Beurteilung von aufbereiteten Bett- und Rostaschen aus der Müllverbrennung zur Herstellung von Beton

Abstract

Der steigende globale Bedarf an mineralischen Rohstoffen stellt die Bauwirtschaft vor erhebliche ökologische und gesellschaftliche Herausforderungen. Insbesondere Sand und Kies, die als wesentliche Bestandteile in der Betonherstellung Verwendung finden, sind stark nachgefragte Ressourcen, deren natürliche Vorkommen begrenzt sind. Diese Diplomarbeit untersucht Müllverbrennungsaschen in Form von Bett- und Rostaschen als Substitutionsmittel industriell hergestellte Gesteinskörnung (IGK) zum partiellen Ersatz von für natürlicher Gesteinskörnung (NGK), um Ressourcen zu schonen und einen Beitrag zur Umsetzung der Kreislaufwirtschaft zu leisten. Im Zuge der Arbeit wurden vier Müllverbrennungsaschen aus österreichischen Müllverbrennungsanlagen analysiert, bestehend aus jeweils zwei Bett- und zwei Rostaschen. Das zu beprobende Material wurde zunächst im Rahmen einer mehrstufigen Vorbehandlung bei der Firma Brantner am Standort Hohenruppersdorf aufbereitet. Anschließend erfolgte im Technikum der Firma IFE Aufbereitungstechnik GmbH sowie der Firma Binder + Co in Gleisdorf die Abtrennung schwach magnetische Bestandteile sowie von Nichteisenmetallen, gefolgt von der Entfernung von Glas. Danach wurde eine in der Literatur empfohlene passive Alterung der Gesteinskörnung durchgeführt. Die gewonnene industriell hergestellte Gesteinskörnung (IGK) wurde anschließend chemisch charakterisiert sowie mittels Siebung und Einzelkornsortierung klassifiziert. Auf Grundlage dieser Erkenntnisse wurden Betonmischungen hergestellt, bei denen die NGK durch den maximal zulässigen Anteil an IGK substituiert wurde. Die hergestellten Betone wurden gemäß ÖNORM B 4710 hinsichtlich ihrer Frisch- und Festbetoneigenschaften untersucht. Die Ergebnisse der Frischbetonprüfungen zeigten – mit Ausnahme des Ausbreitmaßes – überwiegend vergleichbare Werte zur Referenzmischung und waren insgesamt zufriedenstellend. Bei der Druckfestigkeit und dem E-Modul zeigten sich deutliche Unterschiede im Vergleich zur Referenzmischung, weshalb zwei der Mischungen nicht der Druckfestigkeitsklasse C 25/30 zugeordnet werden konnten. Nach Abschluss der Langzeituntersuchungen in Form einer Alkali-Kieselsäure-Reaktion und Schwindtests wurden die Probekörper mittels Bauschuttbrecher zerkleinert und erneut klassifiziert. Die dabei gewonnene rezyklierte Gesteinskörnung (R-Körnung) wurde gemäß Recycling-Baustoffverordnung (RBVO) chemisch sowie hinsichtlich relevanter physikalischer Kennwerte untersucht. Auf Basis dieser Ergebnisse wurden angepasste Betonrezepturen entwickelt und erneut geprüft. Die Ergebnisse zeigen, dass eine erneute Verwendung der IGK grundsätzlich möglich ist, jedoch insbesondere bei den Frischbetoneigenschaften eine erhöhte Streuung auftritt. Insgesamt besteht weiterer Forschungs- und Optimierungsbedarf, um eine gleichmäßige und normkonforme Betonqualität sicherzustellen.

The growing global demand for mineral resources presents significant ecological and social challenges for the construction industry. Sand and gravel, which are essential components in concrete production , are particularly high demand resources whose natural reserves are limited. this thesis deals explores the use if municipal solid waste incineration ashes – specific bottom and fly ash – as a substitute for natural aggregates (NA) to conserve resources and support the transition toward a circular economy. Four types of ashes from Austrian incineration plants were analyzed, comprising two bottom and two fluidized bed combustion bottom ashes. The material to be sampled was first processed in a multi-stage pretreatment process at the Brantner company in Hohenruppersdorf. This was followed by the separations of weakly magnetic components and non-ferrous metals at the facilities of IFE Aufbereitungstechnik GmbH and Binder + Co in Gleisdorf, followed by the removal of glass. Subsequently, passive aging of the aggregate, as recommended in the literature, was performed. The industrially produced aggregate (IGK) obtained was then chemically characterized and classified by sieving and individual grain sorting. Concrete mixtures were then prepared by substituting the maximum allowable amount of NA with IGA. Fresh and hardened concrete properties were assessed according to ÖNORM B 4710. With the exception of workability /slump flow), the fresh concrete properties were largely comparable to the reference mixture and were satisfactory overall. There were significant differences in compressive strength and modulus of elasticity compared to the reference mix, which is why two of the mixes could not be assigned to compressive strength class C 25/30. After completion of the long-term tests in the form of an alkali-silica reaction and shrinkage tests, the test specimens were crushed using a construction waste crusher and reclassified. The recycled aggregate (R-aggregate) obtained in this process was examined chemically and in terms of relevant physical characteristics in accordance wit the Recycling Building Materials Ordinance (RBVO). Based of these results, modified concrete mix designs were developed and tested again. The results show that reuse of IGK is possible in principle, but that there is increased variation, particularly in the properties of fresh concrete. Overall, further research and optimization are needed to ensure consistent and standard-compliant concrete quality.