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SeRaMCo

Projekt untersucht Einsatz von Recycling-Beton in tragenden Fertigteilen

Von Alexandra Busch und Dr. Herbert Kahmer

Schnitt durch die Konstruktion des Referenzprojektes mit Elementdecke und Doppelwand.

Kirchardt. – Trotz normativer Grundlagen und ökologischer Anreize wird Recycling-Beton in Deutschland noch immer nur in geringem Umfang für tragende Bauteile realisiert. Beton-Betz ist Partner in einem EU-Projekt und startete ein Referenzprojekt. Schon im Jahre 2000 erstellte der Künstler Friedensreich Hundertwasser mit der "Waldspirale" in Darmstadt ein Gebäude mit Recycling-Beton (R-Beton). Bei diesem war der Anteil an rezyclierter Gesteinskörnung noch verhältnismäßig gering. Weitere Projekte in den folgenden Jahren hatten, bis auf wenige Ausnahmen, ein Volumen von weniger als 1000 m³.

In den Nachbarländern ist das Material Recycling-Beton bekannter und das Vertrauen ausgeprägter. In der Schweiz beispielsweise wird der Einsatz von Recycling-Beton gar nicht mehr gesondert gekennzeichnet. Ein Anteil von mindestens 15 % bei öffentlichen Baumaßnahmen soll einen Beitrag dazu leisten, dass Recycling-Betone auch mit Mauerwerksbruch im Hochbau eingesetzt werden.

Aktuelle Fördermaßnahmen, zum Beispiel das EU-Projekt "Secondary Raw Materials for Concrete Precast Products" (SeRaMCo), bieten im internationalen Austausch eine Wissensplattform. Ziel ist, weitere Pilotprojekte auszuführen. Der Hersteller von Betonfertigteilen Beton-Betz, Mitglied in der Qualitätsgemeinschaft für Betonfertigteile SySpro, ist Hauptpartner in SeRaMCo. Fokus ist derzeit, Baugenehmigungen für tragende Bauteile zu erhalten. Es sollen Außen- und Innenwände mit 20 cm Dicke und 18 cm dicke Decken zum Einsatz kommen.

In dem Projekt SeRaMCo ist Best Practice ein wesentlicher Punkt. So widmete sich Beton-Betz im ersten Schritt den eigenen Betonresten, die im Produktionsprozess anfallen oder sich aus Fehlbestellungen ergeben. Über Jahre kamen hier mehr als 2000 t zusammen.

Für die praktische Anwendung sammelte Beton-Betz über SeRaMCo entsprechendes Know-how. Der erste Fokus galt der Brechtechnik. Vorgaben für schonende Vorgänge und wirtschaftliche Abläufe übernahm Beton-Betz von SeRaMCo und legte sie bei der Vergabe der Brecharbeiten zugrunde.

Für R-Beton gelten folgende Regelungen: Die Richtlinie des Deutschen Ausschusses für Stahlbeton (DAfStb) "Beton nach DIN EN 206-1 und DIN 1045-2 mit rezyklierten Gesteinskörnungen nach DIN EN 12620" gilt für die sortenreine Verwendung von rezyklierten Gesteinskörnungen > 2 mm der Typen 1 und 2 zur Herstellung und Verarbeitung von Beton nach DIN EN 206-1 und DIN 1045-2 bis zu einer Druckfestigkeitsklasse von C30/37. Der gewonnene Zuschlag kann in Typ 1 nach DAfStb-Richtlinie eingestuft werden: Typ 1 muss mindestens 90 % Beton, Mörtel oder Mauersteine aus Beton und darf höchstens 10 % Mauerziegel, Kalksandsteine oder Porenbeton enthalten.

Nach DIN 1045-2 müssen Gesteinskörnungen in Alkaliempfindlichkeits- und Feuchtigkeitsklassen eingeordnet werden. Im Anwendungsbereich der Klasse WF nach Alkalirichtlinie dürfen Betone bis Expositionsklasse XC4 und XF1 und auch Betone mit hohem Wassereindringwiderstand nach DIN 1045-2, Abschnitt 5.5.3, verwendet werden. Damit können nach DAfStb-Richtlinie die üblichen Decken- und Wandbauteile des Wohn- und Gewerbebaus hergestellt werden, sofern der Anteil des Zuschlags auf 35 Vol.-% beschränkt ist.

Auch bei der Entwicklung der Betonrezeptur gaben Experten der SeRaMCo-Partner entscheidende Hinweise. Anhand der Laborstudien zeigten sich optimale Ergebnisse bis zu einer Beimischung von maximal 10 % Brechsand zu den avisierten 35 Vol.-% Brechkies, die zur Sicherheit auf 30 Vol.-% beschränkt wurden.

Die nun gefundene Rezeptur weicht also von den Möglichkeiten in derzeitigen deutschen Normen ab, insbesondere, da Brechsand in der DAfStb-Richtlinie nicht vorgesehen ist.

