Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Verbesserung der Energieeffizienz und Reaktivität durch separate Mahlung von Ziegelbrechsand für den Einsatz in Portlandpuzzolanzementen

An die Hersteller von Steine-Erden-Produkten richten sich immer schärfere Anforderungen an Rohstoffproduktivität, Energieverbrauch, Ressourceneffizienz, Nachhaltigkeit und Klimaschutz. Bei der Wiederverwertung von Ziegelbruch aus Produktion und Recycling sind zudem qualitative Mindestanforderungen zu erfüllen. Mit dem Einsatz puzzolanisch reaktionsfähiger Ziegel als Hauptbestandteil im Zement ist eine Reduzierung des Klinkergehaltes bzw. eine Senkung der CO2-Emissionen bei der Zementherstellung möglich. Eine ressourceneffiziente Kreislaufwirtschaft ist jedoch erst dann gegeben, wenn aus Aufbereitung und Verwertung der Ziegel kein zusätzlicher Bedarf an Energie entsteht. Die KMU der Ziegelindustrie sind aufgrund ihrer geringen Größe zumeist nicht in der Lage, eigene Forschungsabteilungen zu unterhalten. Mit branchenübergreifender Baustoffforschung können die KMU der Ziegelindustrie drängende Fragen gemeinsam mit der Zementindustrie beantworten und Forschungsbedarfe beider Branchen bündeln. Insb. die KMU profitieren von den Ergebnissen gemeinsamer Aktivitäten.

In Laborversuchen sollen sieben Ziegelbrechsande unterschiedlicher Herkunft/Qualität separat gemahlen werden. Die Mahlfeinheit soll jeweils stufenweise (bis zu drei Stufen) heraufgesetzt werden. Je Mahlstufe sind die Mühlenparameter, der spezifische Energiebedarf, die granulometrischen Eigenschaften und die Reaktivitäten des Ziegelmehls auszuwerten (Optimierungsversuche). Auf Basis einer statistischen Versuchsplanung sollen die Ziegelmehle (bis zu 30 M.-%) mit CEM I 42,5 R bzw. 52,5 R zu Versuchszementen (in Anlehnung an Portlandpuzzolanzemente) gemischt und untersucht werden. Die Zementeigenschaften müssen den Anforderungen der EN 197-1 genügen. Untersuchungen am Mörtelgefüge und Beton sollen die Ergebnisse bestätigen. Es soll gezeigt werden, dass mit separater Mahlung von Ziegelbruch die Energieeffizienz und die Reaktivität verbessert werden u. somit eine Verwertung von Ziegel im Zement technisch möglich ist.

Ergebniszusammenfassung:

Mit zunehmender Mahlfeinheit steigt der Energiebedarf zur Mahlung von Ziegelbruch (ZB) und Mauerwerkbruch (MWB) exponentiell an, wobei zur Mahlung von MWB ca. dreimal so viel Energie benötigt wird wie für ZB. Verglichen mit Zementklinker oder Hüttensand benötigt die Mahlung von ZB deutlich weniger Energie.

Es konnte nachgewiesen werden, dass beim ZB die Menge an löslichem Al2O3 mit dem Gehalt an (Meta-)Illit, der ein Calcinierungsprodukt der Tonminerale ist, korreliert. Sowohl die Menge des freigesetzten Al2O3 als auch der Gehalt an (Meta-)Illit sind beim ZB deutlich höher als beim MWB. Die 28d-Druckfestigkeit der Zemente korreliert bei den ZB-Proben ebenfalls gut mit dem löslichen Al2O3. Zemente mit ZB erzielen höhere Druckfestigkeiten als Zemente mit MWB.

In diesem Projekt konnten Betone unter Verwendung von R-Zementen mit 30 M.-% gemahlenem Brechsand aus ZB bzw. MWB hergestellt werden, die die wesentlichen Zulassungskriterien des Deutschen Instituts für Bautechnik erfüllen. Der Ersatz von 30 M.-% Zementklinker durch andere Bestandteile hat mehrere positive Effekte:

1. Natürliche Ressourcen werden geschont, da weniger Rohstoffe für die Zementklinkerproduktion benötigt werden.

2. Die Herstellung von Zementklinker ist ein energieintensiver Prozess. Durch teilweisen Ersatz des Zementklinkers wird nicht nur der CO2-Ausstoß reduziert, sondern auch die Produktionskosten gesenkt, da weniger Erdgas benötigt wird.

3. Die Mahlung von Ziegelbruch benötigt weniger Energie als die Mahlung von Zementklinker

4. Da weniger Bauabbruch deponiert werden muss, werden die Deponiekapazitäten geschont.

5. Die Ziegelindustrie designt ihre Produkte schon heute so, dass am Lebenszyklusende ein möglichst sortenreiner Rückbau möglich ist. Gleichzeitig werden auch die Ergebnisse bei der maschinellen, sortenreinen Trennung von Bauschutt immer besser. Für die Ziegelindustrie ergibt sich daher ein neues Recyclingkonzept.