Recyclingbeton – Baustoff der Zukunft?

28. Februar 2018

Dem Begriff „Recyclingbeton“ haftet ein gewisses negatives Image an. Wir sollten als Betonfachleute zukünftig von einem „ressourcenschonenden Beton“ oder auch „R-Beton“ sprechen. Denn bei dem Einsatz von rezyklierten Gesteinskörnungen im Beton verwerten wir in der Regel hochwertige Abbruchmaterialien aus der Bauwirtschaft. Ziel dabei ist es, ein umweltfreundliches, ökologisches und nachhaltiges Bauwerk zu erstellen.

Das Kreislaufwirtschaftsgesetz hat sich in sehr vielen Lebensbereichen bereits durchgesetzt. Wir schreiben auf „Recyclingpapier“, wir trinken aus „Glas- und Plastikrecyclingflaschen“ und wir bauen mit „Recyclingstahl“ Autos. Warum also nicht Bauwerke aus Beton mit rezyklierter Gesteinskörnung errichten?

Im Monitoringbericht der Initiative Kreislaufwirtschaft Bau werden jedes Jahr vielfältige Analysen und Trends rund um Bauabfälle und Bauschutt veröffentlicht. Die neuesten Zahlen von 2014 weisen rund 68 Mio. Tonnen Bauschutt und Straßenaufbruch aus, aus denen die rezyklierte Gesteinskörnung für den Beton gewonnen werden könnte. Dieses Material wird momentan schon zu 80-90% als Frostschutzschicht, Grabenverfüllungen und in der Asphaltindustrie verwertet. Der momentane deutschlandweite Einsatz im Beton liegt unter 1%.


Tabelle 1: Normative Grundlagen

Als vorrangige Aufgabe muss bei geeigneten Abrissobjekten der selektive Rückbau angestrebt werden. Nur so können durch gezielte Trennung der unterschiedlichen Baustoffe beim Rückbau ökonomische Vorteile bei der Herstellung der RC-Gesteinskörnung erzielt werden. Eine nachträgliche Trennung auf dem Recyclinghof vor oder nach der weiteren Aufbereitung ist zwar technisch möglich, verteuert jedoch die RC-Materialkosten. Nach der Aufbereitung (brechen und sieben) steht das RC-Material als gebrochene Gesteinskörnung in den üblichen Kornabstufungen 2/8, 8/16 und 16/32 zur Verfügung. Die Fraktion <2mm darf nicht eingesetzt werden.

Normative Regelungen
Die normativen Grundlagen (Bild 1) regelt eine Richtlinie des DAfStb „Beton nach DIN EN 206-1 und DIN 1045-2 mit rezyklierten Gesteinskörnungen nach DIN EN 12620“ und die im letzten Jahr neu erschienenen DIN 4226-101 und -102. In der Neuerscheinung sind die Einstufung der RC-Gesteinskörnung in 4 Typen (Typ1 und 2 für Beton nach DIN 1045-2 und Typ 3 und 4 für Beton außerhalb der DIN 1045-2), die Umweltverträglichkeit bezüglich gefährlicher Substanzen und die werkseigene Produktionskontrolle (WPK) geregelt (Bild 2). Damit entfällt das umständliche Prozedere einer abZ oder Zustimmung im Einzelfall für die Umweltverträglichkeit. Nunmehr reicht eine freiwillige Herstellererklärung. Diese Regelung hat zu einer deutlichen Vereinfachung beim Einsatz von RC-Material geführt.


Tabelle 2: Auszug aus DAfStb-Rili „Beton mit rezyklierter Gesteinskörnung“

Die Grenzwerte der Betonzusammensetzung gibt die DAfStb-Richtlinie vor. Hier werden in Abhängigkeit von den Expositionsklassen, Festigkeitsklassen und RC-Materialtyp 1 oder 2 maximale RC-Materialmengen vorgeschrieben.

