Für die Zement- bzw. Betonindustrie stellt die Decarbonisierung die größte Herausforderung in den letzten Jahrzehnten dar. Dieses Ziel soll in unterschiedlichen Schritten bis zum Jahr 2050 erreicht werden. 

Ein wichtiger Meilenstein hierfür ist die Ermittlung des Potentials der Carbonatisierung (Aufnahmepotential von CO₂) von aufbereitetem Recyclingmaterial. In Österreich sind die Erfahrungen, Umsetzungsmöglichkeiten und das tatsächlich erreichbare CO₂-Aufnahmepotential von aufbereitetem Betonmaterial und die möglichen Auswirkungen auf die Produkteigenschaften (bei anschließender Verwendung des carbonatisierten Materials) nicht vorhanden und sollen in diesem Forschungsprojekt erarbeitet werden. 

Durch die Forschungsarbeit soll es möglich sein, die Carbonatisierungstiefe bzw. das CO2-Aufnahmepotential von aufbereitetem Betonbruch unter natürlicher Behandlung und forcierter Einwirkung zu quantifizieren und so eine Bilanzierung von zementgebundenen Baustoffen in Österreich zu ermöglichen. Darüber hinaus soll der Einfluss des Einsatzes von carbonatisierten Recyclingbaustoffen auf Produkteigenschaften und Dauerhaftigkeit der Betonerzeugnisse ermittelt und dadurch mögliche Einsatzpotentiale und Grenzen aufgezeigt werden. Dadurch kann durch das gegenständliche Projekt ein erheblicher Beitrag zur CO2-Minderung durch mineralische Baustoffe geleistet werden.

Zur Ermittlung des natürlichen CO2-Aufnahmepotenzials werden ca. 300 Tonnen Betonbruch unterschiedlicher Fraktionen in 16 Schüttungen über vier Jahre Projektlaufzeit gelagert, regelmäßig belüftet, beprobt und untersucht. Dazu wurde im Zementwerk Wopfing eine Bypass-Anlage mit einem Begasungsreaktor am Wärmetauscher konzipiert und errichtet, der CO₂-haltigen Abgasstrom direkt aus dem Kamin abzieht. Die carbonatisierten bzw. CO₂-gesättigten Fraktionen werden anschließend in Zementen als Betonfeinanteil und in Betonen als Gesteinskörnung eingesetzt und die Eigenschaften der Produkte untersucht.

Der erste Abschnitt des Forschungsprojekt hat im Jahr 2023 stattgefunden (Infos gibt es hier). Der zweite Abschnitt ist bis 31.3.2025 gelaufen. Noch bis Ende 2026 wird an dem Projekt geforscht.

Link zum Projekt FGG-Projektdatenbank

 

RÜCKFRAGEN:

DI (FH) Cornelia BAUER
VÖZ – Vereinigung der österreichischen Zementindustrie
+43 (1) 714 66 81-27
bauer@zement.at | www.zement.at

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Der Hintergrund: Ca. 4,5% der weltweiten anthropogenen CO₂-Emissionen stammen aus der Zementerzeugung. Ca. 50% des emittierten CO₂ bei der Zementherstellung ist rohstoffbedingt und wird bei der Entsäuerung des natürlichen Rohstoffes Kalkstein freigesetzt. Das quantitative Ziel des Projektes ist die Reduktion von CO₂ um 400.000 Tonnen/Jahr.

Substitut für Kalkstein gesucht

Ca. 50 bis 67 Prozent des bei der Zementherstellung emittierten CO₂ stammen aus dem mineralischen Rohstoff Kalkstein. In diesem Projekt wird daher der Fokus auf die Substitution karbonatischer Rohstoffe gelegt, da diese den größten Anteil der Emissionen verursachen. Ziel ist, ein vorentsäuertes Substitut für Kalkstein zu finden. Dabei gilt es, viele Faktoren zu berücksichtigen: Analysiert werden die regionale Verfügbarkeit, mögliche Auswirkungen auf die Produktqualität und die Eignung zur Verminderung der CO₂-Emissionen. Trotz des verstärkten Einsatzes von Ersatzrohstoffen soll die gleiche Qualität wie bei herkömmlichem Portlandzementklinker erreicht werden.

