Der Bausektor stellt eine bedeutende CO₂ Emissionsquelle dar. Global gehen jährlich CO₂ Emissionen von rund 2,5 Milliarden Tonnen auf die Herstellung der Baustoffe Zement, Stahl und Aluminium für den Gebäudebau zurück. Mehr als 1,5 Milliarden Tonnen davon werden der Herstellung von Zement und Beton zugeschrieben, ca. 8 % der globalen CO₂ Emissionen. Gleichzeitig trägt die Bauwirtschaft wesentlich zur Ressourcenbeanspruchung bei. In Deutschland wurden in 2022 rund 571 Millionen Tonnen mineralische Rohstoffe aus der Umwelt entnommen. Mineralische Bauabfälle stellen mit knapp 210 Millionen Tonnen den mit Abstand größten Abfallmassenstrom dar, der entsprechend aufbereitet als wichtige Rohstoffquelle zur Baustoffproduktion dienen kann. Um die Treibhausgasemissionen und den Ressourcenverbrauch im Bausektor zu reduzieren, setzt Berlin auf nachhaltige Baustoffe und zirkuläres Bauen. Die Berliner Senatsumweltverwaltung förderte daher in drei aufeinander folgenden Projektphasen die Untersuchung und Markteinführung einer vielversprechenden Technologie mit großem Potenzial, künftig zur Verbesserung der Klimabilanz von ressourcenschonendem Recycling-Beton (RC-Beton) beizutragen. Partnerinnen von Teilprojekten der Reihe „CORE – CO₂-reduzierter R-Beton“, waren u. a. die neustark AG , die Heim Gruppe Cemex-Heim RC-Baustoffe GmbH & Co. KG, Berger Beton SE , CEMEX Deutschland AG, das ifeu Institut Heidelberg gGmbH und das Museum für Naturkunde Berlin. Im Mittelpunkt stand dabei eine Technologie der neustark AG, die aufbereitete RC-Gesteinskörnungen aus Altbeton mit biogenem CO₂ beaufschlagt. Dabei wird CO₂ über ein Injektionssystem in Verbindung mit gebrochenem Altbeton gebracht und reagiert mit dem Calcium des Altbetons zu Kalkstein in Form von Kalzit. Das entstandene Material kann gemäß der Betonproduktnorm (DIN 1045-2) analog zur klassischen RC-Gesteinskörnung in bestimmten Betonrezepturen verwendet werden und in Anteilen natürliche Gesteinskörnungen ersetzen sowie tendenziell den Bindemittelbedarf in Betonrezepturen senken. Dies schafft einen ressourcenschonenden RC-Baustoff, der gleichzeitig als CO₂-Senke dient. In Adlershof wird ein zweiter Standort für die notwendige räumliche Erweiterung des Museums für Naturkunde (MfN) entwickelt. Nachhaltigkeitsziele des Museums für Naturkunde Das Museum für Naturkunde verfolgt bei der Entwicklung der Standorte in Mitte und Adlershof ambitionierte Nachhaltigkeitsziele. Besondere Bedeutung kommt dem Bereich Bau und Baubetrieb zu. Von der gründlichen Prüfung der tatsächlichen Bedarfe über sinnfällige funktionale Anordnungen bis hin zur Optimierung einzelner Baukörper und Konstruktionen wurden die Ziele der Nachhaltigkeit in jedem Arbeitsschritt prioritär beachtet, bei gleichzeitiger Sicherstellung der angemessenen und sicheren Unterbringung der wertvollen Sammlungen. Die aus einer kompakten Sammlungsunterbringung resultierenden hohen Verkehrslasten sind nur in einem Bauwerk aus Stahlbeton zu verwirklichen. Der Neubau in Adlershof wurde aus diesem Grund als Stahlbetonskelettbau konzipiert. Der Einsatz von RC-Betonen war in diesem Kontext naheliegend und so bot sich die Gelegenheit, in Zusammenarbeit mit der Senatsverwaltung für Mobilität, Verkehr, Klimaschutz und Umwelt und weiteren Partnerinnen den Einsatz des innovativen, bereits in Bauvorhaben bewährten, CO₂-speichernden CORE-Betons weiter zu untersuchen. Wo sich der CORE-Beton bei der Errichtung des Zweitstandortes des MfN in Adlershof einsetzen ließe, wurde gemeinsam unter dem Titel „CORE 3 – CO₂-reduzierter R-Beton – Phase 3“ durch die Berliner Senatsumweltverwaltung, das ifeu Institut Heidelberg, die Heim-Gruppe, die Cemex Deutschland AG und das Museum für Naturkunde untersucht. Dabei lag das Hauptaugenmerk auf dem Einsatz von RC-Gesteinskörnung, dem Einsatz aktiv karbonatisierter RC-Gesteinskörnung und dem Einsatz von klinkereffizienten Zementen zur Herstellung CO₂-armer Betone. In der praktischen Anwendung getestet werden