XC1 – XC4                 max. 45% Typ 1 und            max. 35% Typ 2            (Innenbauteile)
XF1 und XF3             max. 35% Typ 1 und            max. 25% Typ 2            (Außenbauteile)
XA1                             max. 25% Typ 1 und            max. 25% Typ 2

  • Grundsätzlich darf kein rezyklierter Sand 0/2 eingesetzt werden
  • Einsatz nur bis zur Festigkeitsklasse C30/37 zulässig
  • Keine Verwendung bei Spannbeton und Leichtbeton

Die Anteile sind aus technischer Sicht so niedrig gehalten, weil wohlwissend, dass die Gesteinskörnung auch wesentliche Festbetoneigenschaften (z.B. E-Modul) mitbestimmt, keine Veränderung der statischen Berechnungen einhergehen darf. Somit kann jeder statische Entwurf sowohl mit Normalbeton oder mit R-Beton (nach Richtlinie) ohne Anpassung ausgeführt werden.

Der RC Material Hersteller stellt mit viel Aufwand die 4 üblichen Kornfraktionen her, von denen der Transportbetonhersteller maximal 2 Fraktionen (in der Regel eine Fraktion) abnehmen wird. Nach dieser Überlegung muss der Hersteller des RC-Materials ca. 5,5 Tonnen Bauschutt aufbereiten, um dann letztendlich 1 Tonne RC-Material 8/16 verkaufen zu können. Das nicht abgenommene Material muss in andere Baustoffe integriert werden. Dabei ist die Fraktion 0/2 am schwierigsten unter zu bringen.

In dem RC-Material dürfen je nach Einstufung in den Typ 1 oder Typ 2 unterschiedlich viele Anteile an Beton, Mörtel, ungebundene Gesteinskörnung, Mauerziegel und Kalksandsteine enthalten sein. Aber auch geringe und begrenzte Mengen an Asphalt, Kunststoffe, Gips, Glas und aufschwimmendes Holz und Dämmstoffe sind zulässig (Bild 2). Deshalb ist die WPK hier sehr wichtig. Auch wenn die Grenzwerte eingehalten werden, kann es bei dem gleichen Hersteller durchaus sein, dass es Schwankungen in der petrografischen Zusammensetzung der RC-Körnung gibt (Bild 3).


Bild 1: Petrografie unterschiedlicher RC-Gesteinskörnungen verschiedener Hersteller

Beim Einsatz von RC-Material im Beton muss auch eine eventuelle Alkalikieselsäurereaktion in Betracht gezogen werden. Die Richtlinie „Beton mit rezyklierten Gesteinskörnungen“ (09-2010) legt dazu fest, dass bei trockener Umgebung, also Feuchtigkeitsklasse WO, keine weiteren Bedingungen erfüllt werden müssen. Bei Bauteilen in feuchter Umgebung (WF) wird unterschieden in:

Herkunft des Altbetons bekannt und unbedenklich        keine weiteren Maßnahmen
Herkunft des Altbetons nicht bekannt                               E III-S
(es sei denn durch ein Gutachten wird die Unbedenklichkeit festgestellt)

Die Aussagen zur rezyklierten Gesteinskörnung in der Alkalirichtlinie (10-2013) sind zur RC-Richtlinie teilwiese widersprüchlich. Bei der Einstufung der Gesteinskörnung in die Alkaliempfindlichkeitsklasse E I werden die rezyklierten Gesteinskörnungen strikt ausgeschlossen. Im Abschnitt 4.4 der Alkalirichtlinie wird gefordert, dass die RC-Gesteinskörnung mittels Schnellprüfverfahren und gegebenenfalls mittels Betonversuch in der Nebelkammer eingestuft werden soll. Erfolgt dies nicht, so muss die RC-Gesteinskörnung der Alkaliempfindlichkeitsklasse E III-S zugeordnet werden, ganz egal ob der Altbeton bekannt und unbedenklich ist oder nicht.

Das Deutsche Institut für Bautechnik (DIBt) hat dazu wie folgt entschieden:
„….da die Alkalirichtlinie von 2013 den neueren technisch-wissenschaftlichen Stand gegenüber der RC-Richtlinie von 2010 widerspiegelt, sind die Vorgaben der Alkalirichtlinie bindend.“

Fazit: Rezyklierte Gesteinskörnungen ohne weiterführende AKR-Prüfungen sind prinzipiell in die Alkaliempfindlichkeitsklasse E III-S einzustufen.