Die Projektbeschreibung auf der Website der FFG

Ein ausführliches Open-Access-Paper wurde bei Springer veröffentlicht

RÜCKFRAGEN:

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Methode und Vorgehensweise

• Untersuchung der Auswirkungen von Mahlhilfsmitteln
• Erforschung der Wirksamkeit von Fließmitteln
• Ermittlung der Auswirkungen von Umgebungseinflüssen wie niedrigen Temperaturen auf die Eigenschaften des Betons
• Analyse der Verträglichkeit von neuartigen Fließmitteln und Luftporenbildnern im tonhaltigen Beton

Weitere Infos gibt es hier

Vorgänger Projekt: Getemperte Tone

Leitung der Forschungsabteilung SMG:

Tanja Manninger

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Hier ist auch die Nachbehandlungsempfindlichkeit bzw. -qualität der eingesetzten Betonentwürfe relevant. Eine Prüfmethode soll erarbeitet werden zur Feststellung, ob eine Nachbehandlung am Bauwerk durchgeführt wurde. Darauf aufbauend können in Zukunft die Vorteile der Betonbauweise, insbesondere die Sicherstellung der kalkulierten Lebensdauer, weiterentwickelt und die Planungssicherheit von Betonbauteilen erhöht werden.

Dauerhaftigkeit von Beton sicherstellen

Ziel des Projektes ist es daher, dass für die Zukunft eine ausreichende Wissensbasis über das Langzeitverhalten des Baustoffes Beton zur Verfügung steht und so die Dauerhaftigkeit das Baustoffes (Erfüllung der geforderten Eigenschaften über die gesamte Lebensdauer) sichergestellt werden kann. Durch die im Rahmen des Projektes geschaffene Wissensbasis ist es möglich, auch in Zukunft Bauwerke mit einer ausreichend langen Lebensdauer ohne aufwendige Instandsetzungen herstellen zu können. Damit bleibt der Baustoff Beton gegenüber anderen Baustoffen, z.B. bezüglich ökologischer Aspekte, konkurrenzfähig.

Projektlaufzeit: April 2020 bis März 2024

Mehr Informationen gibt es hier

Leitung Forschungsabteilung Smart Minerals GmbH:

Tanja Manninger

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Abdichtungsebene aus Hochleistungsbeton

Im Fokus steht hier vor allem die Entwicklung einer geeigneten multifunktionalen Abdichtungsebene aus Hochleistungsbetonen, die Dimensionierung einer passenden Wärmedämmung sowie die thermomechanische Belastung auf die Konstruktion und den Untergrund aufgrund der Erwärmung des Speichermediums.

In einem Konsortium aus führenden Partner:innen der österreichischen Forschung und Industrie werden Machbarkeitsstudien zu den erwarteten Problemkreisen eines unterirdischen Heißwasserspeichers erarbeitet, um interdisziplinäre Problemstellungen in der Planungsphase zu identifizieren.

Im Anschluss werden Versuchsobjekte sowie Simulationen zu den entwickelten Konzepten in den jeweiligen fachspezifischen Arbeitsgruppen hergestellt bzw. durchgeführt. Dies beinhaltet z.B. Permeabilitätsprüfungen und Dauerhaftigkeitsuntersuchungen der Hochleistungsbetonrezepturen, Materialprüfungen zur Lebensdauer von Abdichtungsmaterialien sowie Simulationen der zu erwartenden thermomechanischen Lastfälle in der Bodenmechanik. Gefördert wird das Projekt von der FFG.

Einheitliche Bauweise ermöglichen

Durch eine ganzheitliche Betrachtung von Forschung und Industrie zur Realisierung von Großwärmespeichern ist es möglich, diese in einer Weise zu konzipieren, die die Anforderungen an die Betontechnologie, Bodenmechanik und Konstruktion so weit erfüllt, dass eine einheitliche Bauweise zur Wärmespeicherung in Österreich ermöglicht werden kann. Nicht nur werden Kombinationen von Rohstoffen für Hochleistungsbetone eingesetzt, welche für diese Problemstellung noch nicht zum Einsatz gekommen sind, weiters sind die erarbeiteten und identifizierten Problemkreise und zugehörigen Lösungen für in Österreich typische Geologien zum heutigen Zeitpunkt noch nicht untersucht worden.

