In Deutschland werden jährlich ca. 55 bis 60 Mio. t Recycling-Gesteinskörnungen aus Bauschutt in unterschiedlicher stofflicher Qualität aufbereitet und bislang größtenteils im Erd- und Straßenbau verwertet (Downcycling). Schätzungen zeigen, dass jeweils die Hälfte davon auf den Bestandteil Beton und gemischtes Mauerwerk entfällt. Während für grobe Recycling-Gesteinskörnungen nahezu kein Absatzproblem besteht, kann feine RC-Gesteinskörnung heute nur zu geringen Erlösen oder gar nicht vermarktet werden („Recyclingsand-Problem“). Das Ziel des geplanten Projekts ist die Entwicklung von CO₂-armen Mauersteinen (Öko-Mauersteine) durch eine hydrothermale Autoklavierung von RC-Brechsanden, die möglichst keine Primärbindemittel (Kalk) benötigen durch die Aktivierung von Kalk (bis 60 kg/t in Betonbruch enthalten). Im Rahmen von Vorversuchen wurde die grundsätzliche Realisierbarkeit des innovativen Ansatzes bereits punktuell nachgewiesen. Mit den vorgesehenen Untersuchungen sollen die Zusammenhänge zwischen den Rohstoffeigenschaften (Brechsande aus Beton, Kalksandstein und Ziegel, natürliche Gesteinskörnungen und Branntkalk), den verfahrenstechnischen Herstellparametern (Rezeptur, Mischvorgang, Verdichtung und Autoklavierung) sowie den qualitätskennzeichnenden Eigenschaftswerten der Öko-Mauersteine ermittelt und praxisnah modelliert werden. Für KMU (Recyclingunternehmen und Kalksandsteinwerke) wird praxisnahes Basiswissen geschaffen, welches ohne größere Investitionen direkt in die Produktionspraxis übertragen werden kann.

Bearbeitung: IWT-WT-MPA-Bauwesen, Bimolab gGmbH

Förderung: Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages

Antragstellung: Forschungsvereinigung Recycling und Wertstoffverwertung im Bauwesen e.V. (RWB)

Laufzeit: 01.05.2021 bis 30.04.2023

Kontakt:
Dipl.-Ing. Frank Hlawatsch
Telefon: +49421 53708 22
E-Mail: hlawatsch(at)mpa-bremen.de

Gipsabfälle insbesondere aus dem Gebäuderücklauf werden vielfach deponiert. Der Ausstieg aus der Kohleverstromung erzeugt eine Verknappung der Rohstoffquelle Gips und führt zu einem erhöhten Naturgipseinsatz. Auch Porenbetonbruch wird überwiegend deponiert, da eine mengenmäßig relevante Umsetzung bislang entwickelter Verwertungswege noch nicht erfolgt ist. Im grundlagenorientierten Forschungsvorhaben soll daher ein sulfatisch gebundener Mörtel unter erstmaliger Verwendung von Porenbeton-Brechsand zur Herstellung von neuen, innovativen Bauprodukten in Anlehnung an gängige Gipsbaustoffe entwickelt und erprobt werden. Hierzu wird zunächst Porenbetonbruch beschafft, aufbereitet und eingehend charakterisiert. Im Labor werden geeignete Rezepturen durch Substitution des Gipsanteils mit Porenbeton-Brechsand entwickelt und relevante mörteltechnische Eigenschaften bestimmt. Neben der Verwendung eines marktüblichen Gipsbinders soll auch ein Recycling-Gips (gebrannt zu Anhydrit) zum Einsatz kommen. Zudem wird die Recyclingfähigkeit des Recyclingprodukts untersucht. Hierzu soll das untersuchte Probenmaterial aus dem ersten Recyclingzyklus aufbereitet und daraus erneut sulfatisch gebundene Baustoffe hergestellt werden. Angestrebt werden zudem Produktionstests auf Anlagen eines Industriepartners. Sämtliche Untersuchungen sind ergebnisoffen und verstehen sich als systematische Grundlagenforschung für diese neue, innovative Arbeitshypothese mit dem Ziel, mit reduzierten Gips-Gehalten und maximalen Porenbeton-Brechsandgehalten neue, ressourceneffiziente sowie bautechnisch interessante Gipsbaustoffe herzustellen.

Dieses Projekt wird gefördert vom Bundesinstitut für Bau-, Stadt-, und Raumforschung im Auftrag des Bundesministeriums des Innern, für Bau und Heimat aus Mitteln der Zukunft Bau Forschungsförderung.