Für die natürliche Gesteinskörnung ist ein Verwendungsnachweis von Gesteinskörnungen nach DIN EN 12620 nötig, deren Konformität nach dem System 2+ nachgewiesen wurde (unter Beachtung der Regelanforderungen nach Tabelle U.1 aus DIN 1045-2: 2008-08 für alle verwendeten Korngruppen). Neben der stofflichen Zusammensetzung müssen (nach Tabelle 2 in Abschnitt 5.8 von DIN EN 12620:2008-07) etwa 20 Eigenschaften überprüft werden, zum Beispiel Form des Korns, Muschelschalengehalt, Feinanteile der groben Gesteinskörnung, Schwankungsbreite der Kornrohdichte und Frostbeanspruchung nach DIN 1367-1.

Für die Kornrohdichte 2/16 wurde ein Wert von 2,36 kg/dm³ festgestellt. Das lag unter dem natürlichen Material mit 2,56 kg/dm³ für Rheinkies 2/8 beziehungsweise 2,64 kg/dm³ für 8/16. Die Frostprüfung an der Korngröße 8/16 mm als Hauptkriterium ergab einen Masseverlust von 2,54 Masse-%. Dies entspricht der Klasse F4 nach DIN EN 12 620 als Regelanforderung. Für die Expositionsklasse XF3 ist die Klasse F2 (also 2 %) nicht ganz eingehalten. Für die natürliche Körnung wurde knapp 1 Masse-% bestimmt, also F1-Klasse.

Die Eigenschaften des Brechsands werden analog zu DIN EN 12620 für feine Gesteinskörnungen nachgewiesen. Für die Kornrohdichte wurde ein Wert von 2,3 kg/dm³ festgestellt. Das lag ebenfalls unter dem natürlichen Material mit 2,63 kg/dm³.

Wichtige Eigenschaften des R-Betons nach DAfStb-Richtlinie entsprechen im Wesentlichen denen von Normalbeton. Wenn zusätzlich Brechsand verwendet wird, muss der Anteil von Zement aus Gründen der Verarbeitbarkeit erhöht werden. Schon bei geringem Anteil von Brechsand weichen die Betoneigenschaften von den normativen Zahlenwerten ab, insbesondere der Elastizitätsmodul sowie Kriech- und Schwindeffekte. Insbesondere der E-Modul reduziert sich um etwa 10 %. Dies bedeutet, dass bei der Festigkeitsklasse C30/37 mit Ecm = 33 000 MPa der R-Beton in als C16/20 einzuordnen mit Ecm = 29 000 MPa ist. Der Tragwerksplaner muss diesen Einfluss berücksichtigen. In diesem Fall kann es zu größeren Werten bei der Schalungsüberhöhung kommen.

Ferner sind für die Bemessung nach Eurocode 2 Verbundversuche (als Pull-out-Versuch an 20-cm-Würfeln nach RILEM) erforderlich. Die Prüfungen ergaben, dass die Verankerungs- beziehungsweise Übergreifungslängen der Betonstäbe größer gewählt werden müssen als nach EC2.

Entsprechend wichtig ist die zusätzliche Produktionskontrolle nach DAfStb-Richtlinie. So ist ein Betonierkonzept vorzulegen. Insbesondere muss das erforderliche Zugabewasser in Abhängigkeit von der Feuchte der Gesteinskörnung ermittelt werden. Auch eine erweiterte Erstprüfung mit Veränderung der Konsistenz, Erhöhung des Konsistenzmaßes nach erstellter Dosiertabelle und Feuchtegehalt der Gesteinskörnung (Kernfeuchte und Oberflächenfeuchte) ist notwendig. Und die Produktion muss jede Woche bezüglich Kornrohdichte, Wassergehalt, Wasseraufnahme, Luftgehalt und Festigkeit kontrolliert werden.

Für Betonfertigteilwerke ist es kein besonders hoher Aufwand, auch tragende Bauteile in R-Beton auszuführen. Das hat die Vorbereitung des Referenzprojekts gezeigt. Wegen des Aufwandes der Güteüberwachung muss die bauaufsichtliche Zustimmung früh eingeholt werden.

Nach weiteren Referenzprojekten und Aussagen über die Gebrauchstauglichkeit kann in einer allgemeinen bauaufsichtlichen Zulassung ein zugeschärftes Überwachungsprozedere verankert werden. So wird die Wirtschaftlichkeit der zusätzlichen Aufwendungen eingefangen. Dabei können auch ökologische Aspekte von innovativen Betonrezepturen für den Zementersatz integriert werden, da die Herstellung von R-Beton ohnehin mit besonderen Aspekten verbunden ist.

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Alexandra Busch ist freie Baufachjournalistin. Dr. Herbert Kahmer ist Geschäftsführer der Qualitätsgemeinschaft SySpro-Gruppe Betonbauteile e. V.

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