Pflastersteine und Stadtmöbel

Fertigteile aus Recyclingbeton

Bis heute wurde nur in wenigen Forschungsarbeiten die Verwendung von Betonfertigteilen mit recyceltem Zuschlag untersucht. Zudem gibt es keine Veröffentlichung über Beton, der im Rüttelpressverfahren verdichtet wird. Über solche Untersuchungen und die dazugehörigen Ergebnisse wird nachfolgend berichtet.

Angestrebt wurde ein Beton, der recycelten Zuschlag als Ausgangsmaterial und nicht nur als Zuschlagsmaterial oder Zusatzstoff zulässt und grundsätzlich zielt das Projekt auf einen hohen Anteil an recyceltem Material ab. Man suchte einen Beton, der einen höheren Prozentsatz an Recyclingmaterial zulässt als dies bei früheren Studien für andere Betonarten der Fall war. In diesen Untersuchungen wurde ein erdfeuchter Beton „gesucht“, der mit den Eigenschaften des reyklierten Zuschlags aus Mallorca zurechtkommt.

Mit dem Ziel, den Beton mit rezykliertem Zuschlag, der in den Brechanlagen oder ähnlichen Anlagen von Mallorca produziert wird, einer Nutzung zuzuführen, wurde die Herstellung von Fertigteilen aus Rüttelbeton untersucht. Die Untersuchung setzt hierbei ganz auf die Erforschung des Recyclingbetons. Die Idee dazu entstand aus der Absicht, den Kreislauf des Bau- und Abbruchschutts vernünftig zu beenden. Die Familie der Bauteile aus Rüttelbeton umfasst alle vorgefertigten Kleinteile, die mit Betonsteinmaschinen oder Betonverdichtern hergestellt werden (z.B. Blöcke, Pflas-tersteine, Zementfliesen, Bodenplatten, Bordsteine, Wasserkanäle, Ausrundungen, Hohlblocksteine, verlorene Schalungen usw.). Der rezyklierte Zuschlag aus Mallorca (Mac Insular) weist aufgrund seiner Heterogenität und seines Gehalts an unerwünschten Partikeln und Verschmutzungen einige Nachteile auf. Aus diesem Grund konzentrierten sich die Forschungsarbeiten auf kleine unbewehrte Fertigteile aus erdfeuchtem Beton.

Wegen ihrer geometrischen und mechanischen Merkmale wurden Pflastersteine in den Fokus der Untersuchung gestellt. Pastor, als Unternehmen mit eigenem Know-how im Bereich der Fertigteile für die Stadtmöblierung, setzt nun auch für diese Betonwarenart auf die Anwendung recycelter Betone und beginnt derzeit mit der Entwicklung einer Fertigungstechnik hierfür. Es wurden bereits die ersten Pilotstudien durchgeführt. Darauf wird am Ende des Beitrags näher eingegangen.

Der Ansatz besteht hier darin, Betone mit Recyclingzuschlägen für Nutzungszwecke mit geringeren mechanischen Anforderungen vorzusehen, da sie aufgrund ihrer Eigenschaften nicht als konstruktive Baustoffe eingesetzt werden können.

Im städtischen Umfeld gibt es stets eine große Vielfalt von Bauteilen, die für solche Nutzungen in Frage kommen: von Markierungssteinen in Fußgängerzonen bis zu dekorativen Mauerbekrönungen und Verblendsteinen im Garten- und Landschaftsbau sowie zahlreichen weiteren Anwendungen.

 

Problematik des rezyklierten Zuschlags von Mallorca und seine mögliche Verwendung im Beton

Die höhere Heterogenität von gemischten recycelten Zuschlägen, wie sie beispielsweise auf Mallorca produziert werden, führt zu einem Anteil an unerwünschten Partikeln und Verschmutzungen, die sich negativ auf die Fließbetone auswirken. Deshalb gilt deren Verwendung im Beton grundsätzlich als nicht empfehlenswert. Aus diesem Grund suchte man nach dem zulässigen Zuschlagsgehalt in trockenen Rüttelbetonen

Die Lebensdauer der Betonwaren stellt den problematischsten Faktor dar, denn diese wird durch mögliche Rissbildungen maßgeblich beeinträchtigt. Der Anteil an Verschmutzungen im rezyklierten Zuschlag, die Reaktionen auslösen können, die wiederum zu Rissen am Normalbeton führen, hat unterschiedliche Größenordnungen, wenngleich auch relativ geringe. Diese Rissbildung ist problematisch, besonders wenn diese Betone konstruktive sind oder in ihrer Nutzung hohen Belastungen ausgesetzt werden. Eine minimale Rissbildung stellt bei Pflastersteinen (und anderen Betonwaren aus Rüttelbeton) für öffentliche, ausschließlich dem Fußgängergebrauch dienende oder ornamentale Anwendungen, keine Beeinträchtigung im Gebrauch dar.

