Rohstoffe / Ausgangsstoffe

Hauptbestandteile

Die Zusammensetzungen von Fertigteilbeton variieren in Abhängigkeit von den gewünschten Eigenschaften in weiten Bereichen, weshalb es eine Vielzahl von Betonarten und Betonrezepturen gibt. Aus diesem Grund wird an dieser Stelle eine allgemeine Zusammensetzung von Beton angegeben.

Beton der Festigkeitsklasse C25/30 hat ein Kubikmeter als Mengenanteile 300 kg Zement, 180 l Wasser sowie 1890 kg Gesteinskörnung. Seine Zusammensetzung ist abhängig unter anderem von Parametern, wie z. B. Festigkeitsklasse und Umweltbedingungen.

Zement
Zur Herstellung von Beton und Stahlbeton nach DIN 1045 sind Zemente nach DIN EN 197 zu verwenden. (→ Zement).
Die im Beton eingesetzten Zementmengen variieren je nach Anforderung an den Beton, meist zwischen 240 und 340 kg/m³, bei Hochleistungsbeton bis über 400 kg/m³.
Für Fertigteile werden insbesondere frühhochfeste Zemente eingesetzt.

Gesteinskörnungen
Die Gesteinskörnung für Beton (Betonzuschlag) beeinflusst sowohl die Festigkeit als auch das Wärmedämmverhalten des Betons. Sie besteht in der Regel aus natürlichem oder künstlichem, gebrochenem, oder ungebrochenem, dichtem oder porigem Material, entsprechend den für die Betonart festgelegten Korngrößen. Gesteinskörnungen mit porigem Gefüge (Naturbims, Blähperlit, Blähton, aber auch Polystyrol) werden für wärmedämmende Leichtbetone verwendet. Bei der Produktion anfallende Restmengen werden als Restbetonbeigabe aufbereitet und wiederverwendet (→ Herstellung).

Aus Gründen der Deponieraumverknappung und der nur begrenzt vorhandenen Rohstoffressourcen gewinnt der Einsatz von wiederverwertbaren Bestandteilen aus aufbereitetem Bauschutt als „rezyklierte Gesteinskörnung“ zunehmend an Bedeutung (→ Nachnutzung).

Wasser
Als Anmachwasser wird entweder Leitungswasser, in eigenen Brunnen gewonnenes Wasser oder Restwasser (siehe Herstellung) verwendet (in der Regel 150 bis 200 l/m³ Beton, bei Hochleistungsbeton ab 130 l/m³).

Betonzusatzstoffe
Betonzusatzstoffe, in erster Linie Flugasche und Gesteinsmehle, werden zur Verbesserung der Frisch- und Festbetoneigenschaften eingesetzt. Bei der Verwendung von Flugasche (FA) wird in der Regel bis zu 20% des Zementes durch FA ersetzt. Silikastaub wird fast ausschließlich bei Hochleistungsbeton eingesetzt. Hierbei werden rund 4 bis 8% des Zementes durch Silikastaub ersetzt. Sowohl bei Einsatz von Flugasche als auch bei Silikastaub ist zu beachten, dass beide Stoffe auf den Wasserzementwert und den Mindestzementgehalt angerechnet werden dürfen.

Für Fertigteile werden oft nur geringe Mengen an Betonzusatzstoffen eingesetzt, die die Verarbeitungseigenschaften verbessern. Zu große Mengen von Betonzusatzstoffen wie Flugaschen oder Gesteinsmehlen würden insbesondere die Festigkeitsbildung verzögern und die Frühfestigkeit verringern.

Betonzusatzmittel (BZM)
Je nach Anforderungen und gewünschten Eigenschaften werden dem Beton Zusatzmittel z. B. Betonverflüssiger, Fließmittel, Luftporenbildner oder Beschleuniger zugegeben. Insbesondere sind hier Fließmittel mit geringer Wirkdauer zu nennen.

