Forschungsprojekte
Die Forschungsvereinigung Kalk-Sand e.V. hat mit seinen vorwettbewerblichen Forschungstätigkeiten schon diverse Fragestellungen der Kalksandsteinindustrie sowie auch verwandter Branchen - wie z.B. der Recyclingindustrie – durchgeführt. Viele zukunftsweisende Forschungsergebnisse gingen hieraus hervor.
Um dieser wichtigen Tätigkeit entsprechend Rechnung zu tragen, gibt es für die wichtigsten Forschungsprojekte ab sofort eine eigene Internetpräsenz, die regelmäßig aktualisiert wird.
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WIR FORSCHEN FÜR UNSERE ZUKUNFT
Gut für die Umwelt, gut für uns!
Projekt: Recarbonatisierung
Dauerhafte CO2-Reduktion durch Kalksandstein
Es wurde wissenschaftlich nachgewiesen, dass Kalksandsteine während ihres Lebenszyklus rund 40 Prozent des bei ihrer Herstellung entstehenden CO2 aus der Atmosphäre wieder aufnehmen.
Bei der sogenannten Recarbonatisierung handelt es sich um eine natürlich vorkommende chemische Reaktion.
Das in der Umgebungsluft vorhandene CO2 dringt dabei langsam in das Porensystem der Kalksandsteine ein und reagiert mit den bei der Autoklavierung entstandenen kristallinen CSH-Phasen zu Calciumcarbonat (CaCO3).
Untersuchungen belegen, dass 50 Kilogramm CO2-Aufahme pro Tonne Kalksandstein oft bereits nach 50 Jahren erreicht sind.
Bei einer Jahresproduktion von rund acht Millionen Tonnen Kalksandsteinmaterial entspricht dies hochgerechnet einer aufgenommenen Menge von 400.000 Tonnen CO2. Kalksandstein leistet also im Vergleich zu anderen Baustoffen einen wichtigen Beitrag zu einer dauerhaften CO2-Reduktion.
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Projekt: Robotik (AiF-Nr. 20061-BG)
Seilroboter zur vollautomatischen Erzeugung von Kalksandsteinmauerwerk
Technische Revolution für den Mauerwerksbau
Seilroboter stellen einen innovativen und vielversprechenden Ansatz bei der Digitalisierung und Automatisierung im Mauerwerksbau dar und können die Verarbeitung von Mauersteinen regelrecht revolutionieren.
Etwa zwei Jahre haben die Fachleute aus Robotik und Bauwesen vom Lehrstuhl für Mechatronik der Universität Duisburg-Essen und der Forschungsvereinigung Kalk-Sand e.V. an diesem Prototyp getüftelt.
Und das Ergebnis beeindruckt: Ein an Stahlrahmen und Seilen befestigter Roboter schwebt über der Baustelle, holt selbstständig Kalksandsteine vom Lagerplatz, legt sich präzise den benötigten Mörtel vor und versetzt die Steine vollautomatisch.
Möglich wird dies durch eine über vier Pylonen gespannte Seilkonstruktion, die um das Baufeld aufgestellt wird.
Hier bewegt sich der Roboter dreidimensional hin und her und schwebt an äußerst festen und sehr leichten Kunststoffseilen über das Gebäude, ähnlich wie eine Stadionkamera.
Was heute noch nach ferner Zukunft klingt, soll aber bereits in ein paar Jahren Wirklichkeit sein.
Mauern, schleppen, mörteln – noch nie war es so einfach! Der Einsatz von Seilrobotern hat viele Vorteile. So können große Bauvolumina - auch bei komplexen Geometrien - in kürzester Zeit errichtet werden. Innerhalb weniger Stunden mauert der Seilroboter aus handelsüblichen Kalksandsteinen eine ganze Etage. Der Seilroboter kann äußerst weitreichend arbeiten und benötigt selbst nur wenig Platz. Und der neue Roboter kann noch mehr: Steine in unterschiedlichen Formaten versetzen, Stürze einziehen und die automatische Bemörtelung übernehmen. Grundlage ist ein digitaler Plan, das sogenannte BIM-Modell (Building Information Modeling). Dessen digitale Daten werden an den Roboter geschickt.
Weitere Vorteile sind:
- Reduzierung des Personaleinsatzes und -kosten
- Steigerung der Produktivität in den Bauunternehmen
- Abfederung des Fachkräftemangels
- Imageverbesserung der Baubranche
Seit 2019 arbeitet die Forschungsvereinigung Kalk-Sand e.V. gemeinsam mit dem Lehrstuhl für Mechatronik, dem Institut für Baubetrieb und Baumanagement der Universität Duisburg-Essen und dem IAB – Institut für Angewandte Bauforschung Weimar gGmbH - an der praktischen Umsetzung der Digitalisierung und Automatisierung im Mauerwerksbau mittels Seilroboter. 2021 wurde der Seilroboter in einer Versuchshalle der Universität Duisburg-Essen aufgebaut und Ende 2021 der Fachpresse vorgestellt.
