Thermisch-mechanisch aktivierte Betonbrechsande als rezyklierte Bindemittel im Beton
Die Herstellung von Zementen für Betonbauteile ist mit erheblichen Umweltwirkungen verbunden. Maßgeblich verantwortlich hierfür ist das Brennen des Klinkers, bei dem ein hoher thermischer Energiebedarf und klimawirksame Emissionen von ca. 800 kg CO2-Äq. je Tonne Klinker benötigt wird bzw. entstehen. Während ersterer auf Brenntemperaturen von bis zu 1.450 °C zurückzuführen ist, entsteht CO2 aus den Brennstoffen und der Umwandlung der Klinkerrohstoffe. Durch die Verwendung alternativer reaktiver Zementhauptbestandteile wie Hüttensand, Steinkohlenflugasche oder calcinierter Tone lässt sich der Klinkergehalt in Zementen reduzieren. Die beiden erstgenannten Stoffe stehen jedoch zukünftig in sinkendem Umfang zur Verfügung. Eine Alternative können zudem Betonbrechsande darstellen, die in großer Menge verfügbar sind. Bei der mechanischen Aufbereitung von Betonbauteilen zu rezyklierten Gesteinskörnungen fallen Feinstoffe an, in denen sich hydratisierter Zement anreichert, sodass diese für den Austausch primären Sands im Beton wenig geeignet sind.
Vorliegende Versuche zeigen, dass hydratisierter Zement bei einer Aufbereitungstemperatur von lediglich 600 °C ohne Abgabe von CO2 dehydratisiert. Nach einer Mahlung kann damit Klinker substituiert werden, wobei ein Austausch von bis zu 30 M.-% nahezu ohne Einfluss auf die Festigkeit im Alter von 28 Tagen ist. Jedoch sinkt die Festigkeit mit steigendem Gehalt primärer Gesteinskörnung, wobei sich calcitische Sande stärker auswirken als silicatische. Sind in den Betonbrechsanden Hydratphasen aus Flugasche oder Hüttensand enthalten, wird die Festigkeitsbildung nach der thermischen Aktivierung positiv beeinflusst. Wärmeflusskalorimetriemessungen zeigen, dass die Rehydratation aktivierter Betonbrechsande schneller erfolgt als die Hydratation von Portlandzement, wobei ähnlich hohe Frühfestigkeiten erreicht werden. Erste, vielversprechende Ergebnisse von Dauerhaftigkeitsuntersuchungen lassen auf breite Anwendungsmöglichkeiten schließen.
