Verbundforschungsvorhaben "Nachhaltig Bauen mit Beton". Teilprojekt B: Potenziale des Sekundaerstoffeinsatzes im Betonbau / Sustainable concrete constructions. Part B: Potentials of the utilisation of secondary materials in concrete constructions of sustainability

In der vorliegenden Studie wird der Beitrag des Sekundaerstoffeinsatzes in der Zement- und Betonherstellung zur nachhaltigen Entwicklung exemplarisch herausgearbeitet. Das mehrstufige Bewertungsverfahren wird fuer den Einsatz eines neuen Sekundaerstoffs in der Zementklinkerherstellung am Beispiel des Betonbrechsandes erprobt. Die Untersuchungen an drei realen Zementwerken unter Beruecksichtigung von dort regional verfuegbaren Brechsanden zeigen, dass Betonbrechsand in der Regel den technischen Grundanforderungen fuer einen Einsatz genuegt. In einem Werksversuch konnte exemplarisch unter Einsatz von Betonbrechsand ein Klinker hoher Qualitaet hergestellt werden. Auf der Basis von rechnergestuetzten Modellen wurden der Einsatz von Betonbrechsanden in den Zementwerken simuliert und unter anderem die Auswirkungen auf die Energiebilanz und die Kohlendioxidemissionen ermittelt. Die Ergebnisse und die darauf aufbauenden Oekobilanzen zeigen, dass unter bestimmten Voraussetzungen der Einsatz von Betonbrechsand fuer die Zementklinkerherstellung oekologisch vorteilhaft sein kann. Dies gilt auch, wenn im Vergleich alternative Verwertungswege beruecksichtigt werden. Als Beispiele fuer die Verwertung von Sekundaerstoffen als Gesteinskoernungen wurden Muellverbrennungsaschen und Kesselsande in die Untersuchungen einbezogen. Muellverbrennungsaschen erfuellen zunaechst nicht die Anforderungen fuer die Verwendung als sekundaere Gesteinskoernungen im Betonbau, jedoch laesst eine weitere Aufbereitung ihren Einsatz technisch moeglich erscheinen. Die betrachteten Aufbereitungsverfahren reichen noch nicht aus, um die Dauerhaftigkeit der mit Muellverbrennungsaschen hergestellten Betone zu gewaehrleisten. Der fuer diese Aufbereitung zusaetzlich erforderliche Aufwand ist im Vergleich zur Gewinnung natuerlicher Gesteinskoernungen hoch, sodass alternative Verwertungswege aktuell vorteilhafter erscheinen. Der Einsatz von Kesselsand als sekundaere Gesteinskoernung im Beton ist moeglich. Oekologische Vorteile im Einsatz erscheinen insbesondere dann erzielbar, wenn die Betonrezeptur zur Erreichung der technischen Eigenschaften nicht angepasst werden muss. Fuer die Baustoffe Zement, Beton und Betonstahl werden auf einheitlichen Regeln beruhende oekobilanzielle Baustoffprofile bereitgestellt. Diese bilden eine Basis fuer weitergehende Lebenszyklusbetrachtungen von Bauwerken aus Beton. (A) ABSTRACT IN ENGLISH: The present study shall demonstrate exemplarily the contribution of the utilisation of secondary materials in cement and concrete production to sustainability. The multi-level assessment procedure is tested for the application of a new secondary material in cement clinker production using the example of concrete crusher sand. The investigations on three real cement works taking into account the regional available concrete crusher sands show that concrete crusher sand fulfils in general the basic technical conditions for application. Cement clinker of high quality could be produced by using concrete crusher sand in a large scale experiment. The use of concrete crusher sand was simulated on the basis of computer-based models and thus the impact on the energy balance and the CO2 emissions were investigated. The results and the life cycle assessment (LCA) calculations performed on this basis show that the utilisation of concrete crusher sand can be advantageous under certain conditions. This is also valid if alternative ways of utilisation are considered. Incinerator bottom ashes and bottom ashes from coal combustion were investigated as examples for the utilisation of secondary materials as aggregates. Incinerator bottom ashes initially do not fulfil the conditions for their use as secondary aggregates in concrete, but a further treatment could possibly lead to a utilisation from a technical point of view. The treatment considered in the present project is still not sufficient to ensure the durability of concrete which is produced by using incineration bottom ash. The efforts related to this additional treatment are high in comparison with the extraction of natural aggregates. Therefore alternative ways of utilisation currently seem to be advantageous. The use of bottom ash from coal combustion as secondary material in concrete is possible. Ecological advantages seem to be in particular possible, if the mix formula of concrete does not need to be adapted in order to achieve the necessary technical properties. Building material profiles by means of LCA are provided for cement, concrete and reinforcement steel on the basis of consistent rules. Those constitute the basis for LCA studies of construction works built by using concr