Logo ZeTeM

Zentrum für Technomathematik

ZeTeM > Forschung und Anwendungen > Projekte > Mathematische Modelle zur Realisierung repräsentativer Bauschuttprobennahmen und ihre Überprüfung in der Praxis

Kontakt Sitemap Impressum [ English | Deutsch ]

Mathematische Modelle zur Realisierung repräsentativer Bauschuttprobennahmen und ihre Überprüfung in der Praxis

Arbeitsgruppe:AG Technomathematik
Leitung: Prof. Dr. Dr. h.c. Peter Maaß ((0421) 218-63801, E-Mail: pmaass@math.uni-bremen.de)
Bearbeiter: Dr. Elmar Plischke
Projektförderung: Senator für Bau, Umwelt und Verkehr, Bremen
Projektpartner: Werner Wosniok, Institut für Statistik, Universität Bremen
Amtliche Materialprüfungsanstalt Bremen
Dipl.-Chem. Jens Jürgen Lau, Forschungsvereinigung Recycling und Wertstoffverwertung im Bauwesen e. V.
Laufzeit: 01.02.2005 - 31.01.2006
Bild des Projekts Mathematische Modelle zur Realisierung repräsentativer Bauschuttprobennahmen und ihre Überprüfung in der Praxis

Bei der Beantwortung der Frage nach Wiederverwertbarkeit jeglichen Abfalls geht es ganz entscheidend auch um die Frage, inwieweit die tatsächliche Qualität der vorliegenden Stoffe realistisch beurteilt werden kann. Das hier vorgestellte Projekt bezieht sich speziell auf die in erheblichen Mengen anfallenden Bauabfälle (von ca. 440 Mio. t Abfall/Jahr in Deutschland entfallen ca. 250 Mio t. auf Bauabfälle). Als Beurteilungskriterien werden dabei einerseits bautechnische Parameter zur Überprüfung der technischen Eignung herangezogen. Andererseits ist ein mindestens ebenso wichtiges Kriterium die Umweltverträglichkeit, weil gebrauchte Baustoffe aufgrund ihrer Nutzung Schadstoffe enthalten können, die bei einem Wiedereinbau Mensch, Natur und Umwelt schädigen können.

Beim Bauschutt liegt das Problem darin, dass zur Beprobung häufig große Halden von einigen 1000 m3 eines inhomogenen Schüttgutes vorliegen. Die allgemein in Normen und Richtlinien beschriebenen Probennahmetechniken können hier nur bedingt oder überhaupt nicht angewendet werden. Es stellt sich die Frage, ob, wie und in welchen Vertrauensbereichen inhomogene Schüttgüter wie Bauschutthalden zu beproben sind, damit man von repräsentativen Proben sprechen kann. Die Erfahrung der letzten Jahre (allerdings bisher ohne wissenschaftlichen Nachweis) hat gezeigt, dass Messunsicherheiten aus der Labor- und Analysentechnik um ein Zigfaches von den Unsicherheiten der Probennahme übertroffen werden. Damit ist die Forderung nach einer repräsentativen Beprobung (mit Vertrauensgrenzen, die noch zu definieren wären) ein entscheidendes Kriterium zur Beurteilung und damit zur Güte der Verwertung von Bauabfällen.

Bauschutt Halde Bauschutt Halde
Die Wiederverwertung von Bauabfällen verlangt eine vorangehende Beurteilung der Qualität des vorliegenden Materials. Diese Beurteilung kann nur an Hand von Stichproben erfolgen, von denen ein realistisches Bild der Situation verlangt werden muss. Dies bedeutet praktisch, dass die mögliche Abweichung zwischen wahrer Situation und dem aus den Stichproben gewonnenen Eindruck möglichst klein, vor allen Dingen jedoch quantitativ bekannt sein sollte. Nur dann ist eine begründete Entscheidung über die tatsächliche Wiederverwertung des Materials möglich.

Gegenstand des Projekts ist die Entwicklung von verbesserten Verfahren für die Beprobung von Bauschutthalden, bei denen die Struktur des zu beurteilenden Materials hinsichtlich Art und Korngrößenverteilung mit einer vom Anwender (z.B. Gesetzgeber, Gutachter, Verwerter) definierten Fehlerrate erfasst wird. Ferner sollen die Verfahren bei Einhaltung der festgelegten Fehlerrate einen möglichst geringen Aufwand erfordern. Es werden nur solche Verfahren der Stichprobennahme betrachtet, die in der Praxis auch realistisch durchführbar sind.

Als Zielkriterien der Beurteilung werden herangezogen:

  • Materialien in der Probe (z.B. Betonbruch, Porenbeton, Rotstein/Ziegel, Kalksandstein, Naturstein),
  • Korngrößen, aufgeteilt in 3 Klassen (z.B. 4/8 mm, 8/16 mm, 16/32 mm).

Für diese Zielkriterien werden Genauigkeitsforderungen formuliert, z.B. "Das Probennahmeverfahren soll den Betonbruch-Anteil der Korngröße 8/16 mm mit einer Sicherheit von 95% bis auf einen Fehler von höchstens 5%-Punkten bestimmen." (d.h. wenn der 8/16-Betonbruch-Anteil in der Probe z.B. bei 30% liegt, dann ist in der gesamten Halde mit 95%-iger Sicherheit zwischen 25% und 35% Betonbruch dieser Größe enthalten). Da je nach vorgesehener Weiterverarbeitung des Materials unterschiedliche Anforderungen an die Präzision der Beurteilung zu stellen sind, sollen in diesem Projekt Verfahren für verschiedene Genauigkeitsforderungen erarbeitet werden.

Im Rahmen des Projektes werden primär kegelförmige Aufschüttungen (z.B. durch Förderbänder aufgeschichtete Kegel oder wallförmige Halden) betrachtet und entsprechende Beprobungsverfahren dafür entwickelt, weil solche Bauschutthalden die in der Praxis am häufigsten vorkommende Form sind. Gleichzeitig stellen sie für die mathematisch-statistische Modellierung die größte Herausforderung dar. Insbesondere soll sowohl die Beprobung räumlich homogener Halden (d.h. die unterschiedlichen Materialien und Korngrößen sind in der Halde gleichmäßig verteilt) als auch typische Formen von räumlich inhomogenen Halden analysiert werden. Es wird untersucht, ob bei homogenen Halden der Beprobungsaufwand gezielt reduziert werden kann. Bei kegelförmigen Aufschüttungen ist hier besonders die Frage relevant, inwieweit die Verteilung von der Materialart und der Korngröße abhängt (sammelt sich z.B. Material hoher Dichte unten an, können kleinere Körner durch den Haufen sickern?).