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Gezielte Karbonatisierung rezyklierter Gesteinszuschläge zur simultanen Nutzung von Betonbruch und Verbesserung der Materialeigenschaften als Beitrag zur CO2-Minderung. Abschlussbericht
Die vorliegende wissenschaftliche Arbeit befasst sich mit der gezielten Karbonatisierung von rezyklierten Gesteinskörnungen. Das Ziel der Untersuchung bestand darin, in Betonbruch ein Maximum an CO2 dauerhaft chemisch zu binden und gleichzeitig die Materialeigenschaften der Betonrezyklate so zu verbessern, dass diese primärstoffvergleichbare Qualitäten erreichen. Durch die gezielte Karbonatisierung kommt es zu einer dauerhaften Isolation von CO2 aus der Atmosphäre. Ein Beitrag zur Reduzierung des anthropogenen Treibhauseffekts wäre denkbar, da CO2 der Atmosphäre auf Dauer entnommen wird. So könnte sich die Baustoffrecyclingindustrie an dem laufenden Prozess, dem Klimawandel entgegenzuwirken, entsprechend ihren Möglichkeiten beteiligen. Die Verbesserung der Materialeigenschaften und der damit mögliche hochwertige Einsatz von rezyklierten Produkten würden zu dem die Ressourcen schonen. Bis zum gegenwärtigen Zeitpunkt wurde das Potential der Karbonatisierung nicht genutzt. In Bauwerksbetonen wird versucht, die Karbonatisierungsreaktion zu unterbinden, da sie den passiven Korrosionsschutz der Bewehrung aufheben kann. Bei rezyklierten Gesteinszuschlägen spielt dieser Korrosionsschutz keine Rolle, weil bei der Betonherstellung aus Rezyklaten der Korrosionsschutz durch die erneute Zementzugabe gewährleistet wird. Deshalb wurde bisher nur untersucht, wie die Karbonatisierung aufgehalten werden kann. Mit der Fragestellung, wie die Karbonatisierung zu beschleunigen ist und ob damit die gewünschten Eigenschaftsverbesserungen zu erreichen sind, wird also völliges Neuland betreten. Im Vorfeld der Versuche wurde eine Versuchsapparatur geplant und im Labormaßstab technisch umgesetzt. Die sich dann anschließenden Versuche befassten sich zu Beginn mit der Karbonatisierung von Zementstein. Nach umfangreichen jedoch noch nicht abgeschlossenen Versuchsreihen, erfolgte die Karbonatisierung von Modell- und Praxisbetonen. Bei allen Versuchen und den anschließenden Analysen der Proben konnte die beschleunigte Karbonatisierung nachgewiesen werden. Es wurde CO2 chemisch in CaCO3 eingebunden. Die in den Poren wachsende Kristallmatrix aus Calcit verminderte die Kapillarporosität. Gleichzeitig nahm die Gelporosität, die den strukturbestimmenden Hydratphasen des Zementsteins zugeordnet ist, ab. Die Porositätsabnahme bewirkte einen Anstieg der Dichte, der ebenfalls experimentell nachgewiesen werden konnte. Insgesamt wird die Qualität des Zementsteins und damit der rezyklierten Gesteinszuschläge verbessert. Nach den bisherigen Versuchen werden Verweilzeiten der Rezyklate in der CO2-Atmosphäre von mehreren Stunden benötigt, um die gewünschten Effekte zu erreichen. In zukünftigen Versuchen sollte versucht werden, die Reaktion durch Wahl der Versuchsbedingungen weiter zu beschleunigen. Zwei Wege sollen beschritten werden: Gezielte Einstellung des Feuchthaushalts der Proben und die Karbonatisierung bei erhöhten Temperaturen. Für den ersten Weg ist der Versuchsablauf so zu verändern, dass während der gesamten Karbonatisierung ein ausreichendes Feuchteangebot zur Verfügung steht, ohne dass der Transport des CO2 zur Reaktionszone behindert wird. Für den zweiten Weg ist die gegenwärtig genutzte Versuchsanlage so zu modifizieren, dass es möglich ist, die Temperatur zwischen 20 und mehreren 100 °C zu variieren. Die Versuche beginnen wie in der ersten Versuchsetappe mit Zementstein und werden dan an Modell- und Praxisbetonen fortgesetzt. In einem weiteren Schritt wird eine Versuchsanlage im praktischen Maßstab geplant, gebaut und betrieben. Als CO2-Quelle soll dann ein in der Praxis anfallendes Rauchgas dienen.