In der Regel ist das kein Problem. Entsprechend der Alkalirichtlinie sind die erforderlichen Maßnahmen an die Feuchtigkeitsklasse und den Zementgehalt gekoppelt. Bis zu 350 kg/m³ Zement und Feuchteklasse WF sind keinerlei zusätzliche Maßnahmen vorzusehen. Darüber hinaus müsste ein Zement mit niedrigem wirksamen Alkaligehalt (na-Zement) eingesetzt oder eine gutachterliche Stellungnahme eingeholt werden. Neueste AKR-Untersuchungen des VDZ im Rahmen des Verbundforschungsvorhabens „R-Beton“ haben gezeigt, dass diese Regelung im Norden Deutschlands eine AKR nicht sicher verhindern kann. Hier müsste die Regel für E III-O oder E III-OF angewandt werden, die seit 2007 für Beton mit rezyklierter Gesteinskörnung nicht mehr existiert. Für beide Alkaliempfindlichkeitsklassen wurde damals für die Herstellung von Recyclingbeton ein Zement mit niedrigem Alkaligehalt (na-Zement) bei Feuchtigkeitsklasse WF vorgeschrieben. Über neue Regeln der AKR-Einstufung wird momentan diskutiert.

Bei der Herstellung von R-Beton fordert die DAfStb-Richtlinie „Beton mit rezyklierter Gesteinskörnung“ eine erweiterte Erstprüfung. Grundsätzlich sollten am Frischbeton die Rohdichte und der LP-Gehalt geprüft werden. In diesem Zusammenhang ist auch der zeitabhängige Konsistenzverlauf nach 10, 45 und 90 Minuten zu ermitteln. An der rezyklierten Gesteinskörnung ist sowohl die Kernfeuchte als auch die Oberflächenfeuchte zu bestimmen. Es wird auch eine Dosieranweisung für die nachträgliche Zugabe von Fließmittel gefordert. Die Festbetonrohdichte und die Betondruckfestigkeit sind dann wieder übliche Prüfungen im Rahmen der Erstprüfung.

Jeder Betonhersteller, der RC-Material im Beton einsetzt, muss dies im Lieferverzeichnis und auf dem Lieferschein für jeden kenntlich machen. Während der Betonproduktion ist darauf zu achten, dass das RC-Material bei jeder Anlieferung einer Sichtprüfung unterzogen werden muss und zusätzlich zur WPK je Produktionswoche die Kornrohdichte und die Wasseraufnahme nach 10 Minuten ermittelt werden muss.

Laboruntersuchungen

Um die Leistungsfähigkeit von R-Beton etwas besser beurteilen zu können, wurden Vergleichsprüfungen (normale GK und rezyklierte GK Typ1 und 2) in unserem Betonlabor, dem SCHWENK Technologiezentrum durchgeführt. Dabei wurde ein C25/30 F4 gemischt und Konsistenzverlauf, Fließmittelbedarf, Druckfestigkeit Schwindverhalten und E-Modul zu unterschiedlichen Zeiten ermittelt. Die Betonzusammensetzung erfolgte wie unten beschrieben:

300 kg/m³ Zement CEM II/A-M (V-LL) 42,5 N
40 kg/m³ Kalksteinmehl
w/z Wert 0,60
BASF Glenium Sky 681, Betontemperatur 20°C, Sieblinie A/B 16
Sieblinie A/B16
34% RC-Gesteinskörnung 2/16