Weitere Forschung

„HighCon“ ist ein weiteres Forschungsprojekt der Institute AEE INTEC, BTI sowie VÖZ, finanziert vom ACR, und entwickelt einen für Heißwasser spezialisierten Hochleistungsbeton für unterirdische Großwasserwärmespeicher. Neben der Identifikation geeigneter Betonmischungen wird HighCon auch die Bautechniken für die Wand-, Boden- und Abdeckungsaufbauten weiterentwickeln. Ein wesentliches Ziel ist die Verkürzung der Bauzeit durch eine weitgehende Standardisierung und ebenso die Reduktion des Wartungsaufwands. Für die zahlreichen KMU, die im Bereich der Großwärmespeicher tätig sind, werden jeweils spezifische Bemessungs- und Materialleitfäden entwickelt.

Mehr Informationen zu den Projekten:

• ACR
• AEE INTEC
• Vortrag Michael Steineder am Kolloquium

Leitung Forschungsabteilung Smart Minerals GmbH:

Tanja Manninger

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Die puzzolane Effizienz der getemperten Tone, ihre Auswirkungen auf die Hydratation im zementären System als auch der Einfluss auf die Betonrezeptur werden für das Forschungsprojekt umfassend untersucht.

Die Existenz geeigneter Tone ist in Österreich auf einige sehr junge geologische Zonen beschränkt. Da es sich bei Zement und Beton um regionale Produkte mit kurzen Anliefer- und Transportwegen handelt, sind Untersuchungen mit Tonen aus österreichischen Tonlagerstätten dringend notwendig.

Datengrundlage für die Wirtschaft

In der ÖNORM EN 197-1 (2011) sind alle Produkte der Normalzemente aufgelistet. Der Einsatz natürlich getemperter Puzzolane ist, abhängig von der Zementsorte, bis zu einem Gehalt von 55 % erlaubt. Ziel dieses Forschungsvorhabens ist es, die Leistungsfähigkeit und betontechnologische Eignung österreichischer Zemente mit lokalen, getemperten Tonen zu untersuchen und eine Datengrundlage für die heimische Wirtschaft zu generieren.

Nach Abschluss dieses Forschungsprojekts soll der Grundstein für die Verwendung von Zementen mit getemperten Tonen, auch als Ersatz anderer Zumahlstoffe (z.B. Flugasche), in Österreich gelegt sein. Basierend auf den umfassenden Untersuchungen mit heimischen Tonen können Zementhersteller diese neuen, lokal produzierten Zemente in ihr Produktportfolio integrieren, womit ein weiterer Schritt auf dem Weg in eine CO₂-neutrale Zukunft getan wird.

Projektlaufzeit: Juli 2020 bis Juni 2024

Publikationen und Downloads:
Mörteldaten

Weitere Infos gibt es hier

Nachfolgeprojekt: WoC3

Leitung Forschungsabteilung Smart Minerals GmbH:

Tanja Manninger

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Auf Basis von Kenntnissen eigener, bereits abgeschlossener Forschungsprojekte sowie von Ergebnissen aus der Literatur werden in einem ersten Schritt neue Zementrezepturen für die Zementsorte CEM II/C-M (Klinkergehalt 50-64 %) in Zusammenarbeit mit der Industrie erstellt und im Labormaßstab hergestellt. Die zweite Hauptphase beschäftigt sich mit der Charakterisierung der neuen Zemente. In einem letzten Schritt werden die vielversprechendsten Zementzusammensetzungen mittels betontechnologischer Untersuchungen evaluiert. Dabei liegt ein besonderer Fokus auf der Dauerhaftigkeit.

Leitung Forschungsabteilung Smart Minerals GmbH:

Tanja Manninger

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Effiziente Sanierung ohne Sperrung

Die große Herausforderung bei Sanierungsmaßnahmen auf Brücken besteht darin, dass der Beton während des Erhärtens „Ruhe“ benötigt und die Brücke daher oftmals für diese Zeit gesperrt werden muss. COUNT zielt darauf ab, das Betonieren an Brücken unter laufendem Verkehr zu ermöglichen. Dadurch sollen Sperrungen oder aufwendige Unterstützungskonstruktionen unter Betonierfugen vermieden werden.

