruckfestigkeiten und Rohdichten: Vergleichbar mit ReferenzWasseranspruch: Geringer als ReferenzZielkorngrößen: ErreichtPorendurchmesser für Bereich Mykorrhiza: Günstig

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Ausblick

Ziel 1: Absenkung der Schüttdichten auf < 300 kg/m³Variation Ausgangsmaterial Variation Zugabemenge SiCVariation technische Parameter Drehrohrofen

Ziel 2: Prozessoptimierung hinsichtlich minimaler KostenTests mit SiC-haltigen Reststoffen Variation technische Parameter Granulier- und BrennprozessVergleich Rollgranulierung vs. Mischgranulierung

Ziel 3: Maximale Reproduzierbarkeit und Umsetzung in die PraxisMörtel- und BetonversucheUntersuchungen zur Gleichmäßigkeit von MauerwerkbruchUpscaling auf halbtechnischen Maßstab: Granulier- und Brennprozess

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Recycling R´10

Vielen Dank!

www.aufbaukoernung.de

www.uni-weimar.de/bauing/aufber

Aufbaukörnungen�aus heterogenem Abbruchmaterial���Abfallströme im Bereich BauschuttZielsetzung und LösungsansatzLeichtgranulate: Einsatzgebiete und AnforderungenAusgangsmaterialienAusgangsmaterialien: SortieranalyseAusgangsmaterialien: Chemische AnalysenZusatzstoffe und ReferenzmaterialAgglomerationRecycling R´10