konnte überdies die neue Normung für den RC-Beton-Einsatz (die überarbeitete DIN 1045-2), welche wesentlich größere Mengenanteile an RC-Gesteinskörnung zulässt, als es bisher der Fall war. Ziel war ein möglichst breiter Einsatz der ‚neuen‘ Betone. Im Ergebnis ist es bei einer großen Zahl der Betonbauteile möglich, Recyclingbeton mit möglichst hohen Anteilen rezyklierter Körnung zu nutzen (alle bis zu einer Druckfestigkeitsklasse von C30/37). Lediglich die Deckenplatten der Sammlungsräume, welche für besonders hohe Verkehrslasten ausgelegt sind (15 kN/m²), werden in Spannbeton und damit in konventionellem Beton ausgeführt. Insgesamt können so Bauteile in einer Menge von ca. 12.000 m³ als RC-Beton ausgeführt werden (für die Gründung ca. 6.000 m³, die Innenbauteile ca. 3.000 m³, die Außenwände ca. 1.300 m³ und das Dach ca. 1.600 m³.) Ausgehend von den für das Bauvorhaben benötigten Betonsorten (v.a. Druckfestigkeiten und Expositionsklassen) wurden unter Berücksichtigung der Projektziele und unter Beachtung der neuen Vorgaben aus dem Regelwerk (DIN 1045-2) die maximal möglichen Anteile an mineralisierter RC-Gesteinskörnung in den einzelnen Betonrezepturen abgeleitet. Der Bericht zum Projekt kann am Seitenende heruntergeladen werden. Bezogen auf den Zweitstandort in Adlershof hätte eine Herstellung aller Betonbauteile, welche im Rahmen des CORE 3 Projektes in Recyclingbeton hergestellt werden, mit einem CEM I-Beton entsprechend dem Branchenreferenzwert des C.E.C. (CONCRETE for Engineering and Contracting) einen Ausstoß von 3.200 Tonnen CO₂ zur Folge (mit deutschem Durchschnittsbeton 2.700 Tonnen CO₂). Erfolgte die Herstellung dieser Bauteile mit der hier angesetzten Referenzrezeptur (RC-Beton mit 25 % grober RC-Gesteinskörnung, CEM II/C), wäre eine Verringerung des CO₂ Ausstoßes auf 1.800 Tonnen CO₂ möglich. Ziel des Projektes ist es zu zeigen, wie durch die individuelle, den jeweiligen Bauteilen spezifisch angepasste Betonrezeptur – und unter Beachtung der novellierten DIN 1045-2 – und die Speicherung von CO₂ der CO₂-Fußabdruck pro m³ Beton weiter verringert werden kann, soweit dies Vorgaben aus dem Regelwerk zu Mindestzementgehalten ermöglichen. Bei Errichtung des Gebäudes mit den Betonrezepturen, die im Projekt in Kombination von karbonatisierter RC-Gesteinskörnung und CO₂-armer Zemente (mit gleichzeitiger Reduktion der Bindemittelgehalte) entwickelt wurden, kann der Ausstoß auf 1.360 Tonnen CO₂ reduziert werden. Dies entspricht einer Einsparung gegenüber der Referenzrezeptur um gut 430 Tonnen CO₂, was einer relativen Einsparung von knapp 25 % entspricht (inklusive CO₂-Speicherwirkung). Der detaillierte Bericht CORE 3 kann am Ende der Seite heruntergeladen werden. CORE 1: Baustoff-Entwicklung im Labor und ökologisches Potenzial Von Dezember 2020 bis April 2021 lief die erste Projektphase. Hier wurden im Labormaßstab die Grundlagen zur Baustoffentwicklung gelegt und die Erkenntnisse ökologisch und ökonomisch bilanziert und bewertet. Dazu stellte die Heim-Gruppe gebrochenen Altbeton sowie RC-Gesteinskörnungen zur Verfügung, welche die neustark AG mit CO₂ beaufschlagte und karbonatisierte. Aus diesem Material sowie aus nicht karbonatisiertem Referenzmaterial wurden bei der Firma Berger Betonrezepturen mit erhöhten Recyclinggehalten und reduzierten Zementanteilen hergestellt. Dabei wurden sowohl aktuelle als auch zukünftige regulatorische Rahmenbedingungen für RC-Beton (insbesondere Verwendung von Brechsanden 0–2 mm) beachtet. Zudem erstellte das ifeu-Institut Heidelberg eine vereinfachte Ökobilanz des Verfahrens und eine Kostenrechnung für CO₂ aus Berliner Biogasquellen. Die Ergebnisse der ersten Projektphase bestätigten das enorme ökologische Potenzial des Verfahrens. Der detaillierte Bericht CORE 1 kann unter den unten genannten Kontaktdaten angefordert werden. In der zweiten Projektphase im Mai 2021 bis Dezember 2022 startete die praktische Anwendung im großen Maßstab: In der Aufbereitungsanlage für mineralische