Determination of dangerous substances in mineral waste material according to TP Gestein-StB

Dr. rer. nat. B. Susset, Ostfildern

Mit der Mantelverordnung werden der Einsatz von mineralischen Stoffen im Erd-, Straßen-, Wege- und Schienenverkehrswegebau sowie die Verfüllung und Rekultivierung von Abgrabungen im Hinblick auf Umweltanforderungen und Anforderungen an die „chemische Güteüberwachung“ von sogenannten mineralischen Ersatzbaustoffen (wie z. B. Recycling-Baustoffe, Bodenmaterialien, Aschen und Schlacken) bundeseinheitlich geregelt. Langjährige Forschungsergebnisse zeigen, dass die zu erwartenden Sickerwasserkonzentrationen am verlässlichsten durch eine Elution mit Wasser und nicht über Feststoffgehalte bestimmt werden können und sich ein niedrigeres Wasser- zu Feststoffverhältnis (WF) besser für die Prognose bewertungsrelevanter Sickerwasserkonzentrationen eignet. Wesentliches Kernelement der MantelV sind deshalb neu entwickelte, standardisierte und validierte DIN-Verfahren zur Herstellung von Eluaten bei einem Wasser- zu Feststoffverhältnis von 2 l/kg (WF 2), welche die bisherige Methodik aus Ländererlassen und nach LAGA M 20 ablösen. Im Rahmen der Erstprüfung des Eignungsnachweises wird ein ausführlicher Säulenversuch nach DIN 19528 und im Rahmen der Fremdüberwachung und werkseigenen Produktionskontrolle ein WF 2-Säulenkurztest nach DIN 19528 oder ein WF 2-Schütteltest nach DIN 19529 eingesetzt. Die materiellen Festlegungen und Normen der MantelV gelten per Verordnung der Bundesregierung und müssen umgesetzt werden. Die technischen Prüfvorschriften der TP Gestein-StB und Anhang D der TL Gestein-StB wären folglich in großen Teilen für den Regelungsbereich der MantelV nicht mehr anwendbar. Der FGSV-Arbeitskreis 6.2.7 „Auslaugverfahren“ beschäftigt sich aktuell mit der Implementierung der neuen DIN-Elutionsverfahren und mit der Anpassung weiterer TP-Teile. Diese Arbeiten betreffen: - Teil 7.1.6 neu „Säulenversuch (WF = 2 l/kg)“ zur Präzisierung DIN 19528, - Teil 7.1.7 neu „Schüttelversuch (WF = 2 l/kg)“ zur Präzisierung DIN 19529, - Anpassung vorhandener Teil 7.2 „Probenvorbereitung und Verfahren zur Bestimmung der Feststoffgehalte“, - Anpassung vorhandener Teil 7.3 „Bestimmungsverfahren“.

The so-called „Mantelverordnung“ (German Federal Decree for the Requirements of the Use of Alternative Mineral Building Materials in Technical Constructions and for the Amendment of the Federal Soil Protection and Contaminated Sites Ordinance – short: German Federal Recycling Decree) regulates the use of mineral recycling materials (e. g. mineral waste, excavated soils, slag and ashes, recycling products, etc.) in technical constructions (e. g. road dams) and permanent applications (e. g. backfilling and landscaping) with regard to environmental compatibility. Long-term research results show that the seepage water concentration can be estimated most reliable by aqueous leaching tests – groundwater risk assessment should be based on leachate concentrations and not on solid concentrations, as there is in most cases no reliable relationship between the solid and aqueous concentrations. Furthermore, lower liquid to solid ratios are more reliable to assess relevant seepage water concentrations in medium time scale. For the “MantelV” new standardized and validated percolation test of the German Institute for Standardization (DIN) are essential (for leaching of solid materials – percolation method for the joint examination of the leaching behaviour of inorganic and organic substances at a liquid to solid ratio of 2 l/kg). These new standards replace the previous methods. A quality assurance system with material-specific testing programmes (limit concentrations in eluates to be measured, number, schedule and kind of testing) is mandatory to specify the material quality of mineral recycling materials. This is based on an extensive column percolation test (DIN 19528, 2009) for initial characterization and an additional external (by certified bodies) quality control and a short-term column percolation test (DIN 19528, 2009) or a batch test (DIN 19529, 2015) for continuous internal (factory control) and continuous external quality control. The technical rules of the TP Gestein-StB and Annex D of TL Gestein-StB are not compatible with the requirements of German Federal Recycling Decree. Therefore, the FGSV-working group 6.2.7 “Auslaugverfahren” actually works on the adaption of the technical rules: - Part 7.1.6 new „percolation test (LS= 2 l/kg)“ for specification of DIN 19528, - Part 7.1.7 new „batch test (LS = 2 l/kg)“ for specification of DIN 19529, - Adaption of part 7.2 “Sample preparation und methods to determine solid concentratons”, - Adaption of part 7.3 “Analytical methods”.

