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Dipl.-Ing. Alexander SchnellProf. Dr.-Ing. habil. Anette Müller
Fachtagung Recycling R´1022. und 23. September 2010
Aufbaukörnungenaus heterogenem Abbruchmaterial
2/23
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
3/23
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
12/23
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]
16/23
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
.-%]
21/23
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