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Projekt: Schallschutz (AiF-Nr. 20268-N)
METALLURGISCHE SCHLACKE BEI DER BAUSTOFFPRODUKTION SENKEN CO2-AUSSTOSS UND ERHÖHEN SCHALLSCHUTZ
Mit diesem praxisnahen Forschungsvorhaben wird derzeit untersucht, ob und unter welchen Bedingungen metallurgische Schlacken als Gesteinskörnung für die Herstellung von hydrothermal gehärteten Bausteinen geeignet sind.
Ziel ist es, durch den Einsatz der verschiedenen Schlacken den CO2-Ausstoß sowie die Produktionskosten zu senken und gleichzeitig die Schalldämmung von Bauteilen durch die schweren Materialien deutlich zu erhöhen.
Unter breiter Variation der verfahrenstechnischen Herstellparameter und Einsatz der statistischen Versuchsplanung wurden verschiedene metallurgische Schlacken hinsichtlich ihrer Verwendbarkeit getestet.
Es hat sich auf Laborebene herausgestellt, dass die Erzeugung von autoklavierten Mauersteinen unter Zugabe von feinem Schlackenmaterial mit einer Körnung < 1-2 mm prinzipiell möglich ist. Derzeit werden weitere physikalische und chemisch-mineralogische Untersuchungen sowie Umweltanalysen an den verschiedenen Mauersteinen durchgeführt.
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Projekt Recycling: Rückführung von KS
Kalksandstein – ein Baustoff auf dem Weg zu geschlossenen Stoffkreisläufen
Unser Baustoff Kalksandstein ist vollständig recycelbar. Sortenreine Kalksandstein-Recyclingmaterialien können für hochwertige (Weiter-)Verwertungswege genutzt werden. Deklariertes Ziel der Kalksandsteinindustrie: Eine Recyclingquote von 100 Prozent durch geschlossene Stoffkreisläufe. Um dies zu erreichen, hat die Forschungsvereinigung Kalk-Sand e.V. in Kooperation mit Kalksandsteinherstellern, Recyclingunternehmen und Abbruchbetrieben bereits in den vergangenen Jahren zahlreiche zukunftsweisende Projekte zu den Recyclingmöglichkeiten von Kalksandstein durchgeführt. So wurden neue Anwendungsbereiche erschlossen und weitere Verwertungspfade identifiziert.
Rückführung in den Herstellungsprozess
Dass der in den Werken anfallende Produktionsbruch wieder in den Herstellungsprozess zurückgeführt wird, ist in der Kalksandsteinindustrie gelebte Recyclingpraxis. Bis zu zehn Prozent der Primärrohstoffe können im Regelfall problemlos durch Recycling-Material ersetzt werden.
Allerdings muss es sich dabei um sortenreines Material handeln, das völlig frei von Verunreinigungen ist. Nur dann ist die erneute Herstellung von Kalksandsteinen in gleicher Qualität möglich. Die Anwendungsmöglichkeiten reichen etwa vom Ersatz für Natursteinsplit in Form von grober Gesteinskörnung bis zum fein aufgemahlenen Füller mit CO2-Reduktionspotenzial.
Erste Hersteller entwickeln bereits Verfahren zur serienmäßigen Herstellung von Recycling-Kalksandsteinen.
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Projekt Recycling: KS als Füllstoff
Kalksandstein – ein Baustoff auf dem Weg zu geschlossenen Stoffkreisläufen
Ein weiterer erfolgversprechender Ansatz ist die Nutzung von KS-Recyclingmaterial als Füllstoff für die Herstellung von Beton. Im Rahmen eines Forschungsprojekts hat sich gezeigt, dass sich die Betonqualität bei einer Zugabe von bis zu zehn Prozent KS-Rezyklat nicht verändert.
Mit Kalksandstein zu emissionsärmerem Beton
In einem Forschungsprojekt mit der Universität Kassel konnte die Hypothese bestätigt werden, dass Beton, dem Kalksandstein-Recycling-Material als Füllstoff zugefügt wurde, mit einem reduzierten Zementgehalt herstellbar ist.
Möglich wird dies durch die im Kalksandstein-Rezyklat befindlichen Calciumsilikathydrat-Phasen (CSH-Phasen). Die während der Dampfhärtung in Autoklaven entstehenden CSH-Phasen verleihen Kalksandstein die erforderliche Festigkeit und verfügen über ähnliche Stoffeigenschaften wie Zement.