Umwelt- und Gesundheitsrelevanz

Gewinnung der Primärrohstoffe

Je nach Anforderungen des Betons kommen unterschiedliche Rohstoffquellen der Ausgangsstoffe in Betracht. Siehe hier die Datenblätter:

• Zement
• Gesteinskörnung
• Betonzusatzstoffe
• Betonzusatzmittel

Verfügbarkeit

Kies und Sand sind noch ausreichend vorhanden. Es ist aber absehbar, dass die Verfügbarkeit der guten natürlichen Sande je nach Region abnimmt und diese sukzessive durch rezykliertes Material ersetzt werden müssen. Die Rohstoffe für Zement wie Kalkstein, Quarz und Ton sind noch ausreichend verfügbar, dennoch werden hier Sekundärrohstoffe beispielsweise Hüttensand oder Flugasche eingesetzt, die nur begrenzt vorhanden sind (Flugasche alte Bundesländer ca. 3 Mio. Tonnen).

Verwendung von Recyclingmaterialien / Produktionsabfällen

Durch vermehrte Bestrebungen dem Kreislaufwirtschaftsgesetzt gerecht zu werden, nimmt der Druck zu natürliche Gesteinskörnung durch rezyklierte Materialien zu ersetzten. Da die Qualitäten nicht gleichzusetzten sind können bislang nur begrenzte Substitutionsgrade erreicht werden.
In Gebieten ohne ausreichende natürliche Gesteinskörnungen wird beispielsweise Recyclingsplitt eingesetzt. Als leichte Gesteinskörnung wird Blähglas eingesetzt, dass aus recyceltem Altglas gewonnen wird.
Rezyklierte Gesteinskörnung aus Produktionsabfällen der Betonfertigteilwerke kann leichter eingesetzt werden, da die Zusammensetzung des zu recycelten Betons bekannt ist und Verunreinigungen ausgeschlossen werden können.

Radioaktivität

Natürlich Radionuklide in Baustoffen können vorkommen in Abhängigkeit von Material und Zuschlagstoffen. Zum Schutz der Bevölkerung vor Strahlenbelas­tungen werden in Deutschland seit mehr als 20 Jahren Untersuchungen und Bewertungen der radioaktiven Stoffe in Baumaterialien durchge­führt. Nach einer Studie des BfS wurden in Deutschland keine zu Bauzwecken verwendbaren Materialien festgestellt, die infol­ge erhöhter Uran- und Radiumkonzentrationen zu höhe­ren Konzentrationen des Radon-222 (Radon) in Räumen führen könnten.

Bauproduktgruppen, bei denen im Einzelfall relevante Belastungen auftreten können, sind Massivbaustoffe wie Betone, Leichtbetone und Ziegel. Dies tritt meist bei Verwendung eventuell belasteten Materials als Gesteins­körnung, z. B. Schlacken, Schlämme oder Stäube aus industriellen Prozessen, bei denen die Gehalte der natürlichen Radionuklide angereichert wurden, oder bei Nutzung von Rohstoffen vulkanischen Ursprungs , z. B. Bims, auf. Produkte wie Putze, Mörtel oder Estriche tragen aufgrund ihrer geringen Dicke nur unwesentlich zur Strahlenexposition der Bewohner bei. 

Bei den derzeit handelsüblichen Bauproduktgruppen sind aus der Sicht des Strahlenschutzes keine Einschränkungen erforderlich. Allerdings ist auch weiterhin die vorgegebene Beschränkung des Anteils industrieller Rückstände als Zuschlag zu beachten, siehe ausführliche BfS-Informationen zu Baustoffen.

Herstellung

Herstellungsprozess

Betonfertigteile sind Bauteile, die aus Fertigteilbeton (Beton, Stahlbeton, Spannbeton) in einem Betonfertigteilwerk industriell hergestellt werden. Die vorgefertigten Bauteile werden dann mit LKW/Schwerlasttransportern auf die Baustelle befördert und oft mit einem Kran verbaut, d. h. die einzelnen Betonfertigteile werden zusammengesetzt.

Betonfertigteilwerke bestehen aus einer Mischanlage ähnlich der inTransportbetonwerken. Das Mischen des Betons erfolgt in der Regel in Zwangsmischern mit einem Fassungsvermögen von 1 bis 2,5 m³ Frischbeton. Ein Mischvorgang in modernen Anlagen benötigt rd. eine Minute.