Bis jetzt, also zwei Jahre nach dem ersten Pilotprojekt, haben sich keine Risse in den Versuchsflächen gebildet. Hierbei ist anzumerken, dass Risse bei dieser Art von Belägen sehr häufig auftreten, wobei jedoch beobachtet wird, dass die Beläge dann trotzdem noch ihrer Nutzung gerecht werden.

Die Verwendung rezyklierter Zuschläge in Fertigteilen aus Rüttelbeton hat folgende Vorteile:

» Diese Elemente haben keine Bewehrung.

» Das niedrige Fließvermögen stellt keine Einschränkung dar sondern ist für die Bearbeitbarkeit dieser Betonart sogar wünschenswert. Aus diesem Grund erwachsen aus der Zugabe des feinkörnigen recycelten Zuschlags nicht die Probleme bezüglich Bearbeitbarkeit, wie sie bei Fließbetonen bekannt sind.

» Die Fertigteile aus Rüttelbeton bieten eine breit gefächerte Palette an Anwendungsmöglichkeiten für Bauteile zu allgemeinen Zwecken.

» Anwendbar für Fertigteile mit geringeren mechanischen und konstruktiven Ansprüchen.

» Es können Gussformen mit höherer Präzision verwendet werden.

» Es besteht eine größere Kontrolle über die Fertigungsvariablen.

 

Herstellung und Test der Prototypen

Als erste Prototypen wurden Pflastersteine 12,5 x 25 x 8, 10 x 20 x 8 und Blöcke 40 x 20 x 20 [cm] gefertigt und erprobt (Abb. 1). Alle wurden aus 100% recyceltem Zuschlag gefertigt. Die durchgeführten Prüfungen erfolgten normkonform [4, 5]: Druckprüfung für die Blocksteine, Spaltzugfestigkeit für die Pflastersteine und Maßhaltigkeit für die beiden Elemente. Die Maßüberprüfung ergab keinen signifikanten Schwund, sondern normgerechte Maßtoleranzen. Der rezyklierte Zuschlag ließ sich bei der Rüttelverdichtung gut verdichten. Die Blöcke wurden als Prüfkörper gefertigt und geprüft, um einen tatsächlichen Druckfestigkeitswert für einen im Werk hergestellten Recyclingbeton zu erhalten. Die Druckwerte der Blöcke und die Festigkeitswerte der Pflastersteine – beide aus 100% recyceltem Zuschlag hergestellt – sind akzeptabel und zufriedenstellend.

BlöckeFestigkeit (MPa)PflastersteineFestigkeit (MPa)100 % RecyclingGewünschtes R > 12 MPa100 % RecyclingGewünschtes R (>3,6)REIHE 110,5REIHE 13,1REIHE 212,5REIHE 23,2REIHE 311,5REIHE 33,2
Tabelle 1 Festigkeitswerte von im Werk gefertigten Recyclingbetonen: Blöcke und Pflastersteine.

Versuchsbelag mit RC-Pflastersteinen und Lebensdauerstudie

Angesichts der erhaltenen Ergebnisse entschied man sich zum Bau eines Pilot-Belags aus RC-Pflastersteinen im Werk, um deren Verhalten beobachten zu können. Nach zwei Jahren, die der Straßenbelag Benutzung und Klima ausgesetzt war, ist nach wie vor dessen gute Festigkeit (Trag- und Widerstandsfähigkeit) festzustellen. Er weist keine Rissbildung auf. An einigen Stellen gibt es minimale Abbröckelungen, was auf den Werksverkehr zurückzuführen ist (Abb. 2).

 

Erstes Pilotprojekt mit Belag im Einsatz unter Realbedingungen

Angesichts des guten Verhaltens des Pilotbelags entschied man, einen Versuchsbelag im tatsächlichen „Betrieb“ zu testen. Wenn der Pflasterbelag einer öffentlichen Nutzung ausgesetzt wird, kann dessen Verhalten unter echten Nutzungsbedingungen analysiert werden.        