Im Rahmen des Projekts hat sich gezeigt, dass sich die Betonqualität bei einer Zugabe von zehn Prozent Kalksandstein-Rezyklat nicht verändert. Wird der Beton ausschließlich im Innenbereich eingesetzt, wo moderate Festigkeiten ausreichend sind, kann der Anteil auch auf 20 Prozent erhöht werden. Laut DIN EN 4226-101 wären je nach Anwendungsfall sogar bis zu 35 Prozent erlaubt.
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Projekt Recycling: KS in der Abfallwirtschaft
Kalksandstein – ein Baustoff auf dem Weg zu geschlossenen Stoffkreisläufen
Kalksandstein kann auch die Abfallwirtschaft nachhaltig verändern, denn der Einsatz von Kalksandstein-Rezyklaten in der Abfallwirtschaft wirkt sich klimapositiv aus.
Untersuchungen haben ergeben, dass Kalksandsteingranulat als Träger für methanabbauende Mikroorganismen geeignet ist, das klimaschädliche Methan in das vergleichsweise weniger schädliche CO2 umwandeln.
Mit Kalksandstein zu weniger Treibhausgase
In Abfalldeponien entsteht Methan - ein Treibhausgas, das etwa 25-mal schädlicher ist als CO2. Methan entsteht durch den mikrobiellen und chemischen Abbau von organischen Stoffen.
In Laboruntersuchungen und mit Vor-Ort-Versuchen auf der Blocklanddeponie in Bremen konnte gezeigt werden, dass Gemische aus Kalksandstein- und Porenbetongranulaten als Träger für methanabbauende Mikroorganismen geeignet sind. Diese wandeln das klimaschädliche Methan in das vergleichsweise "weniger schädliche" CO2 um. Kalksandstein- und Porenbeton-Recycling-Granulate, die mit metanotrophen Bakterien beimpft sind, können also zu einer deutlichen Reduzierung von stark klimaschädlichen Methanemissionen beitragen und Abfalldeponien damit ein Stück weit sauberer machen.
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Projekt Recycling: KS als Vegetationssubstrat
Kalksandstein – ein Baustoff auf dem Weg zu geschlossenen Stoffkreisläufen
Kalksandstein spielt auch im städtischen Klimawandel eine wichtige Rolle. Immer häufiger auftretende Wetterextreme wie Starkregen und Rekordsommer machen deutlich, dass beim Bauen neben dem Klimaschutz verstärkt auch die Klimaanpassung in den Fokus rücken muss.
Mit Kalksandstein zu grüneren Städten
So sind begrünte Dächer eine Möglichkeit, um Städte klimaresilienter zu machen.
Sie können große Wassermengen speichern, Gebäude vor Überhitzung schützen und für saubere Luft sorgen.
In einem Forschungsprojekt wurde belegt, dass sich rezykliertes Kalksandstein-Material aufgrund seiner physikalischen und chemischen Eigenschaften sehr gut als Vegetationssubstrat für Dachbegrünungen eignet.
Dies lässt sich auch auf die Straßen übertragen
In einem weiteren Projekt wurde untersucht, inwieweit der Einsatz von rezyklierten Gesteinskörnungen aus Kalksandstein zur vegetationstechnischen Bodenverbesserung im Bereich von Verkehrsflächen beitragen kann.
Erste Versuche haben gezeigt, dass sich der Wasserhaushalt von Böden durch den Einsatz von rezyklierten Gesteinskörnungen aus Kalksandstein deutlich verbessert.
Mit einer maximalen Wasserspeicherkapazität von bis zu 20 Prozent kann Kalksandstein dazu beitragen, dass Straßengrün auch in hochverdichteten Böden besser gedeiht.
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Projekt Recycling: KS im Straßenbau
Kalksandstein – ein Baustoff auf dem Weg zu geschlossenen Stoffkreisläufen
Mehr Kalksandsteinreste im Straßenbau sind ebenso denkbar. Pro Jahr fallen zwischen fünf und sieben Millionen Tonnen Kalksandsteinbruch aus dem Gebäudeabriss an. Da im Regelfall nur zehn Prozent sortenreines Abbruchmaterial zur Herstellung von Recycling-Kalksandsteinen verwendet werden kann, müssen auch andere Wege der Wiederverwertung beschritten werden.
Mit Kalksandstein auf neuen Wegen
Der Einsatz von Kalksandstein-Recyclingmaterial für Tragschichten ohne Bindemittel im Straßen- und Wegebau ist möglich.
Zurzeit ist der Anteil im Straßenbau auf fünf Prozent begrenzt; eine Erhöhung des Kalksandsteinanteils auf bis zu 40 Prozent ist laut eines Forschungsprojekts durchaus möglich.
Hierzu laufen bereits weiterführende Untersuchungen unter realen Bedingungen.
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ANSCHRIFT
Forschungsvereinigung Kalk-Sand e.V. Entenfangweg 15 30419 Hannover |