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Vergleichbarkeit der Auslaugraten von Materialien mit und ohne Sandzumischung nach dem Säulenkurzverfahren (DIN 19528)

Mineralische Abfälle und Nebenprodukte, die als Baustoffe eingesetzt werden sollen, können mittels Säulenversuch auf ihre Umweltverträglichkeit hin überprüft werden. Im Auftrag der Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt) wurde getestet, inwieweit durch die Zumischung von Quarzsand auch bei gröberen Materialien die Güteüberwachung beschleunigt werden kann.

Das Foto einen Säulenversuch an einem Gemisch aus 80 % Ton und 20 % SandSäulenversuch an einem Gemisch aus 80 % Ton und 20 % Sand (Bild: RWTH Aachen, ibac)

Aufgabenstellung

Die Beurteilung der Umweltverträglichkeit von mineralischen Abfällen und Nebenprodukten soll künftig unter veränderten Bedingungen stattfinden. Zur Charakterisierung des Auslaugverhaltens kann ein ausführlicher Säulenversuch nach DIN 19528: 2009-01 durchgeführt werden. Im Auftrag der BASt untersuchte das Institut für Bauforschung (ibac) an der RWTH Aachen den Einfluss der Quarzsandzumischung für unterschiedliche Baustoffe. Getestet werden sollten in diesem Zusammenhang Möglichkeiten zur Optimierung der Versuchsdurchführung des Säulenschnelltests nach der genannten DIN.

Untersuchungsmethode

Für die Säulenversuche wurden 16 unterschiedliche Baustoffe, die auch in der Ersatzbaustoffverordnung (EBV) benannt sind, gesammelt. Die Materialien wurden homogenisiert und mittels Sieblinienbestimmung, Königswasseraufschluss und Schütteltest charakterisiert. Der Einfluss der Sandzumischung auf die Elution wurde von sowohl schwer als auch gut perkolierbaren Materialien bestimmt. Die Vorgaben der Norm DIN 19528 wurden überprüft und praxisnahe Konkretisierungen vorgenommen. Nach einer Überprüfung der Einflussfaktoren wie Sättigungsdauer, Verdichtungsmethode und L/D-Verhältnis am Säulenversuch wurden der optimale Sandanteil sowie die optimierte Arbeitsweise für alle weiteren Laborversuche festgelegt. Die Optimierung der Analytik und Ermittlung der Prüfstreuung umfasste eine Achtfach-Bestimmung an zwei Materialien mit und ohne Sandzumischung. Die Vergleichs- und Wiederholstandardabweichung der Analysenlabore sowie die Unterschiede infolge der Sandzumischung wurden statistisch ausgewertet. In einem Laborvergleichstest wurden die Unterschiede infolge der Sandzumischung und die Streuungen zwischen den Laboren
erforscht. Zur Validierung des Verfahrens an unterschiedlichen Materialien wurde der optimierte Säulenversuch an 16 ausgewählten Materialien jeweils mit und ohne Sandzumischung durchgeführt.

Ergebnisse

Die Versuchsreihe zur Optimierung der Prüfbedingungen mit einem bindigen Tonboden sowie einem grobkörnigen Recycling-Baustoff (Größtkorn 16 Millimeter) zeigte, dass ein Sandanteil von 50 Prozent einen guten Kompromiss darstellt. Das Wasser konnte gleichmäßig durch das bindige Material perkolieren, beim groben RC-Material trat keine Verdünnung auf. Da zu Versuchsbeginn für einige Parameter noch keine Gleichgewichtskonzentration erreicht war, sollte die Sättigungsphase von zwei auf fünf Stunden verlängert werden.

Die Ergebnisse der statistischen Auswertung mit dem optimierten Verfahren ergaben, dass die Unterschiede aufgrund der Sandzumischung deutlich geringer ausfielen als zwischen den Ergebnissen der unterschiedlichen Labore. Die Betrachtung der statistischen Verteilung der Konzentrationen umweltrelevanter Parameter ergab keinen Unterschied, egal ob der Säulenversuch mit oder ohne Sandzumischung durchgeführt wird. Die Prüfserie an 16 unterschiedlichen mineralischen Abfällen und Nebenprodukten zeigte, dass der optimierte Säulenschnelltest mit einer Sandzumischung von 50 Prozent keine statistisch signifikanten Abweichungen zum Säulenschnelltest am reinen Material aufweist.

Folgerungen

Die Zugabe von Sand hat sich bei allen mineralischen Ersatzbaustoffen als Möglichkeit erwiesen, die Versuchsdauer des Säulenverfahrens zu reduzieren. Die reine Perkolationszeit wird hierdurch halbiert; hinzu kommt die nicht variable Zeit für die Sättigung der Säule. Der optimierte Säulenschnelltest mit einer Sandzumischung von 50 Prozent bietet sich somit als Standard für den Säulenversuch an.

Comparability of leaching rates of materials mixed with or without sand according to the rapid column test (DIN 19528)

In future, the environmental safety of mineral waste and by-products is to be assessed under modified conditions. A detailed column test in accordance with DIN 19528: 2009-01 can be conducted to characterise the leaching behaviour. BASt commissioned the Institute of Building Materials Research (ibac) at the RWTH Aachen to examine the influence of the quartz sand admixture on different building materials. In connection with this, opportunities for optimising the rapid column test procedure in accordance with the specified DIN were to be tested.

The following conclusions may be drawn after evaluating the tests that were performed: in the case of all mineral substitute building materials, the addition of sand was shown to enable the duration of the column test to be reduced. This halves the pure percolation time; added to this is the non-variable period for the saturation of the columns. The optimised rapid column test using a 50 percent sand admixture can therefore be used by way of standard in column tests.

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