Die neuen Umgestaltungen des zur Iglesia de Alcudia (Mallorca) gehörenden Fußgängerbereichs haben den Bau eines 300 m² großen Fußgängerstreifens ermöglicht. Für diesen Bau wurden zweischichtige RC-Pflastersteine verwendet. Die 8 cm dicke Tragschicht besteht zu 100% aus RC-Zuschlag. Die zweite Bettungsschicht (mit Rillen von 2 mm) wurde aus Naturmörtel gefertigt: Weißzement mit feinkörnigem kalk- und siliziumhaltigem Zuschlag. Die Pflastersteine wurden zweischichtig ausgebildet, um ihnen die von der technischen Bauleitung (Juan José Lemm, Straßenbauingenieur) gewünschte Farbe geben zu können. Angesichts der Erfahrungen aus dem Pilot-Belag (Werksgelände) wurde beschlossen, Silizium in den Belag einzubringen, um die Verschleißeigenschaften der Belagoberfläche zu verbessern.

 

Stadtmobiliar aus recyceltem Pflasterstein

Die letzte Phase, die Pastor in seinem F&E&I-Projekt (Forschung/Entwicklung/Innovation) für Recyclingbetone eingeleitet hat, ist die Fortführung eines nachhaltigen Stadtmöbeldesigns, wie es mit den Pflastersteinen begonnen wurde. Seit Anfang 2009 werden Bänke (Prototypen) aus Recyclingbeton für das Stadtmobiliar hergestellt. Für diese Betone wird als feine Körnung Zuschlag von 0 bis 8 mm aus der Brechanlage genutzt (derselbe, der auch für die Produktion der Pflastersteine verwendet wird). Als grobe Körnung wird Bruchabfall aus der Marmorwerkstatt von Pastor S.A. verwendet. Auf diese Weise wird ein Großteil der Abfälle aus dem eigenen Werk recycelt. Diese von Pastor S.A. recycelten Zuschläge weisen eine Granulometrie von 8 bis 16 mm auf. Auf diese Weise und bei einer Dosierung von 50% bleibt die Kontinuität der granulometrischen Kurve gewährleistet. Dieser Beton, praktisch zu 100% aus rezykliertem Gesteinsmaterial, hat hervorragende mechanische Eigenschaften. Der Grund dafür ist, dass Zuschläge aus dem Marmorwerk (Granite und metamorphes Gestein) eine viel höhere Druckfestigkeit aufweisen als die auf Mallorca verfügbaren kalkhaltigen Naturzuschläge. Auf jeden Fall setzt man auf einfache und strukturell weniger anspruchsvolle Designs, wenngleich einige Verhaltensprüfungen für komplexere Designs durchgeführt werden. Ziel dieses neuen Projekts ist es, eine Teilefamilie für Stadtmöbel zu finden, die problemlos mit Recyclingbeton hergestellt werden kann.

 

Zusammenfassung

Die recycelten Zuschläge wurden bestimmt, und die Zugabemengen des RC-Zuschlags ermittelt. Es wurden Probekörper aus Rüttelpressbeton mit den jeweiligen Mengen hergestellt und geprüft. Es wurden Betonblöcke und Pflastersteine mit 100% RC-Zuschlag hergestellt und auf Bruchfestigkeit geprüft. Es wurde ein Straßenbelag mit 100% RC-Pflastersteinen im Rahmen eines Pilotprojekts gebaut, wobei derzeit untersucht wird, wie sich dieser – dem Verkehr und Klima ausgesetzt – entwickelt. Die Ergebnisse dieser Untersuchungsreihe sind sehr zufriedenstellend. Nachdem die Qualität von Rüttelpressbeton mit rezykliertem Zuschlag beobachtet wurde, folgte vor kurzem eine erste Pflasterung im Rahmen eines Pilotprojekts in einem echten Bauvorhaben in der Gemeinde Alcudia (Mallorca). Seit kurzem werden auch Bauteile für die Stadtmöblierung entwickelt, die ebenfalls mit rezyklierten Zuschlägen produziert werden.



Xavier Espinar Albertí, Maschinenbauingenieur, arbeitete drei Jahre lang an einem Forschungsprojekt, um Fertigteile aus Rüttelbeton mit rezyklierten Gesteinskörnungen zu produzieren. Dieses Projekt wurde in einem Werk der Pastor S.A. in Santa Margalida, Mallorca vorgenommen. Darüber hinaus gewährte die Fundación Escolá R + D ein zweijähriges Stipendium für dieses Projekt. Im letzten Untersuchungsjahr war es auch möglich,  Pflastersteine aus Recycling-Zuschlägen vor Ort zu verlegen.  

2009 hat Pastor S.A. mit der Herstellung von Produktneuheiten für den Landschaftsbau begonnen aus Beton mit rezyklierten Zuschlägen begonnen. Außerdem wurden auch Prototypen von kleineren unbewehrten Fertigteilen produziert.

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