Bearbeitung: IWT-WT-MPA-Bauwesen

Förderung: Bundesinstitut für Bau-, Stadt- und Raumforschung im Bundesamt für Bauwesen und Raumordnung

Kooperationspartner: Hochschule Nordhausen / Thüringer Innovationszentrum für Wertstoffe

Kontakt:
Dipl.-Ing. Hakan Aycil
Telefon: +49421 53708 60
E-Mail: aycil(at)mpa-bremen.de

Bei Reet handelt es sich um einen Naturstoff, welcher als Baumaterial verwendet wird. Dies unterscheidet Reet, wie auch Holz, von den industriell hergestellten Baumaterialien, welche sich durch homogene Reproduzierbarkeit und somit einheitliche, oft über Modellhochrechnungen vorbestimmbare Eigenschaften kennzeichnen. Die Eigenschaftsentwicklung eines Naturstoffes kann zumeist nur über beispielhafte Langzeitversuche erkannt und darauf aufbauend eingeschätzt werden.

Zur Ergründung des Phänomens der vorzeitigen Verrottung von Reet als methodisch historisches Dachdeckungsmaterial wurde 2008/2009 in Kranenburg ein Modelldachversuch mit 13 Modelldächern aufgestellt. Hierbei wurden unterschiedliche Herkünfte und Beschaffenheiten von Reetmaterialien verwendet, um wertvolle Erkenntnisse über vergleichende Reihenuntersuchungen zum einsetzenden Verrottungsprozess zu gewinnen. Diese bisherigen Ergebnisse kommen der Erhaltung der Denkmallandschaft derzeit schon zu Gute, da sie in die Prüfverfahrensentwicklung und Grenzwertfestlegung für Reetqualitäten eingeflossen sind.

Doch gerade für die Gewinnung von Langzeitergebnissen ist eine kontinuierliche Untersuchung dieser Modelldachanlage von hohem wissenschaftlichem Interesse. In diesem Kurzzeitprojekt ist die Untersuchung der Modelldachanlage für das Jahr 2020, also 11 bzw. 12 Jahre nach Errichtung vorgesehen und finanziell durch das Niedersächsische Landesamt für Denkmalpflege abgedeckt.

Eine Weiterführung dieses Projektes, um weitere 5 bis 10 Jahre, würde wichtige Erkenntnisse zum Langzeitverhalten unterschiedlicher Reetqualitäten ermöglichen, da durch bereits langjährigem Bestehen der Anlage relativ kurzfristig Daten für den kritischen Alterszeitraum von 10 bis 20 Jahren eines Reetdaches erhoben werden könnten. Daher laufen die Bemühungen, dieses Projekt im Sinne der Denkmalpflege, auch für folgende Jahre finanziert zu bekommen.

Bearbeitung: IWT-WT-MPA-Bauwesen

Förderung: Niedersächsisches Landesamt für Denkmalpflege

Kooperationspartner: Sachverständigen- und Forschungsbüro Prof. h.c. Dr. Gunter B. Schlechte

Kontakt:
Dr. forest. Jana Gelbrich
Telefon: +49421 53708 23
E-Mail: gelbrich(at)mpa-bremen.de

Forschungsthema ist die Entwicklung einer neuen Kerntechnologie mit verbesserten Eigenschaften bei der Entkernung von Feingussbauteilen. Erforscht werden Kernmaterialien mit definiert druckstabilen Mikrohohlkugeln als Füllstoff, die nach dem Abguss durch gezielte Druckbeaufschlagung zum Kollabieren gebracht werden können („Kollapskern“). Dieser Effekt führt zum gleichzeitigen Verlust der strukturellen Stabilität des Kerns und zur Verringerung des Kernvolumens. Die Kernrückstände können anschließend ausgespült werden.

Das wissenschaftliche Ziel des Vorhabens ist es, ein tieferes Verständnis sowohl des Abbindeverhaltens des neuen Kernwerkstoffes, als auch der Einflussgrößen auf mechanische und technologische Merkmale zu erarbeiten. Zu diesem Zweck sollen Wechselwirkungen zwischen den verschiedenen Kernkomponenten bei der zum Kollaps führenden Druckbelastung sowie die Entwicklung der Eigenschaften über die gesamte Prozesskette experimentell untersucht und theoretisch erklärt werden.

Bearbeitung: IWT-WT-MPA-Bauwesen

Förderung: BMWi (IGF-Vorhaben Nr.: 20858 N)

Kooperationspartner: Fraunhofer Institut für Fertigungstechnologie und Angewandte Materialforschung (IFAM)

Kontakt:
Dr. rer. nat. Rebecca Horeis
Telefon: +49421 53708 27
E-Mail: horeis(at)mpa-bremen.de
 
M.Sc. Maike Peters
Telefon: +49421 53708 71
E-Mail: peters(at)mpa-bremen.de

Das Ziel des Vorhabens besteht darin, Hochofenschlacken, die bei der Herstellung von Zement in Form von Hüttensanden eingesetzt werden, noch effektiver zu nutzen. Dazu sollen die Hochofenschlacken noch im schmelzflüssigen Zustand mit einer innovativen Sprühtechnik besonders fein versprüht werden, um den aufwendigen Mahlprozess zu meiden und um die Vorteile der sich konzeptbedingt einstellenden ideal runden Kornform der Hüttensandkugeln in modernen und umweltfreundlichen Betonen zu nutzen.