Der Beton wird über Förderbänder oder Kübel zu den Schalungen für die Fertigteile befördert, eingebracht und bei Bedarf verdichtet (bei Verwendung von SVB nicht nötig). Die Schalungen werden meist mit einem Trennmittel („Schalöl“) versehen, wobei der Trend von mineralischen zu abbaubar/nachwachsenden Trennmitteln geht. Je nach Anforderungen an das Bauteil kann der Beton in der Schalung einer Wärmebehandlung unterzogen werden. Nach dem Erhärten (i. d. R. 12-24 Stunden) werden die Fertigteile entschalt und lagern meist auf Freiflächen bis zum Transport auf die Baustelle. Abhängig von der geforderten Betonqualität (insbesondere Festigkeit) müssen die Fertigteile noch mehrere Tage bis Wochen aushärten bis sie verbaut werden dürfen. Die Schalungen, meist aus Metall, werden in der Regel gereinigt und wiederverwendet. „Die Verschmutzungen werden im Trockenreinigungsverfahren mit speziellen Bürsten an der Schalung beseitigt, die Schalhaut wird poliert. Die umfangreiche Rahmenreinigung incl. aller Innenriegel erfolgt durch die Verwendung eines Hochdruckreinigers im Nassverfahren mit bis zu 500 bar Druck.“¹ Für Bauteile mit ganz speziellen Geometrien werden Schalungen passgenau hergestellt (häufig aus Holz), die nicht wiederverwendet werden, da sie kein Standardbauteil sind. Im Fall von Wänden oder Decken (Filigrandecke) dienen die Fertigteilelemente auf der Baustelle als verlorene Schalung und werden dort noch mit Beton verfüllt.

Restwasserfällt beim Reinigen der Mischanlagen, Fahrmischer und Betonpumpen sowie beim Auswaschen der Gesteinskörnungen an. Restwasser wird gesammelt und weiterverwertet bzw. gereinigt und entsorgt. Die Abwässer müssen vor der Abgabe an die Umgebung (Kanalisation, Vorfluter) neutralisiert werden.

Umweltindikatoren / Herstellung

Energieaufwand

Der erforderliche Energieaufwand zur Herstellung von Beton ist im Wesentlichen von der Zusammensetzung des Betons abhängig. Als Bestandteil mit dem höchsten Energieinhalt ist hier der Zementgehalt im Beton der bestimmende Faktor. Zusatzmittel haben wegen ihrer geringen Dosiermenge keinen entscheidenden Einfluss auf den endgültigen Energieaufwand. So ergibt sich z. B. bei einer Dosierung von 0,5% vom Zement (300kg Zement) ein zusätzlicher Energieaufwand von ca. 4%.

Charakteristische Emissionen

Bei der Herstellung von Beton kann zu Staub- und Geräuschbelastung kommen.
Zu betrachten sind auch die CO₂-Emissionen bei der Herstellung von Zement, die hauptsächlich aus der Entsäuerung des Kalksteins entstehen sowie aus der Verbrennung von Primär- (Steinkohle, Braunkohle, Heizöl) und Sekundärbrennstoffen (z. B. Altreifen, Gummiabfälle, Altöl etc.).

Maßnahmen Gesundheitsschutz

Es sollte persönliche Schutzausrüstung, wie Atem-, Augen- und Gehörschutz sowie Sicherheitsschuhe und ein Helm getragen werden.

Maßnahmen Umweltschutz

Da die Anlagen stets eingehaust sind und mit Filtern versehen sind, ist eine Lärm- und Staubbelastung der Umgebung nicht gegeben.

Transport

Die Rohstoffe des Betons (Zement, Gesteinskörnung) werden in der Regel mit Silofahrzeugen zum Fertigteilwerk gebracht. Bei der Gesteinskörnung wird in der Regel regionale Gesteinskörnung genutzt, um den Transportaufwand geringhalten zu können.