Bild 2: Konsistenzverlauf der Betonmischungen

Die Auswertung der Frischbetonergebnisse ergab, dass der Beton mit RC-Material tendenziell mehr Fließmittel benötigt, um auf die gleiche Konsistenz zu kommen wie der Beton mit normaler Gesteinskörnung. Wie schon erwartet steifen die R-Betone in Abhängigkeit vom steigendem Ziegelanteil stärker zurück (Bild 4). Bei der Druckfestigkeitsprüfung haben die R-Betone zu jedem Prüfzeitpunkt etwas geringere Druckfestigkeiten (3-5 MPa Festigkeitsverlust). Die Ergebnisse der Schwindmessungen haben vorerst überrascht, weil der Beton mit RC-Material Typ 2 nachweislich weniger schwindet. Hier macht sich der hohe Ziegelsplittanteil positiv bemerkbar. Zum Einen speichern diese i.d.R. porösen Anteile das Wasser und führen so zu einer „inneren Nachbehandlung“, die zu höheren Hydratationsgraden, dichterem Gefüge und somit zu geringeren Schwindmaßen führen. Zum Anderen neigen thermisch behandelte Gesteinskörnungen zu weniger Schwindverformung. In Hinblick auf weitere mögliche Verformungen eines Bauteils, spielt der E-Modul auch im normalen Hochbau hin und wieder eine Rolle. Der Null-Beton liegt mit seinem Prüfwert von 31500 MPa leicht über dem Rechenwert nach Eurocode EC2 für C25/30 mit 31000 MPa. Durch den Einsatz des weicheren RC-Materials, besonders Typ 2, sinkt der E-Modul auf 28200 MPa. Dieser Fakt sollte im Auge behalten und bei Bedarf betontechnologisch eingegriffen werden.

Fazit
Bundesweit sind nur wenige größere „Leuchtturmprojekte“ mit R-Beton gebaut worden. Sicherlich auch dadurch geschuldet, dass bis Mitte 2017 noch eine allgemeine bauaufsichtliche Zulassung oder Zulassung im Einzelfall notwendig war. Durch die Vereinfachung besteht besonders im öffentlichen Bereich die Idee den R-Beton verstärkt einzusetzen. Die Umsetzung wird vorerst nur in Ballungszentren, wo ausreichend gut verwertbarer Bauschutt zur Verfügung steht, möglich sein. Der ökologische Vorteil von R-Beton darf nicht durch lange Transportwege der RC-Körnung geschmälert werden. Die Verwertungsquote der mineralischen Bauabfälle ist in Deutschland bereits sehr hoch. Zu einem durchschnittlichen Anteil von 95% gehen die aufbereiteten RC-Materialien in den Straßen- und Deponiebau. Es wäre ein falsches Zeichen, wenn die Verwertung im Beton soweit gesteigert werden würde, dass diese RC-Körnung dann im Straßenbau durch andere, natürliche Gesteinskörnung ersetzt werden müsste. Hier muss ein vernünftiges Gleichgewicht geschaffen werden und eventuell noch weitere Quellen für RC-Material erschlossen werden (z. B. Erdaushub von grober Gesteinskörnung trennen und dann brechen; der restliche Aushub kann wieder als Verfüllmaterial genutzt werden).

Es konnte gezeigt werden, dass die Herstellung von R-Beton technisch möglich ist. An jeder Betonmischanlage würde die Möglichkeit bestehen einen solchen Beton zu mischen und auszuliefern. Ob der Einsatz von R-Beton ökologisch sinnvoll ist hängt von vielen Faktoren ab. Die Wichtigsten sind dabei:

  • Transportentfernung Recyclingplatz zur Mischanlage
  • Kostenunterschied des RC-Materials zur normalen Gesteinskörnung
  • Verfügbarkeit (Menge und Kontinuität)
  • Sind zusätzliche Lager- und Dosiermöglichkeiten an der Mischanlage gegeben?
  • Gibt es ökonomische Anreize durch den AG? (R-Beton ist nicht billiger als Normalbeton !!!)
  • Gibt es regionale Hersteller von RC-Material, die alle Anforderungen erfüllen?

Die Beton- und Gesteinskörnungsindustrie sollte für den R-Beton positiv werben, um in den Köpfen der Betonanwender und Bauherren das Bewusstsein für den R-Beton zu wecken und zu stärken. So selbstverständlich, wie heute auf Recyclingpapier geschrieben wird oder uns andere Recyclingmaterialien in unserm täglichen Leben immer öfters begegnen, sollte es auch selbstverständlich sein, Beton mit rezyklierter Gesteinskörnung ohne wenn und aber auf unseren Baustellen zu akzeptieren.

Dipl.-Ing. Roland Mellwitz – SCHWENK Zement KG – Bauberatung

Recyclingbeton – Baustoff der Zukunft?

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