Die hohe Viskosität der Hochofenschlacken führt bei der Zerstäubung zu unerwünschten Fasern. Dem soll u. a. durch die Erhöhung der Zerstäubergastemperatur entgegengewirkt werden, um die Ausbeute an gewünschten runden Partikeln zu steigern.

Einerseits entfällt dadurch das Granulieren, Trocknen und sehr energieintensive Mahlen der Hochofenschlacken zur Erzeugung von Hüttensanden. Andererseits lässt die erwartete ideal runde Partikelform der versprühten Hochofenschlacken Betone mit geringerem Zementbedarf als bei der Verwendung klassischer hüttensandhaltiger Zemente erwarten. Beide Einsparpotenziale lassen eine beachtliche Reduktion bisher anfallender CO₂-Emissionen in der gesamten Produktionskette des Konstruktionsbetons erwarten.

Bearbeitung: IWT-WT-MPA-Bauwesen / IWT-VT

Förderung: AUF-Programm zur Förderung der angewandten Umweltforschung aus Mitteln des EFRE und des Landes Bremen, Förderkennzeichen: AUF0014B

Dieses Vorhaben wird aus Mitteln des Europäischen Fonds für regionale Entwicklung (EFRE) gefördert.

Kooperationspartner: HS Bremen, Institut für Baustofftechnologie

Kontakt:
Prof. Dr.-Ing. Udo Fritsching
Telefon: +49 (0)421 218-51230
Email: ufri(at)iwt.uni-bremen.de

M.Sc. Maike Peters
Telefon: +49421 53708 71
E-Mail: peters@mpa-bremen.de

Das zum Patent angemeldete „Verfahren zur Herstellung eines Werksteins aus groben Porenbetonrezyklaten“ bietet erstmals einen Verwertungsweg für grobe Porenbeton(PB)-Granulate, an dessen Ende ein Werkstein mit Eigenschaften steht, die dem Primärbaustoff stark ähneln, so dass dieser recycelte Porenbeton auf nahezu demselben Niveau wiedereingesetzt werden kann.

Das Verfahren ist geeignet für grobe PB-Granulate, die mit steigender Korngröße vermehrt ungestörtes PB-Gefüge enthalten. Die groben PB-Granulate werden in eine Schalung in gewünschter Bauteil-Geometrie gefüllt. Der zwischen den PB-Granulaten verbleibende Haufwerksporenraum wird mit einer künstlich porosierten Matrix mittels eines Injektionsverfahrens verfüllt, deren Eigenschaften dem Porenbeton angeglichen wurden. Nach atmosphärischer bzw. autoklaver Härtung der Matrix, gefertigt auf Basis von Zement, Anhydrit oder eines Feinmörtels aus Zement, Kalk und Quarzmehl in Anlehnung an Porenbeton, ist der Recycling-Baustoff in individueller Form einsatzbereit.

Das Weiterentwicklungsvorhaben zielt darauf ab, die Recyclingfähigkeit des Porenbetons weiter zu erhöhen, in dem der bereits für einen Zyklus recycelte Porenbeton in Form des Leichten Schaumsteins für mindestens einen weiteren Zyklus erneut recycelt werden kann. Für mineralische Wandbaustoffe ein Novum.

Erreicht werden soll dieses Ziel, indem aufbereitete Leichte Schaumsteine (LS) in Form grober LS-Granulate (siehe Abbildung) mit dem zum Patent angemeldeten Verfahren erneut zu Leichten Schaumsteinen als recycelter RC-Baustoff gefertigt werden sollen. Im Fokus der Weiterentwicklungsarbeit steht neben den Bindemittel-Varianten Zement und Anhydrit insbesondere die autoklav gehärtete Variante, die um die PB- und LS-Granulate herum einen neues Porenbetongefüge bildet. Die Weiterentwicklung des Verfahrens wertet den Primärbaustoff Porenbeton durch seine Ausweitung der Recyclingfähigkeit auf hohem Niveau deutlich auf. Somit steigt die Verwertungschance für das beantragte Patent.

Bearbeitung: IWT-WT-MPA-Bauwesen

Förderung: BMWi (über Projektträger Jülich, Forschungszentrum Jülich GmbH)

Kontakt:
Dipl.-Ing. Frank Hlawatsch
Telefon: +49421 53708 22
E-Mail: hlawatsch(at)mpa-bremen.de