Quellen

¹Schalungen - Sanierung und Reinigung, Online Quelle (zuletzt aufgerufen am 25.06.2014)

Verarbeitung

Technische Hinweise / Verarbeitungsempfehlungen

Betonfertigteile werden vom Fertigteilwerk zur Baustelle geliefert und werden dort meist mit einem Kran zusammengesetzt. Wenn nötig werden die Oberflächen der Verbindungsstellen mechanisch von etwaigen Trennmitteln gereinigt. Wird wie häufig im Brückenbau im „Kontaktverfahren“ (match casting) gearbeitet passen die Fertigteile genau zueinander und können mit einer „trockenen Fuge“, also ohne Kleber oder Mörtel, verbunden werden. In der Regel entstehen beim Zusammensetzen von Fertigteilen sogenannte Vergusstaschen oder Spalten. Diese werden mit Beton, Verguss- oder Einpressmörtel verpresst und gewährleisten so die Verbindung zweier Fertigteilelemente und die kraftschlüssige Einbettung von Anschlussbewehrung.

Arbeitshygienische Risiken

Allgemeines

Betonfertigteile sind gesundheitlich unbedenklich. Bei dem Verbau auf der Baustelle sollte darauf geachtet werden, nicht unter schwebenden Betonelemente zu stehen/laufen. Da die Gefahr eines Absturzes besteht.
Werden Vergusstaschen, Spalten etc. mit Beton bzw. Einpressmörtel verfüllt wird mit frischem Material gearbeitet, dass einen pH-Wert von 11,0 bis 13,5 besitzt. Auf Grund dieser hohen Alkalität besteht die Gefahr von Reizungen. Berührungen mit den Augen oder der Haut sind zu vermeiden. Persönliche Schutzbekleidung tragen!
Genaue Erläuterungen → auch Grundstoff Zement / Verarbeitung

Einstufungen und Gesundheitsgefahren nach GISBAU

Chromatarme zementhaltige Produkte können mit dem GISBAU Produkt-Code (GISCODE) ZP 1 gekennzeichnet werden.

• GISBAU Produktgruppeninformation ZP1 (Download)
• GISBAU Produktgruppeninformation ZP2 (Download)

Die Herstellung und Verwendung nicht chromatarmer zementhaltiger Produkte (GISCODE ZP2) ist seit dem 17. Januar 2005 verboten.

Betontrennmittel werden nach Zusammensetzung mit den GISBAU Produkt-Codes BTM 10 – 60 gekennzeichnet:

• BTM 10 Betontrennmittel, nicht gekennzeichnet
• BTM 15 Betontrennmittel, kennzeichnungsfrei, entaromatisiert
• BTM 20 Betontrennmittel, dünnflüssig
• BTM 30 Betontrennmittel, entaromatisiert
• BTM 40 Betontrennmittel, aromatenarm
• BTM 50 Betontrennmittel, entzündlich, entaromatisiert
• BTM 60 Betontrennmittel, entzündlich, aromatenarm

Emissionen

Lärmemissionen beim Verbau von Betonfertigteilen entstehen insbesondere von Transportfahrzeugen und Kränen. 

Umweltrelevante Informationen

Energiebedarf

Energie wird insbesondere durch den Transport der Betonfertigteile auf die Baustelle verbraucht sowie für Kräne zum Verbau auf der Baustelle.

Wassergefährdung

Beton gilt als nicht gefährlich für die Umwelt. Die Freisetzung größerer Mengen der Zubereitungen in Wasser kann jedoch zu einer pH-Wert-Verschiebung führen und damit unter besonderen Umständen toxisch für aquatisches Leben sein.
Betonzusatzmittel werden nach heutigem Kenntnisstand relativ rasch an die Oberfläche der Zementpartikel sorbiert, sodass die Konzentration in der wässrigen Phase im Beton bzw. im Porenwasser rasch abnimmt. Eine Freisetzung bzw. Auslaugung aus dem Beton ist daher gering, zumal für die Umweltverträglichkeit die aus dem Beton freisetzbaren Substanzen entscheidend sind.

