SFB-Rec

Stahlfaserbeton (SFB) wird seit den 1960er Jahren angewendet, der massenweise Einsatz in Industriefußböden für Hallenbauwerke erfolgt seit ca. 25 Jahren. Schon heute liegen in Deutschland Industriefußböden mit einem geschätzten Volumen von 50 Mio.-Kubikmeter SFB. Das Recycling dieser enormen Betonmengen ist ungeklärt, da keinerlei praxistaugliche Strategien oder Konzepte zum Recycling von SFB vorliegen. Momentane Betonrecyclinganlagen und -strategien sind ausschließlich für Normalbetone mit stabförmiger Stahlbewehrung konzipiert. Die Stahlfasern werden hier nach dem Brechvorgang und dem sich anschließenden Magnetabscheiden größtenteils mit dem Betonbruch verbunden bleiben. Dies reduziert sowohl die Chancen auf eine kreislaufgerechte Wiederverwertung der Stahlfasern als auch des Beton-Rezyklats. Derzeit sind keine praxistauglichen Lösungen bekannt, um Stahlfasern und Betonbruch sortenrein von einander trennen zu können. Der bloße Einsatz momentaner Brech- oder Pralltechniken genügt nicht, um eine ausreichende und reproduzierbare Abscheidung der Stahlfasern zu ermöglichen. 

Zum Recycling von Stahlfaserbetonen (SFB) finden sich nur wenige, rudimentäre Laboruntersuchungen in der Literatur. So wird in überhaupt nur einer einzigen Veröffentlichung (Bru et. al, Investigation of lab and pilot scale electric-pulse fragmentation systems for the recycling of ultra-high performance fibre-reinforced concrete. In: Minerals Engineering 128 (2018), S. 187-194) die sog. elektrodynamische Zerkleinerung angeführt, um SFB zu zerkleinern und um die enthaltenen Stahlfasern sortenrein vom umgebenden Beton zu trennen. Mit dem Verfahren gelang es den Wissenschaftlern, in einem ersten Behandlungsschritt 30 % und mit einem zweiten Behandlungsschritt 60 % der in der Studie verwendeten 14 mm langen Stahlfasern zu trennen. Der Energieeinsatz ist bei diesem Verfahren aber sehr hoch. Außer in skalierten Pilot- und Laboranlagen ist das Verfahren noch nicht getestet wurden. Eine industrielle Anwendung für das Betonrecycling ist somit bislang nicht möglich.

Im Vorhaben soll das Recycling von Stahlfaserbetonbauteilen (SFB-Bauteile) durch die sortenreine Trennung von Betonbruch und Stahlfasern durch den Einsatz und die Weiterentwicklung üblicher Beton-Brechmethoden, konkret das Brechen oder das Prallen, gelingen. Der rückgewonnene und von Stahlfasern getrennte Betonbruch kann als Rezyklat erneute Nutzung als Gesteinskörnung in sog. Recyclingbetonen finden. Die rückgewonnenen Stahlfasern sollen ebenfalls einer adäquaten Anwendung zugeführt werden.

Als Messgröße soll der Grad der Trennbarkeit von Betonbruch und Stahlfasern bei der Qualifizierung der Sortenreinheit bei den entwickelten Recyclingverfahren dienen. Hinsichtlich der Wiederverwendbarkeit des Betonbruchs als GBR kann der verbleibende Stahlanteil zur Einordnung herangezogen werden. Die Performance von recycelten Stahlfasern als Bewehrung in neuen SFB kann über die erzielte Biegetragfähigkeit eingeordnet werden.

Der aus Stahlfaserbetonen rückgewonnene und von Stahlfasern getrennte Betonbruch kann dann als Rezyklat erneute Nutzung als Gesteinskörnung in sog. Recyclingbetonen (RCB) finden. Dabei handelt es sich, anders als bei der Wiederverwendung als Füllstoff im Straßen- und Tiefbau, um kein Downcycling. Die Nutzung von RCB umfasst alle Bereiche des modernen Stahlbetonbaus, womit eine ebenbürtige Nutzung garantiert und eine intakte Kreislaufwirtschaft für Stahlfaserbeton präsentiert werden kann. Die rückgewonnenen Stahlfasern sollen ebenfalls einer adäquaten Anwendung zugeführt werden. Hier steht der erneute Einsatz in Betonen im Fokus. Dies ermöglicht eine materialgerechte Wiederverwertung und eine optimale Wertschöpfung, die bei einem reinen Einschmelzen der Fasern als Stahlschrott nicht gegeben wäre.

Das Projekt leistet einen Beitrag zur Verbesserung der Ressourceneffizienz und der Kreislauffähigkeit des Baustoffs Stahlfaserbeton (SFB). Durch die geplante Entwicklung kann ein wesentlicher Beitrag zur Verbesserung der Nachhaltigkeit im Bauwesen, auch im gesamtgesellschaftlichen Maßstab betrachtet, geleistet werden.

Da momentan keine sortenreine Trennung von Betonbruch und Stahlfasern gelingt, können sowohl die Stahlfasern als auch der Betonbruch keiner der Erstanwendung ebenbürtigen Neuverwertung zugeführt werden. Die weiterhin am Betonbruch anhaftenden Fasern verhindern die Nutzbarkeit der Betonbruchstücke als Rezyklate in Recyclingbetonen (RCB) für Hoch- und Ingenieurbauwerke, da der Metallanteil im Rezyklat in Richtlinien und Normen stark limitiert wird. Gleichzeitig stehen die noch im Betonbruch enthaltenen Stahlfasern für ein Metallrecycling nicht zur Verfügung. Tatsächlich abgeschiedene Fasern können darüber hinaus momentan nur als Stahlschrott eingeschmolzen und damit „downgecycelt“ werden. Mit dem Validierungsvorhaben soll dagegen der Grundstein für eine vollständige Wiedernutzung in ebenbürtigen Anwendungen gelingen und SFB insgesamt für eine nachhaltige Kreislaufwirtschaft ertüchtigt werden. Das Projekt ist somit im Kontext der gesamtgesellschaftlichen Herausforderung zum Ressourcenschonen und -wiederverwenden zu sehen.

Zum Institut für Betonbau der HTWK Leipzig