Aufbereitung von Betonabbruch

Eine Station der Kreislaufwirtschaft ist die Aufbereitung von Rückgebautem bzw. Abgebrochenem. Zerkleinerter Altbeton ist als Baustoff im Tief- und Straßenbau bereits weit verbreitet. Beton- und Mauerwerksbruch lassen sich aber auch für Recyclingbetone (RC-Betone bzw. R-Betone) wiederverwenden. Um den Bauschutt dafür aufzubereiten, sind anspruchsvolle Verfahren nötig.

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Rückbau und Abbruch

Ein geübter Blick auf historische Gebäude zeigt, dass etwa Mauerwerkssteine häufig wiederverwendet wurden. Um sie möglichst schadensfrei zu demontieren und vom Mörtel zu befreien, war viel Handarbeit und Zeit erforderlich. Das ist heutzutage anders: Auf vielen Baustellen sind Raupenfahrzeuge und Roboter mit Zangen, Bohrern und Schaufeln unterwegs, die spezialisierten Abbruchunternehmen gehören. Entsprechend grob wird vorgegangen. Dennoch lohnt sich ein selektiver Rückbau, schließlich schreibt die Gewerbeabfallverordnung für Erzeuger*innen von Bau- und Abbruchabfällen unter anderem die getrennte Erfassung von Beton (AVV 17 01 01) und Ziegelmaterial (AVV 17 01 02) vor. Es ist darüber hinaus sinnvoll, Kalksandstein und weitere Mauerwerksmassen getrennt zu erfassen.

Mineralische Bauabfälle sind oft Teil eines Gemischs, sprich dem Beton haften weitere Substanzen an. Dabei kann es sich zum Beispiel um Dichtstoffe oder Bewehrungsstahl handeln, aber auch um Schadstoffe. Entsprechende Grenzwerte sowie ihre Prüfung und Dokumentation sind normativ geregelt. Hier gelten die DIN 4226-101: Rezyklierte Gesteinskörnungen für Beton nach DIN EN 12620 – Teil 101: Typen und geregelte gefährliche Substanzen und die DIN 4226-102: Rezyklierte Gesteinskörnungen für Beton nach DIN EN 12620 - Teil 102: Typprüfung und Werkseigene Produktionskontrolle.

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Erste Aufbereitungsstufe

Für die erste Aufbereitungsstufe werden meist mobile Brecher- und Sortieranlagen an den Abbruchstellen aufgebaut. Beton- und Mauerwerksabbruch werden händisch bzw. robotergestützt vorsortiert (Upstream Verfahren), bevor sie in einem Backen- oder Prallbrecher landen. Alternativ kommen auch Zweiwellenzerkleinerer zum Einsatz. Beim Brechen entstehen Partikel verschiedenster Größen und auch ein erheblicher Anteil an Feinkorn. Es erfolgt eine erste Klassierung der Korngruppen, etwa in Splitt und Sand (Brechsand).

Selbst bei einem selektiven Rückbau haften noch Mörtel, Putze oder Dämmstoffe und andere sogenannte Störstoffe an den Bruchstücken. Daher ist nach dem Brechen das Sortieren der nächste wichtige Verarbeitungsschritt. Es werden nasse und trockene Sortierverfahren unterschieden:

• Beim Downstream-Verfahren, werden Partikel etwa nach ihrer Dichte getrennt, indem sie unterschiedlich schnell in einer Flüssigkeit zu Boden sinken.
• Das wichtigste trockene Sortierverfahren ist die Windsichtung. Ein Windsichter trennt Papiere, Folien, Holz und Dämmstoffe ab. Dabei durchlaufen die vorgebrochenen Baureste einen Windkanal, in dem schwerer Beton- und Mauerbruch nach unten fällt, während die leichten Partikel nach oben abgesaugt werden. 
• Bewehrungsstahl und andere Eisenteile entfernen Magnetabscheider, die über dem Materialtransportband am Brecher angebracht sind.

Bereits nach dieser Stufe kann das aufbereitete Material wiederverwendet werden, etwa als Verfüllmaterial im Straßen- und Tiefbau sowie in der Asphaltherstellung.

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Weitere Aufbereitungsstufen

Um qualitativ hochwertigen Recyclingbeton mit kontrollierbaren Eigenschaften herstellen zu können, müssen die mineralischen Komponenten (Sand, Kies/Splitt, Zementstein, Zusatzstoffe) weiter getrennt werden. Dazu wird das zerkleinerte, grob fraktionierte Material per LKW zu einer stationären Sortieranlage gebracht. Sie ermöglichen eine größere Vielfalt und Qualität der Recyclingprodukte. Fließbänder und Vibrorinnen transportieren den Betonbruch zu den weiteren Sieb- und Waschanlagen, Mühlen und Analysestationen. Sind etwa rundere, weniger kantige Kornformen gewünscht, durchlaufen die Fraktionen einen Kegelbrecher.