Im Rahmen des Projekts wird diese innovative Sanierungsmethode erstmals unter realen Bedingungen untersucht. Hierbei werden Prüfkörper mit dem Mobile Seismic Simulator (MoSeS) des AIT systematisch zum Schwingen angeregt. In weiteren Versuchsreihen werden bewehrte Betonplatten durchgeschüttelt, um die Auswirkungen von Erschütterungen auf das Zusammenspiel zwischen Beton und Stahl zu untersuchen. Nach einer 28-tägigen Aushärtephase erfolgen umfassende Untersuchungen durch Smart Minerals, um Auswirkungen auf Festigkeit und Dauerhaftigkeit zu analysieren sowie mit begleitenden mikroskopischen Untersuchungen Gefügeänderungen aufgrund der Schwingungsanregung ableiten zu können. Das gemeinsame Hauptziel des Projekts besteht darin, einen Grenzwert für harmlose Erschütterungen beim Aushärten von Beton zu definieren. Dabei stehen verschiedene Schwingungsarten sowie in der Praxis eingesetzte Betonrezepturen im Zentrum der Untersuchungen, um die gewonnenen Erkenntnisse zielgerichtet bei zukünftigen Instandsetzungsarbeiten anzuwenden.

Der konkrete Anlassfall für das Projekt war die Sanierung der Neilreichbrücke auf der Wiener Südosttangente, bei der dringender Bedarf zum Betonieren unter Verkehr ersichtlich wurde. Das auf zweieinhalb Jahre angelegte Projekt COUNT wurde daraufhin in Zusammenarbeit von Smart Minerals und AIT initiiert und als FFG-Branchenprojekt ins Leben gerufen. Das Projekt wurde Ende März 2024 abgeschlossen.

Konsortium aus Industrie und Forschung

Im Projekt COUNT arbeiten Bauherren, Bauindustrie, Planung und Forschung eng zusammen. Smart Minerals und AIT können mit dem Konsortium bestehend aus ASFINAG, ÖBB, MA 29, PORR, STRABAG, HABAU, Doka, IBBS-ZT GmbH, KMP-ZT GmbH und Mayer Ingenieurleistungen ZT auf umfassende Expertise in den Bereichen Baudynamik, Betontechnologie und Verkehrsinfrastruktur verweisen und so gemeinsam innovative Lösungen für das Betonieren unter Verkehr entwickeln, um den CO₂-Fußabdruck im Bereich der Transportinfrastruktur zu reduzieren.

Mehr Infos gibt es hier und auf der Website des FFG

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Ein Regelwerk (RVS) samt Anforderungen und Abnahmekriterien wird entwickelt und der gesamten Branche zur Verfügung gestellt werden, um neue Standards zu setzen und nachgelagerte Investitionen bzw. innovative F&E-Vorhaben zur wirtschaftlichen Umsetzung zu initiieren.

Methode und Vorgehensweise

• Entwicklung von Ausführungsstandards für die Generalsanierung bzw. nachhaltige Sanierung von Straßen des untergeordneten Verkehrsnetzes.
• Erarbeitung vorwettbewerblicher Grundlagenarbeit zur Standardisierung von Instandsetzungsmethoden samt technisch und wirtschaftlich optimierten Bauweisen und Bautypen
• Beurteilung der Nachhaltigkeit und Wirtschaftlichkeit von Landesstraßen über die komplette Nutzungsdauer (techn. Lebensdauer); insbesondere Betrachtung einer Verwertungsmöglichkeit von Ausbauasphalt.
• Entwicklung einer Bemessungsmethodik, die auf die Besonderheiten der o.a. Instandsetzungen von Asphaltstraßen in Betonbauweise eingeht.
• Erprobung und Monitoring des Einbaus als auch konstruktiver Details im Zuge von Testfeldern und Versuchsstrecken (Landesstraßen [B+L], Industrieflächen, Flugbetriebsflächen).
• Wissenstransfer der gewonnenen Ergebnisse in die Branche durch Veröffentlichung und Überführung der Erkenntnisse in neue Regelwerke sowie durch facheinschlägige allgemeine Schulungsangebote.

Das Projekt wurde 2021 abgeschlossen.

Mehr Informationen gibt es hier

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