doi.org/10.53184/STA9-2024-1

Material cycles from the perspective of the cement industry

Dr.-Ing. W. Remarque, Lengerich
Dr.-Ing. J. Scheidt, Dr.-Ing. T. Sievert, Wiesbaden

Stoffströme aus der Aufbereitung von Beton sind wertvolle Ressourcen, die zur Herstellung von Zement und Beton genutzt werden können. Heute wird der beim Rückbau von Gebäuden und Infrastrukturbauwerken anfallende Beton größtenteils als Rohmaterial für die Herstellung von z. B. Frostschutz- oder Ausgleichsschichten verwendet. Um Beton stattdessen als Rohstoffquelle für die Zement- und Betonherstellung verwenden zu können, sind weitere Aufbereitungsschritte erforderlich. Dabei fallen i. d. R. grobe Gesteinskörnung (RC-Körnung) sowie Brechsand (RC-Brechsand) an. Die Verwendung der groben RC-Körnung als Gesteinskörnung für Beton war bisher über eine Richtlinie vom Deutschen Ausschuss für Stahlbeton geregelt. Mit Einführung der DIN 1045-2, Ausgabe August-2023, werden erstmals Anwendungsregeln zur Herstellung von Beton mit RC-Körnung normativ festgeschrieben. Eine spürbar steigende Nachfrage nach Beton mit rezyklierter Gesteinskörnung, wo vorzugsweise die grobe RC-Körnung verwendet wird, geht einher mit einer höheren Verfügbarkeit an RC-Brechsanden. Die Anpassung der Regelwerke ermöglicht künftig weitere Anwendungsmöglichkeiten für die anfallenden Brechsande. Zum einen können sie künftig auch als Sand im Beton verwendet werden. Darüber hinaus können sie als Haupt- und Nebenbestandteil bei der Zementherstellung eingesetzt werden. Bereits heute können sie als Rohstoff für die Herstellung von Zementklinker genutzt werden. RC-Brechsande leisten, insbesondere wenn sie im Zement wiederverwendet werden, sowohl einen Beitrag zur Ressourcenschonung als auch zur Dekarbonisierung. DIN EN 197-6 legt Anforderungen an die Recyclingmehle zum Einsatz als Haupt- oder Nebenbestandteil sowie die Zusammensetzung der damit hergestellten Zemente normativ fest. Werden RC-Brechsande zur Herstellung des Zementklinkers eingesetzt, muss dies durch die jeweilige Landesbehörde genehmigt werden, da Zementöfen Produktionsstätten gemäß BImSchV sind. Die Qualität der Brechsande wird einerseits durch die Zusammensetzung des ursprünglichen Betons, andererseits aber auch durch die Art der Aufbereitung und Lagerungsdauer beeinflusst. Für eine hohe Wiederverwertungsquote ist ein sachgerechter Rückbau sowie eine gezielte Aufbereitung entscheidend. Brechsande aus der Aufbereitung von Beton können dazu beitragen, den Anteil an primären Rohstoffen zur Herstellung von Zementklinker und Zement weiter zu reduzieren.

Construction and Demolition Waste (CDW) is a valuable resource. Today, the crushed concrete that accrues during the demolition of buildings and infrastructure structures is largely used as raw material for the production of frost-resistant subbase or leveling layers. In order to be able to use this concrete as raw material for cement and concrete production, further processing steps are required. During these steps coarse aggregate (RC aggregate) and sand (recycled concrete fines, RCF) are received. The use RC aggregate for concrete was previously regulated by a guideline from the German Committee for Reinforced Concrete [DAfStb]. With the introduction of DIN 1045-2, edition 08-2023, application rules for the production of concrete with RC aggregate are normatively laid down for the first time. An increasing demand for concrete with RC aggregate leads to a higher availability of RCF. With the introduction of the new generation of standards for concrete and an expansion of the cement standards, RCF can in future be used both in concrete and in cement, for the production of cement clinker or as a main and minor constituent in cement. RCF, especially when reused in cement, makes contributions to both, efficient use of primary raw materials and less CO2-emissions. DIN EN 197-6 specifies the requirements for RCF to be used as a main or minor constituent, as well as the composition of the cements produced with them. If RCF are used to produce Clinker, this must be approved by the relevant state authority, as cement kilns has to fulfil the requirements of the BImSchV. The quality of the crushed sand is influenced by the composition of the original concrete, but also by the type of processing and storage period. Proper dismantling and targeted processing are crucial for a high recycling rate. Crushed sand from the processing of concrete can help to further reduce the amount of primary raw materials used to produce cement clinker and cement.

doi.org/10.53184/STA9-2024-2