Transport

Der Transportweg von Fertigteilen vom Fertigteilwerk zur Baustelle ist abhängig von der Art des Fertigbauteils. Grundsätzlich gibt es deutlich weniger Fertigteilwerke als beispielsweise Transportbetonwerke für Frischbeton. Dadurch entstehen längere Transportweg. Sonderbauteile zum Beispiel sehr lange Träger/Spannbetonbinder, können nicht in jedem Betonfertigteilwerk hergestellt werden, was zu zusätzlichen Transportwegen und zu zusätzlichem Transportaufwand (Schwerlast-LKW) führt.

Nutzung

Umwelt- und Gesundheitsrisiken Neuzustand

Generell kann die Freisetzung von umweltrelevanten Stoffen aus dem Beton während der Nutzung (allgemein aus zementgebundenen Baustoffen) über die Mechanismen Auslaugung bzw. Auswaschung (im wesentlichen anorganische Stoffe), Emission flüchtiger organischer Bestandteile oder Radioaktivität erfolgen.
Maßgebend für eine Beurteilung der Umweltverträglichkeit von zementgebundenen Baustoffen ist die Menge an freigesetzten umweltrelevanten Stoffen, nicht die Mengen, die im Beton insgesamt enthalten sind.
Die Herstellungsart des Betons, also Transportbeton, Ortbeton oder Fertigteilbeton, hat keinen Einfluss auf die Umweltverträglichkeit im Nutzungszustand.

Umwelt- und Gesundheitsrisiken bei bestimmungsgemäßer Nutzung

Schadstoffabgabe / Emissionen in den Innenraum

Nach bisherigem Kenntnisstand erfolgt keine Schadstoffabgabe bei bestimmungsgemäßer Nutzung.

Umwelt- und Gesundheitsrisiken im Schadensfall

Brandfall

Betone bergen keine brandrelevante Gefährdung, da sie selbst aufgrund der mineralischen Natur nicht brennbar sind.

Wassereinwirkung

Untersuchungen zum Auslaugverhalten von Betonzusatzmitteln aus Betonen weisen darauf hin, dass deren Wirkstoffe fest in die Zementsteinmatrix eingebunden werden oder aber nur geringfügige Mengen der eingesetzten Grundstoffmengen freigesetzt werden.
Beim Einsatz von Betonzusatzstoffen (z. B. Flugasche) ist zwar mit einem insgesamt höheren Gehalt an Schwermetallen im Beton zu rechnen, die umweltrelevante Auslaugung aus dem Beton ist bei der Verwendung von Flugasche jedoch insgesamt geringer - das Porengefüge des Betons wird durch die puzzolanische Reaktion der Flugasche im Beton selbst deutlich verkleinert und damit die Eluation stark gebremst.

Generell ist anzumerken, dass es in Deutschland bislang kein einheitliches und genormtes Prüfverfahren gibt, um das Auslaugverhalten bzw. die Mobilisierbarkeit der zu betrachtenden Stoffe zu bestimmen. In diesem Bereich werden intensive Forschungen betrieben. 

Beständigkeit Nutzungszustand

Unter der Rubrik Baustoff- und Gebäudedaten / Nutzungsdauern von Bauteilen findet sich auf dem Informationsportal Nachhaltiges Bauen eine Datenbank mit Nutzungsdauerangaben von ausgewählten Bauteilen des Hochbaus für den Leitfaden „Nachhaltiges Bauen“.
→ Datenbank als PDF

Instandhaltung

Betone sind unter Voraussetzung einer sachgemäßen Herstellung frei von Instandhaltung. Auf Putze oder Betonoberflächen aufgetragene Anstriche müssen aber gegebenenfalls erneuert werden.

Da Beton- bzw. Stahlbetonbauteile aufgrund ihrer Herstellung, Nutzung oder Exposition gegenüber betonschädigenden Medien in ihrer visuellen Erscheinung oder Funktion beeinträchtigt sind können Betoninstandsetzungsmaßnahmen nötig werden.
Die Richtlinie Schutz und Instandsetzung von Betonbauteilen (Instandsetzungs-Richtlinie) des Deutschen Ausschusses für Stahlbeton (kurz DAfStb) beschreibt verschiedene bekannte nstandsetzungsprinzipien. Seit 2006 wird die Betoninstandsetzung auf europäischer Ebene durch die Norm EN 1504 (in Deutschland DIN EN 1504) Produkte und Systeme für den Schutz und die Instandsetzung von Betontragwerken geregelt.

