Recycling von Sekundärrohstoffen aus der Bauindustrie durch alkalische Aktivierung

Aufgrund des hohen Primärrohstoffverbrauchs und der erheblichen CO₂-Emissionen des Bausektors steigt das Interesse an ressourcenschonenden und emissionsarmen Bindemitteln. Eine Option, die besondere Beachtung findet, stellt die Werkstoffklasse der "Geopolymere" dar, die als Ersatz für Portlandzement eingesetzt werden könnten. Dabei zeigt diese neue Bindemittelgruppe nicht nur verbesserte mechanische Eigenschaften, sondern zeichnet sich auch durch besonders niedrige Kohlendioxid-Emissionen im Verlauf ihrer Herstellung aus. Diese Arbeit konzentriert sich auf Sekundärrohstoffe der Bau- und Abbruchindustrie. Mittels Röntgenfluoreszenzanalyse und Röntgendiffraktions-Analyse wird untersucht, ob und wie sich Ziegelschleifstaub, Ziegelbruch, Mischbauschutt und Betonbauschutt zur Herstellung von geopolymerbasierten Bauwerkstoffen eignen. Anhand von zahlreichen Sekundärrohstoff-Flugasche-Zusammensetzungen wird der Einfluss der verschiedenen Sekundärrohstofffraktionen auf das Abbindeverhalten und die mikrostrukturellen Eigenschaften der hergestellten Geopolymere betrachtet. Im Verlauf der Untersuchungen werden die hergestellten Geopolymer-Proben auf die für Baustoffe relevanten Werkstoffkennwerte Druckfestigkeit, Biegebruchfestigkeit, Dichte, Gesamtporosität und Wärmeleitfähigkeit geprüft. Das Abbindeverhalten und die sich ausbildenden Strukturen werden mittels Infrarotspektroskopie, Röntgendiffraktions-Analyse und Rasterelektronenmikroskopie untersucht. Es wird gezeigt, dass es möglich ist eine flugaschefreie Zusammensetzung aus Ziegelschleifstaub und Mischbauschutt mit geeigneten werkstofftechnischen Eigenschaften von 46 MPa Druckfestigkeit und 6 MPa Biegebruchfestigkeit auf Basis der erarbeiteten Datengrundlage auszuwählen. Als optimale Prozessparameter werden eine breite Partikelgrößenverteilung der Ausgangsstoffe, sowie eine Abbindedauer von 48 Stunden bei einer Abbindetemperatur von 95 °C festgestellt. Die vorliegende Arbeit zeigt, dass sich Sekundärrohstoffe der Bau- und Abbruchindustrie zur Herstellung geopolymerbasierter Baustoffe eignen und teilweise bessere Eigenschaften als die bisherigen Bauwerkstoffe aufweisen. Damit wird ein neuer Verwertungsweg für Sekundärrohstoffe der Bau- und Abbruchindustrie aufgezeigt. Dies kann zukünftig helfen Deponieraum zu schonen oder sogar abzubauen. Gleichzeitig gelten Geopolymere gegenüber herkömmlichen Baustoffen als CO2-ärmer und durch die Nutzung von Sekundärrohstoffen kann der Emissionsabdruck durch diese Arbeit weiter gesenkt werden. Insofern leistet die vorliegende Arbeit einen kleinen Betrag für eine ökologischere Zukunft.

Due to the high consumption of primary raw materials and the considerable CO₂ emissions of the construction sector, interest in resource-saving and low-emission binders is increasing. One option receiving special attention is the material class of "geopolymers", which could be used as a replacement for Portland cement. This new group of binders not only has improved mechanical properties, but is also characterised by particularly low carbon dioxide emissions during production. This work focuses on residual materials from the construction and demolition industry. By means of X-ray fluorescence analysis and X-ray diffraction analysis, it is investigated whether and how brick grinding dust, broken bricks, mixed construction waste and concrete construction waste are suitable for the production of geopolymer-based building materials. The influence of the various residual fractions on the solidification behaviour and the microstructural properties of the geopolymers produced is examined on the basis of numerous residual fly ash compositions. Within the scope of the investigations, the produced geopolymer samples are tested for the material parameters relevant for building materials, i.e. compressive strength, flexural strength, density, total porosity and thermal conductivity. The setting behaviour and the structures formed are investigated by means of infrared spectroscopy, X-ray diffraction analysis and scanning electron microscopy. It is shown that it is possible to select a fly ash free composition of brick dust and mixed rubble with suitable material properties of 46 MPa compressive strength and 6 MPa flexural strength based on the developed data. A wide particle size distribution of the raw materials and a setting time of 48 hours at a setting temperature of 95 °C are shown to be optimal process parameters. The present work shows that residual materials from the construction and demolition industry are suitable for the production of geopolymer-based building materials and in some cases have better properties than previous building materials. This demonstrates a new recycling route for secondary raw materials from the construction and demolition industry. In the future, this can help to save or even reduce landfill space. At the same time, geopolymers are considered to be lower in CO2 emission than conventional building materials, and by using secondary raw materials, the emission footprint can be further reduced through this work. In this respect, the present work makes a small contribution to a more ecological future.