Elektrodynamische Fragmentierung von Altbeton
Das Verfahren ist nicht neu und seit den 1940er Jahren bekannt. Auf der Europäischen Ressourcenkonferenz informierte Dr.-Ing. Volker Thome über ein jüngeres Forschungsprojekt am Fraunhofer Institut für Bauphysik IBP mit dem Ziel, Altbetonkomponenten als Zuschlag bei der Frischbetonherstellung einzusetzen.
Volker Thome leitet die Institut-Arbeitsgruppe „Betontechnologie und funktionale Baustoffe“. Bei der elektrodynamischen Fragmentierung lassen die Forscher – einfach gesagt – Blitze in den Beton einschlagen. Das Verfahren beruht auf Erkenntnissen russischer Wissenschaftler in den 1940er Jahren, dass die elektrische Durchschlagsfestigkeit – der Widerstand, den jede Flüssigkeit und jeder Feststoff einem elektrischen Impuls entgegensetzt – keine zeitliche Konstante ist und sich mit der Dauer des Blitzes ändert. Wie der Referent erklärte, besitzt Wasser bei einem kurzen, weniger als 500 Nanosekunden dauernden Blitz eine höhere Durchschlagsfestigkeit als die meisten Festkörper. Liegt der Beton unter Wasser und wird ein 150-Nanosekunden-Blitz erzeugt, schlägt dieser nicht mehr ins Wasser, sondern in den Festkörper ein.
Wie eine kleine Sprengstoffexplosion
Im Beton sucht sich mit den Worten von Thome der Blitz den Weg des geringsten Widerstandes – die Grenzen zwischen den Bestandteilen Kies und der Zementsteinmasse. Die ersten Impulse – Fraunhofer spricht von Vorentladungen – schwächen dabei das Material mechanisch vor. Bildlich lässt sich das mit einem Stein vergleichen, der in eine Windschutzscheibe geworfen wird, ohne dass diese gleich splittert. Die Vorentladung, die in der Institut-Anlage im Labormaßstab die Gegenelektrode erreicht, führt dann zum elektrischen Durchschlag: Im Beton bildet sich ein Plasmakanal von sehr hoher Temperatur und extrem starken Druck aus, der binnen einer tausendstel Sekunde wie eine Druckwelle von innen nach außen wächst und an Kraft wie eine kleine Sprengstoffexplosion wirkt. Der Beton wird auseinandergezogen und in seine Bestandteile zerlegt.
Eine weitere Behandlung ist laut Thome nicht erforderlich; die Bestandteile können direkt als Zuschlagstoff bei der Frischbetonherstellung eingesetzt werden. Fraktionen kleiner zwei Millimeter eignen sich hier für Porenbeton und Zement. Zudem kann Quarzsand substituiert werden. Verschiedene Versuchsreihen bezüglich des Einflusses von Chloriden, Carbonaten sowie der Frost-Tau-Wechselbeständigkeit beim Endprodukt schlossen Beeinträchtigungen aus. Die Fraunhofer-Fragmentierungsanlage bereitet pro Stunde etwa eine Tonne Altbeton auf. Ein wirtschaftlicher Betrieb ist den Angaben nach ab 20 Tonnen Durchsatz möglich. Dabei kann die elektrodynamische Fragmentierung auch Müllverbrennungsschlacke und carbonfaserverstärkte Kunststoffe in ihre Einzelbestandteile zerlegen. Und die verbleibende Schlacke stellt einen Zementzusatzstoff dar: In Verbindung mit Wasser reagiert Müllverbrennungsschlacke ähnlich wie Zement.
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