Bindemittel zur Bodenstabilisierung (Entwicklung einer Rezeptur zur Nutzung von Holzasche als Bindemittel zu Bodenstabilisierung )

• Forschungsstelle: BAFU
• Projektnummer: UTF 404.38.11

Schlüsselwörter (Deutsch)

Holzasche, Bindemittelrezeptur, REBA, Baustoff, Abfall, CO₂-Emissionen, Schwermetalle

Kurzbeschreibung (Deutsch)

Im Rahmen eines KTI-Projekts wurde eine Bindemittelrezeptur mit dem Handelsnamen REBA erfunden, die sich sehr gut zur Verfestigung von Kiesschlamm, dem Feinkorn aus der Kieswäsche, eignet. Ein wesentlicher Bestandteil dieser Rezeptur ist Holzasche, ein Verbrennungsrückstand, der heute als Abfall entsorgt werden muss. In diesem Projekt soll untersucht werden, ob sich das neue Bindemittel auch zur Stabilisierung von bindigem Bodenmaterial eignet. Solche Bodenstabilisierungen werden vorgenommen, um tonhaltiges Erdmaterial zu einem mechanisch tragfähigen Baustoff, z.B. für Fahrstrassen und Schienentrassen, umzuwandeln. In der Schweiz werden jährlich rund 50'000 t Bindemittel für Bodenstabilisierungen eingesetzt. Konventionelle Rezepturen zur Bodenstabilisierung beruhen auf Mischungen von Zement und gebranntem Kalk, bei deren Herstellung je Tonne Bindemittel etwa eine Tonne CO₂ freigesetzt wird. Mit der neuen Bindemittelrezeptur würden die CO₂-Emissionen auf etwa die Hälfte reduziert. Auf diese Weise könnte ein kostenpflichtig zu entsorgender Abfall zur Herstellung eines hochwertigen Baustoffes verwertet werden, was zur effizienten Nutzung der natürlichen Ressourcen beiträgt und gleichzeitig betriebswirtschaftlich attraktiv ist.

Holzasche kann je nach Herkunft mit Schwermetallen belastet sein. Um sicherzustellen, dass mit dem neuen Verfahren keine aus ökologischer Sicht problematischen Substanzen in die Umwelt gelangen, hat die Abteilung Boden des BAFU einen Katalog von „Voraussetzungen für die Verwendung von Holzasche als Bindemittel in Kiesschlamm oder zur Bodenstabilisierung“ (Beilage 2) ausgearbeitet, zu deren Einhaltung sich die Beauftragte und die Wirtschaftspartnerin verpflichtet haben.

Ergebnisse gemäss Vertrag (Deutsch)

1. Optimierte Rezeptur für das Bindemittel REBA inkl. Daten zu Dosierung, bodenmechanischen Effekten und Verarbeitbarkeit (Meilenstein 1)

 

2. Resultate zur Entwicklung der Tragfähigkeit sowie zum Verhalten von Chromat über einen Zeitraum von drei Monaten aus Feldversuchen im Massstab 100-200 kg Erdmaterial (Meilenstein 2)

 

3. Nachweis aus Grossversuchen von wenigstens 8 Versuchsfeldern von je mindestens 10 m₂ Grösse über insgesamt 120 Tage, dass mit der neuen Bindemittelrezeptur eine Tragfähigkeit von mindestens 30 MN/m₂ erreicht werden kann

 

4. Nachweis, dass im Oberflächen- und Sickerwasser aus den mit dem neuen Bindemittel behandelten Versuchsfeldern gegenüber den mit konventionellen Bindemitteln behandelten Versuchsfeldern keine erhöhten Chromatkonzentrationen vorliegt

 

5. Redaktion eines Schlussberichtes mit Darstellung der Ergebnisse aus 1. bis 4.

 

6. Bereitstellung von Textbausteinen und Illustrationen für die Erstellung eines Publikums-Factsheets

 

7. Präsentation der Ergebnisse an einem wissenschaftlichen Kolloquium beim BAFU mit entsprechender Power-Point Darstellung

Projektziele (Deutsch)

In diesem Projekt soll die Bindemittelrezeptur REBA für die Anwendung bei der Bodenstabilisierung optimiert und in Feldversuchen getestet werden.