Gezielte Karbonatisierung rezyklierter Gesteinszuschläge zur simultanen Nutzung von Betonbruch und Verbesserung der Materialeigenschaften als Beitrag zur CO2-Minderung. Abschlussbericht
Die vorliegende wissenschaftliche Arbeit befasst sich mit der gezielten Karbonatisierung von rezyklierten Gesteinskörnungen. Das Ziel der Untersuchung bestand darin, in Betonbruch ein Maximum an CO2 dauerhaft chemisch zu binden und gleichzeitig die Materialeigenschaften der Betonrezyklate so zu verbessern, dass diese primärstoffvergleichbare Qualitäten erreichen. Durch die gezielte Karbonatisierung kommt es zu einer dauerhaften Isolation von CO2 aus der Atmosphäre. Ein Beitrag zur Reduzierung des anthropogenen Treibhauseffekts wäre denkbar, da CO2 der Atmosphäre auf Dauer entnommen wird. So könnte sich die Baustoffrecyclingindustrie an dem laufenden Prozess, dem Klimawandel entgegenzuwirken, entsprechend ihren Möglichkeiten beteiligen. Die Verbesserung der Materialeigenschaften und der damit mögliche hochwertige Einsatz von rezyklierten Produkten würden zu dem die Ressourcen schonen. Bis zum gegenwärtigen Zeitpunkt wurde das Potential der Karbonatisierung nicht genutzt. In Bauwerksbetonen wird versucht, die Karbonatisierungsreaktion zu unterbinden, da sie den passiven Korrosionsschutz der Bewehrung aufheben kann. Bei rezyklierten Gesteinszuschlägen spielt dieser Korrosionsschutz keine Rolle, weil bei der Betonherstellung aus Rezyklaten der Korrosionsschutz durch die erneute Zementzugabe gewährleistet wird. Deshalb wurde bisher nur untersucht, wie die Karbonatisierung aufgehalten werden kann. Mit der Fragestellung, wie die Karbonatisierung zu beschleunigen ist und ob damit die gewünschten Eigenschaftsverbesserungen zu erreichen sind, wird also völliges Neuland betreten. Im Vorfeld der Versuche wurde eine Versuchsapparatur geplant und im Labormaßstab technisch umgesetzt. Die sich dann anschließenden Versuche befassten sich zu Beginn mit der Karbonatisierung von Zementstein. Nach umfangreichen jedoch noch nicht abgeschlossenen Versuchsreihen, erfolgte die Karbonatisierung von Modell- und Praxisbetonen. Bei allen Versuchen und den anschließenden Analysen der Proben konnte die beschleunigte Karbonatisierung nachgewiesen werden. Es wurde CO2 chemisch in CaCO3 eingebunden. Die in den Poren wachsende Kristallmatrix aus Calcit verminderte die Kapillarporosität. Gleichzeitig nahm die Gelporosität, die den strukturbestimmenden Hydratphasen des Zementsteins zugeordnet ist, ab. Die Porositätsabnahme bewirkte einen Anstieg der Dichte, der ebenfalls experimentell nachgewiesen werden konnte. Insgesamt wird die Qualität des Zementsteins und damit der rezyklierten Gesteinszuschläge verbessert. Nach den bisherigen Versuchen werden Verweilzeiten der Rezyklate in der CO2-Atmosphäre von mehreren Stunden benötigt, um die gewünschten Effekte zu erreichen. In zukünftigen Versuchen sollte versucht werden, die Reaktion durch Wahl der Versuchsbedingungen weiter zu beschleunigen. Zwei Wege sollen beschritten werden: Gezielte Einstellung des Feuchthaushalts der Proben und die Karbonatisierung bei erhöhten Temperaturen. Für den ersten Weg ist der Versuchsablauf so zu verändern, dass während der gesamten Karbonatisierung ein ausreichendes Feuchteangebot zur Verfügung steht, ohne dass der Transport des CO2 zur Reaktionszone behindert wird. Für den zweiten Weg ist die gegenwärtig genutzte Versuchsanlage so zu modifizieren, dass es möglich ist, die Temperatur zwischen 20 und mehreren 100 °C zu variieren. Die Versuche beginnen wie in der ersten Versuchsetappe mit Zementstein und werden dan an Modell- und Praxisbetonen fortgesetzt. In einem weiteren Schritt wird eine Versuchsanlage im praktischen Maßstab geplant, gebaut und betrieben. Als CO2-Quelle soll dann ein in der Praxis anfallendes Rauchgas dienen.
Gezielte Karbonatisierung rezyklierter Gesteinszuschläge zur simultanen Nutzung von Betonbruch und Verbesserung der Materialeigenschaften als Beitrag zur CO2-Minderung. Abschlussbericht
Seidemann, Marko (author) / Müller, Anette (author)
2010
87 Seiten, Bilder, Tabellen, 33 Quellen
Report
German
Zement , Betonkorrosion , Beton , Baustoff-Recycling , Carbonat , Rauchgas , Feuchtegehalt , CO2 , Treibhauseffekt , Calcit , Porosität
UB Braunschweig | 2010
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