Bauabfälle der Firma Heim wurde RC-Gesteinskörnung aus reinem Altbeton (Typ 1) mit Hilfe einer mobilen Anlage der neustark AG mit CO₂ beaufschlagt. Die karbonatisierte RC-Gesteinskörnung erhielt erstmals eine Zertifizierung und Zulassung als Zuschlag nach DIN EN 12620 für Transportbeton. Im Herbst 2022 wurden rund 200 m³ dieses Betons in einem Bauabschnitt der Quartiersentwicklung Friedenauer Höhe in Berlin eingesetzt, die im Joint Venture mit OFB Projektentwicklung und Instone Real Estate realisiert wurde. Der Beton diente u.a. als Aufbeton für Geschossdecken sowie zur Betonierung von Wänden und des Aufzugsschachts. Parallel zeigte eine Bilanzierung des Umweltforschungsinstitut ifeu Heidelberg, dass mit den entwickelten Rezepturen eine relevante Umweltentlastung über alle betrachteten Umweltwirkungskategorien hinweg möglich ist. Je höher der Anteil insbesondere an feiner RC-Gesteinskörnung, desto höher die Bindungsrate für CO₂. Die Behandlung der RC-Gesteinskörnung zeigte, dass die Klimawirksamkeit des Betons bei gleichen Eigenschaften und Einhaltung aller einschlägigen Normen durch die Kombination von karbonatisierter RC-Gesteinskörnung und Bindemittelreduktion um bis zu 20 % verringert werden kann. Der detaillierte Bericht CORE 2 kann unter den unten genannten Kontaktdaten angefordert werden. Die im CORE-Pilotvorhaben demonstrierte Praxistauglichkeit der Technologie überzeugte alle Projektbeteiligten. Bereits mehr als 10 Anlagen der Firma neustark zur CO₂-Speicherung sind in der Schweiz in Betrieb. 2023 investierte Heim erstmals in Deutschland in eine entsprechende Anlage, sodass CO₂-speichernde RC-Gesteinskörnung seitdem auf dem Berliner Markt verfügbar ist. Die erste CO₂-Speicheranlage in Deutschland wurde am 28.09.2023 feierlich durch neustark und HEIM in Anwesenheit von über 100 Gästen und Vertreterinnen und Vertretern der Politik in Berlin Marzahn eröffnet. Bei einem flächendeckenden Einsatz der im CORE-Projekt entwickelten und in der Praxis erprobten Betonrezepturen ließen sich im Land Berlin durch die Kombination von karbonatisierter RC-Gesteinskörnung und den effizienten Einsatz CO₂-armer Zemente signifikante CO₂-Einsparungen erreichen. Bilanziell anrechenbar wären die Negativemissionen aus der karbonatisierten RC-Gesteinskörnung, wenn die aktuell zur Querfinanzierung des Baustoffs auf dem privaten CO₂-Markt emittierten Zertifikate durch den Bauherrn aufgekauft würden oder ein entsprechendes Arrangement dazu mit neustark gefunden würde. Das Berliner Ausschreibungs- und Vergabegesetz (BerlAVG) verpflichtet öffentliche Auftraggeber der unmittelbaren Berliner Landesverwaltung bei der Vergabe von Bauleistungen ab einem geschätztem Auftragswert von 50.000 Euro ökologische Kriterien zu berücksichtigen und umweltfreundlichen und energieeffizienten Produkten, Materialien und Verfahren den Vorzug zu gegeben. Wesentliches Instrument zur Umsetzung dieser Vorgabe ist die Verwaltungsvorschrift Beschaffung und Umwelt (VwVBU). Die Federführung für die Entwicklung von Vorschlägen an den Senat zur Fortentwicklung der VwVBU liegt bei der Senatsverwaltung für Mobilität, Verkehr, Klimaschutz und Umwelt. Verwaltungsvorschrift Beschaffung und Umwelt – VwVBU Nachhaltiges Bauen in der öffentlichen Beschaffung Nachbericht Fachdialog zirkuläres Bauen am Beispiel ressourcenschonender Beton Leitfaden für nachhaltiges Bauen des Bundesministeriums für Wohnen, Stadtentwicklung und Bauwesen Pressemitteilung der Senatsverwaltung für Mobilität, Verkehr, Klimaschutz und Umwelt vom 07.10.2022 zum erstmaligen Einsatz von ressourcenschonendem und klimaverträglicherem Transportbeton in Berliner Bauvorhaben Friedenauer Höhe
Das Forschungsvorhaben hat zum Ziel, theoretische Ansätze, Prinzipien und Verfahren zur Prognose und Beurteilung der Korrosionsgefährdung von Bewehrung in Rissbereichen und Verbundebenen von Wasserbauwerken sowie zur vorsorgenden bzw. nachträglichen Sicherstellung des Korrosionsschutzes der Bewehrung zu erarbeiten.