Beschreibung der Resultate (Deutsch)

Bei der Gewinnung von Kies und Sand wird das Feinkorn <63 µm im Kieswerk abgetrennt. Dieses Material wird auf etwa 70% Feststoffgehalt entwässert und als "Kiesschlamm" abgelagert. Die Gesamtmenge abgelagerter Kiesschlamme beträgt in der Schweiz rund 5 Mio. Tonnen jährlich.

Ökologisch und wirtschaftlich ist es in hohem Masse wünschenswert, wenn diese Kiesschlamme zu Baustoffen verwertet werden. Dies geschieht z.B. unter Verwendung von Zement/Branntkalk­ Rezepturen mit Mischungsverhältnissen von rund 1:1. Das Material kann dann unter anderem im Strassen- und Dammbau verwendet werden ("Stabi"). Problematisch sind hierbei die hohen Kosten für den erforderlichen Zement respektive Kalk.

Im vorliegenden Projekt werden "Stabirezepturen" auf der Basis einer neu entwickelten Rezeptur auf der  Basis  eines  Zement/Asche-Gemischs  REBA  1-1  (Ragazer  Erdbeton  Additiv)  diskutiert.  Das Projekt wurde vom BAFU unterstützte und von der Kies und Beton AG (ab 1.1.2015 KSB Produktions AG) in Zusammenarbeit mit dem UMTEC durchgeführt.

Ziel des Projekts war die Abklärung, welche Menge an REBA 1-1 eingesetzt werden muss um, bei guter Verarbeitbarkeit, die gleichen bodenmechanischen Eigenschaften zu erhalten, wie bei herkömmlichen Stabirezepturen auf Kalk/Zementbasis. Neben den baustoffliehen Eigenschaften lag ein Schwerpunkt auf der Vermeidung einer möglichen Chromatbelastung im Bauwerk.

Umsetzung und Anwendungen (Deutsch)

Die innovative Projektidee wurde durch die Logbau AG, Maienfeld zusammen mit dem UMTEC in von der KTI und dem BAFU unterstützten Projekten umgesetzt. Zunächst wurden die Rezepturen im Labormassstab optimiert. Hierbei zeigte sich, dass für die meisten Einsatzgebiete eine Mischung von 15% REBA 1-1 und 85% Kiesschlamm eine Festigkeit erreicht, die für die anvisierten Anwendungen völlig ausreichend ist.

Im September 2013 wurde ein Feldversuch auf dem Platz der Logbau AG in Maienfeld durchgeführt. Dort wurde Kiesschlamm mit den von uns vorab festgelegten Bindemittelrezepturen gemischt, in Schichten eingebaut und verdichtet. Zum Vergleich wurden Versuchsfelder mit «konventionellen» Bindemitteln angelegt.

Weder beim Einbau noch bei den bisher erfolgten ME-Messungen zeigten sich signifikante Unterschiede zwischen den mit REBA 1-1 und konventionellen Bindemitteln hergestellten Versuchsfeldern. Das von uns entwickelte Bindemittel eignet sich nicht nur für die Verwertung von Kiesschlamm zu einem Baustoff, sondern auch zur Stabilisierung von plastisch verformbaren Böden («Bodenstabi»).

Die Analyse des Sickerwassers der Prüffelder im Grossversuch erbrachte bei den Feldern mit der neu entwickelten Rezeptur vergleichbare bzw. geringere  Chromatkonzentrationen im Vergleich zu den Prüffeldern, welche mit herkömmlichen Stabimischungen auf Kalk/Zement Basis angelegt wurden.

Weiteres Vorgehen (Deutsch)

Zur    Analyse    der    eingehenden    Aschen    auf    Schwermetalle   ist    die    Anschaffung   eines Röntgenfluoreszenzmessgeräts (XRF) im Gespräch. Damit können Schwermetalle wie Zink, Quecksilber, Nickel, Blei, Chrom usw. schnell und genau bestimmt werden. Der Cr(VI) kann mit dem Gerät  jedoch  nicht  analysiert  werden.  Um  Cr(VI)  zu  analysieren  muss  auf  den  im  Bericht beschriebenen Schnelltest, bzw. auf Laboranalysen zurückgegriffen werden.

Für  das  Projekt  wurde  der  Logbau  AG  der  "Umweltpreis  der  Schweiz  2014  in  der  Kategorie Innovation" verliehen. Die Logbau AG hat einen geeigneten Schweizer Zementhersteller gefunden, welcher das Produkt im Schweizer Markt einführt.

Publikationen / Ergebnisse (Deutsch)

Keine