Bei der elektrodynamischen Fragmentierung (EDF) wird der Altbeton soweit gebrochen, dass er zwischen zwei Elektroden einer EDF-Anlage passt. Diese befinden sich in einem Wasserbecken. Dort werden die Bruchstücke gepulsten Hochspannungsentladungen ausgesetzt. Diese verlaufen exakt entlang der Korngrenzen der verschiedenen Bestandteile des Betonabbruchs. Ein Plasmakanal entsteht, der sie schließlich mit hohem Druck auseinandersprengt, sodass freigelegte Gesteinskörnungen unterschiedlicher Größe übrigbleiben und auch der Zementstein zerlegt wird. Seit 2022 gibt es für dieses Verfahren eine technische Regel: DIN SPEC 18212 Betonrecycling – Qualitätssicherung bei der elektrodynamischen Fragmentierung von Betonbruch.

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Beim sensorgestützten Freifallsortierverfahren werden die Abbruchpartikel im Fall von beiden Seiten mit einem kombinierten RGB-/NIR-Kamerasystem beleuchtet. Farbzeilenkameras helfen beispielsweise Ziegel in mineralischen Bauabfällen zu erkennen, während NIR-Kameras Fremd- und Störstoffe erfassen. Das digitale Bild erscheint auf einem Computer oder einer Auswerteeinheit, von wo ein Druckluftstrom oder eine Ventilbank ausgelöst werden kann, der das unerwünschte Material wegpustet.

Da die bisherigen Verfahren recht aufwändig sind, beschäftigen sich viele Forschende und Unternehmen mit Möglichkeiten der Vereinfachung. Das Start-up Optocycle und die Universität Tübingen testen etwa, wie sich mittels Kameras und KI-gestützter Bildauswertung die Zusammensetzung des Materials bereits an der Abbruchstelle, auf der Ladefläche des LKWs ermitteln lässt. Am Institut für Angewandte Bauforschung Weimar (IAB Weimar) wird an der laserinduzierten Plasmaspektroskopie (LIBS) geforscht. Sie soll helfen, Gipsputz von Mauerwerk zu trennen. Im Recycling-Technikum des IABs stehen außerdem eine Reihe von Versuchsanlagen, mit denen beispielsweise die Herstellung von Leichtgranulaten aus Betonabbruch erprobt wird (siehe Tipps zum Thema).

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Zementstein: Störstoff oder CO₂-Speicher

Beim herkömmlichen Brechen und Fraktionieren haftet noch sehr viel Zementstein (hydratisierter Zement) am Sand und Kies. Dieser gilt als Störstoff in der R-Beton-Herstellung, da er viel Wasser aufsaugt und mehr Zement und Zusatzmittel benötigt werden – mit negativen Folgen für die Betonqualität. Um den Zementstein vom übrigen Abbruchmaterial zu trennen, braucht es Scherkräfte mit geringen Drücken. Deshalb wird zum Beispiel auf Aufbereitungsverfahren zurückgegriffen, wie sie bei der Erzaufbereitung genutzt werden.

Der Zementstein kann aber auch dazu dienen, die Recycling-Gesteinskörnung mit CO₂ anzureichern. Dazu wird sich das Prinzip der Karbonatisierung (auch Carbonatisierung) zu Nutze gemacht. Bei dem Prozess nimmt der Beton Kohlendioxid aus der Umgebungsluft auf und bindet es. Die karbonatisierten Bereiche weisen eine höhere Druckfestigkeit auf und das Zementsteingefüge verdichtet sich. Natürlicherweise finden diese Vorgänge über die gesamte Lebensdauer eines Betonbauteils statt. Um den Prozess zu beschleunigen, durchläuft die Recycling-Gesteinskörnung spezielle Kammern, in denen sie CO₂ ausgesetzt ist und dieses aufnimmt. Ein solches Verfahren hat etwa das ETH-Spinoff Neustark entwickelt (siehe Tipps zum Thema).

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Wachsender Recyclingmarkt

Größtes Einsatzgebiet ist bisher der Straßen- und Tiefbau, wo der Betonabbruch primär für Tragschichten, Frostschutzschichten und Auffüllungen verwendet wird. Studien des Bundesverbands Baustoffe – Steine und Erden zeigen, dass in Deutschland nur ein sehr kleiner Teil der Recyclingbaustoffe wieder für Ortbeton und Betonfertigteile verwendet wird (0,7 % im Jahr 2018). Aus wirtschaftlicher Sicht ist R-Beton besonders interessant, wenn neben Altbeton auch Ziegel und Kalkstein aus dem Mauerwerksabbruch als Recycling-Gesteinskörnungen eingesetzt werden können.

Eine steigende Nachfrage nach Recyclingbetonen führt bereits dazu, dass sich große Beton- und Zementhersteller an der industriellen Aufbereitung beteiligen. Anfang 2023 verkündete ein Sprecher von Heidelberg Materials in einer Pressemitteilung: „Unser langfristiges Ziel ist es, eine Kreislaufwirtschaft zu etablieren und damit bei der Herstellung unserer Produkte dem Einsatz von rezyklierten Gesteinskörnungen Vorrang gegenüber Primärrohstoffen zu geben“ (siehe Literatur).

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