Aufgabenstellung und Ziel
In den letzten Jahren wurden Korrosionsprozesse an gerissenen Stahlbetonbauteilen im Unterwasserbereich mit Süßwasserbeaufschlagung detektiert, die hier aufgrund der gegebenen Randbedingungen (Sauerstoffmangel) bisher für eher nicht möglich gehalten worden sind. Als Ursache gilt eine Depassivierung der Bewehrung aufgrund des Auslaugens des Betons (Calciumhydroxid) durch die intensive Durchströmung der Risse mit Wasser und die anschließende Ausbildung des kathodischen Teilprozesses an entfernten, gut belüfteten Bauwerksstellen (Oberwasserbereich).
Bei Bauwerken im Küstenbereich stellt sich die Frage, ob angesichts ihrer Bauweise mit fein verteilten Rissen grundsätzlich eine zusätzliche Schutzmaßnahme hinsichtlich der chloridinduzierten Bewehrungskorrosion notwendig ist. Die deutsche Normung (DIN EN 1992-1-1/NA (2015)) sieht vor, bei befahrenen Verkehrsflächen (wie z. B. Parkdecks) mit Chloridbeaufschlagung (Expositionsklasse XD3) besondere Vorkehrungen zu treffen, wie beispielsweise das Anbringen einer rissüberbrückenden Beschichtung, Abdichtung oder eine rissvermeidende Bauweise. Das heißt, dass eine ausreichende Dauerhaftigkeit durch die Betonzusammensetzung und Betondeckung in diesem Fall nicht gegeben ist.
Die beschriebene Korrosionsproblematik ist in vergleichbarer Form auch für verkehrswasserbautypische Instandsetzungsmaßnahmen an Schleusen und Wehranlagen von Relevanz (Korrosionsschutz der Verankerungselemente zwischen Betonvorsatzschale und Altbeton).
Vor diesem Hintergrund sind die grundsätzlichen Möglichkeiten und Grenzen der Stahlbetonbauweise bei Verkehrswasserbauwerken in Bezug auf Rissbildung und Bewehrungskorrosion kritisch zu hinterfragen.
Das Forschungsvorhaben hat zum Ziel, theoretische Ansätze, Prinzipien und Verfahren zur Prognose und Beurteilung der Korrosionsgefährdung von Bewehrungen in Rissen und Verbundebenen von Wasserbauwerken sowie zur vorsorgenden bzw. nachträglichen Sicherstellung des Korrosionsschutzes der Bewehrungen zu erarbeiten. Die Umsetzung der erzielten Ergebnisse erfolgt mit der Erstellung eines Leitfadens für die Phasen:
- Planung von Neubau- und Instandsetzungsmaßnahmen,
- Beurteilung bestehender Bauwerke (Zustandsprognose),
- Wiederherstellung des Korrosionsschutzes der Bewehrungen.
Bedeutung für die Wasserstraßen- und Schifffahrtsverwaltung des Bundes (WSV)
Hinsichtlich neuer und bestehender Wasserbauwerke ist die Frage zu beantworten, inwieweit in bislang als vermeintlich unkritisch angesehenen Bauwerksbereichen standsicherheitsrelevante Korrosionsprozesse auftreten können bzw. gegebenenfalls bereits aufgetreten sind. Im Hinblick auf neu zu errichtende bzw. instand zu setzende Verkehrswasserbauwerke sind bislang als bewährt erachtete Bauweisen kritisch zu hinterfragen.
Untersuchungsmethoden
Es werden theoretische Grundlagen für die Korrosionsgefährdung von Bewehrungen in Rissen bzw. Verbundebenen in Abhängigkeit unterschiedlicher wasserbauspezifischer Bauwerkssituationen unter besonderer Berücksichtigung der Phasen „Depassivierung“ und „Verlauf des Korrosionsprozesses nach erfolgter Depassivierung“ erarbeitet, welche durch Laborversuche und Bauwerksuntersuchungen verifiziert werden. Die Entwicklung konzeptioneller bzw. planerischer Ansätze zur Vermeidung korrosionskritischer Situationen bei künftigen Neubau- und Instandsetzungsmaßnahmen wird angestrebt.