Herstellung von Brechsand zur Verwendung im Asphalt- und Betonbau

Herstellung von Brechsand zur Verwendung im Asphalt- und Betonbau

Ansprechpartner: Prof. Dr.-Ing. Martin Radenberg
Projektleiter: Prof. Dr.-Ing. Klaus Krass

Zur Zeit werden im Betonbereich von der Naturstein-Industrie ca. 3 Mio. t Betonzuschlag eingesetzt, allerdings fast ausnahmslos nicht im Sandbereich, der in einer üblichen Betonzusammensetzung im Mittel 30 bis 40 % ausmacht. Zur Herstellung von Asphalt werden pro Jahr über 20 Mio t Sande benötigt. Der Anteil der Brechsande liegt z.Zt. bei etwa 50 %. Er ließe sich – geeignete Qualität vorausgesetzt – deutlich steigern.

Auf Grundlage dieser Überlegungen wurden durch verschiedene Aufbereitungsmechanismen mit einem Vertikalprallbrecher aus drei Gesteinsprovenienzen (Grauwacke, Basalt und Kalkstein) jeweils fünf granulometrisch unterscheidbare Brechsande hergestellt. Anschließend wurden die Einflüsse der Differenzen der Brechsandgranulometrien auf die Eigenschaften der damit hergestellten Asphalte und Betone analysiert. Neben mechanischen Sandprüfungen wurden photooptische Untersuchungen zur Beurteilung der Sande herangezogen. Die Beurteilung der Sande erfolgte hier durch die Erfassung statistischer Längen von Partikelprojektionsflächen. Neben der Ermittlung der volumetrischen Korngrößenverteilungen wurden durch Kombination dieser Längen Partikelformparameter (= Kornformparameter) definiert, um damit verschiedene Formeigenschaften der Brechsande beschreiben zu können. Mit den verwendeten Kornformparametern sollten Formeigenschaften wie Kreisförmigkeit und Gedrungenheit beschrieben werden.

Die photooptische Untersuchungsmethode lieferte deutlich bessere Ergebnisse zur Prognostizierung der Asphalteigenschaften als die mechanischen Prüfungen. Die Untersuchungsergebnisse zeigen, dass eine Variation der Kornform der Brechsande einen größeren Einfluss auf die Asphalteigenschaften hat als die Variation der Korngrößenverteilung. Die maximalen Korrelationen zu den Asphalteigenschaften werden mit einer Ausnahme ausschließlich durch Kornformparameter erreicht.
Die Untersuchungen ergaben, dass verschiedene Asphalteigenschaften von verschiedenen Kornformparametern primär beeinflusst werden. Die Untersuchungen haben gezeigt, dass es möglich ist, Brechsande aus derselben Provenienz durch die photooptisch ermittelten Kornformparameter sinnvoll zu unterscheiden, um dadurch die Auswirkungen auf Asphalteigenschaften beschreiben zu können.

Im Unterschied zu den im Asphalt verwendeten Brechsanden wurden die Sande für die Betonherstellung mit dem produktionsbedingten Überkornanteil und in jeweils verschiedenen Anteilen den Betonrezepturen zugegeben, um dabei eine möglichst ähnliche Kornverteilung wie bei der Standardrezeptur mit Natursand zu erreichen. Eine statistische Auswertung des Zusammenhangs zwischen Sand- und Betoneigenschaften war daher nicht möglich. Der Beton mit Natursand hat erwartungsgemäß das geringste Verdichtungsmaß und damit die günstigste Konsistenz im Vergleich zu allen untersuchten Brechsanden. Bei der Verarbeitung der Betone mit Brechsand war auffällig, dass sie ein ausgeprägt thixotropes Verhalten zeigten, so dass sie sich trotz ihrer sehr steifen Konsistenz im Ruhezustand gut verdichten ließen. Die ermittelten Festigkeiten der Betone, die mit Brechsand hergestellt wurden, sind tendenziell höher als die der Betone mit Standardrezeptur. Eine Abhängigkeit der Art der Aufbereitung der Sande zu den Frisch- und Festbetoneigenschaften konnte jedoch statistisch nicht nachgewiesen werden.

Die Erkenntnisse dieser Untersuchungen können bei der Herstellung von Brechsanden für Asphalte dazu verwendet werden, gezielt solche Kornformen für Brechsande herzustellen, die die Asphalteigenschaften insbesondere bezüglich des Verformungswiderstandes positiv beeinflussen. Für den Einsatz in Beton sind die Ergebnisse noch nicht so eindeutig. Insgesamt wird durch die Untersuchungen ein Weg aufgezeigt, wie die Qualität von Brechsanden gesteigert und damit auch die Wettbewerbssituation der Steinbruchbetreiber (kmU) verbessert werden kann.

Auftraggeber
Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen "Otto von Guericke" e.V. (AiF)
Projekt: 12819

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