Die Grundprinzipien lassen sich wie folgt zusammenfassen:
1.Schutz der Bewehrungsoberfläche vor Korrosion durch

• Beschichtung der Bewehrung
• elektrochemischen Korrosionsschutz

2.Wiederherstellung der Betonoberfläche durch

• Verschluss von Rissen
• Reprofilierung von Fehlstellen

3.Schutz der Betonoberfläche vor dem Eindringen korrosiver Medien durch

• Erhöhung der Betonüberdeckung der Bewehrung
• Auftrag von Oberflächenschutzsystemen

Nachnutzung

Umwelt- und Gesundheitsrisiko Rückbau

Beim Rückbau von Betonprodukten kann es zu Staubentwicklung kommen.

Wiederverwendung

Die Wiederverwendung von Betonbauteilen - insbesondere Fertigteile - ist prinzipiell möglich und stellt eine Alternative zur stofflichen Aufbereitung und Verwertung des Betons dar. Dem Bauteilrecycling werden im Bereich der Rohbaukonstruktionen aufgrund der logistischen Probleme und der ästhetischen Einschränkung (Stichwort "Plattenbauweise") nur geringe Realisierungschancen in der Zukunft gegeben. Hinzu kommt, dass der Rückbau sortenrein erfolgen muss und die Verbindungselemente zweckmäßigerweise lösbar sein sollten.

Stoffliche Verwertung

Grundsätzlich kann Altbeton (Beton am Ende seiner Nutzungsphase, z. B. aus Hoch- und Tiefbau, Straßenbeton, Betonwaren wie Pflastersteine oder Dachsteine) nach entsprechender Aufbereitung als rezyklierte Gesteinskörnung für Beton eingesetzt werden. Der Altbeton wird in Recyclinganlagen zu Betonsplitt und Betonbrechsand.
Gemäß der Richtlinie des DAfStB „Beton mit rezyklierter Gesteinskörnung“ kann sortenreiner Betonsplitt und Betonbrechsand bis zu gewissen Grenzen als Gesteinskörnung für Beton wieder eingesetzt werden. Auf Grund von weiteren Untersuchungen wurde die Richtlinie auf Gesteinskörnungen aus mineralischen Baustoffgemischen (Bauschutt) erweitert.

Höchstanteile von rezyklierten Gesteinskörnungen (Typ1/Typ2) in Beton nach DIN 1045 nach der Richtlinie des DAfStB:

Die festgelegten Grenzen ergeben sich aus der Forderung, dass Betone mit Betonsplitt die Anforderungen der DIN 1045 ohne Einschränkung in gleicher Weise erfüllen sollen, wie Betone mit ausschließlich primären Gesteinskörnungen.

Der direkten, sortenreinen Verwertung von Beton im eigenen Kreislauf (Wiederverwendung zum Beton) sind unter Berücksichtigung der Aufbereitungstechniken Grenzen gesetzt. Bei der herkömmlichen Zerkleinerung fallen rund 30% des Betons als Brechsand an.

Selbst bei einer theoretischen Aufbereitung zu Splitt > 2 mm kann der RC-Splitt nur zu rund 60% im Kreislauf gehalten werden. Betonbrechsand kann auch für untergeordnete Betone eingesetzt werden.

Haupteinsatzbereiche von aufbereitetem Altbeton sind derzeit immer noch der klassifizierte und nicht klassifizierte Straßenbau.

Energetische Verwertung

Eine energetische Verwertung von Betonprodukten ist aufgrund der mineralischen Natur nicht möglich.

Beseitigung / Verhalten auf der Deponie

Die Ablagerung von Betonabbruch ist stark rückläufig → Stoffliche Verwertung.

EAK-Abfallschlüssel