Planfeststellungsverfahren zur
Stilllegung des Endlagers für
radioaktive Abfälle Morsleben
Verfahrensunterlage
Titel:Verfüllmaterial für Strecken mit hohen Anforderungen
Materialeigenschaften und Materialkennwerte Salzbeton M2
Autor:DBE
Erscheinungsjahr:2004
Unterlagen-Nr.:P 192
Revision:00
Unterlagenteil:
ProjektPSP-ElementObj. Kenn.Funktion
NAANNNNNNNNNNNNNNNNNNNAAANN
9M22343021
Komponente Baugruppe
AANNNA
AANN
AJ
Verfüllmaterial für Strecken mit hohen Anforderungen –
Materialeigenschaften und Materialkennwerte Salzbeton M2
Stichwörter:
AufgabeUALfd. Nr.Rev.
XAAXXAANNNNNN
GH
BY 0054 00
Blatt 3
Abdichtungen, Materialeigenschaften, Rezeptur M2, Rheologie, Salzbeton,
Streckenverfüllungen
Zusammenfassung
Nach dem Stilllegungskonzept des Endlagers für radioaktive Abfälle (ERAM) sind zur Gewähr-
leistung des radiologischen Schutzzieles die Einlagerungsfelder von der zutrittsgefährdeten
Restgrube durch qualifizierte Streckenverfüllungen bzw. Strecken mit hohen Anforderungen
abzudichten. Als Baustoff für die Errichtung der Streckenverfüllungen ist der Salzbeton M2
vorgesehen.
Der vorliegende Bericht fasst den Kenntnisstand zu Materialparametern zusammen, soweit
diese im Hinblick auf die Einbringung als Pumpversatz, die Beherrschung der Bauzustände
sowie zur Beurteilung der mechanischen Integrität der Streckenverfüllungen erforderlich sind.
Zuerst werden die Materialzusammensetzung, das Verhalten des Salzbetons während der
Verarbeitung und die Frischbetoneigenschaften behandelt. Im Anschluss werden Resultate
von Messungen physikalischer und thermodynamischer Materialeigenschaften beschrieben.
Der Salzbeton M2 besteht aus Zement, Steinkohlenflugasche und Salzzuschlag. Das Anmi-
schen erfolgt mit Wasser. Für die Rezeptur liegt eine allgemeine Zulassung gemäß § 4 der
Bergverordnung zum gesundheitlichen Schutz der Beschäftigten (GesBergV) vor. Die rheolo-
gischen Untersuchungen zeigten, dass ein Suspensionstransport durch Rohrleitungen auch
bei erhöhtem oder verringertem Wassergehalt über mehrere Stunden möglich ist. Die Korn-
größe des Salzzuschlages beeinflusst nur untergeordnet das Fließverhalten des Frischbetons.
Kornsedimentations- bzw. -absetzerscheinungen waren nicht nachweisbar. So ergab bei-
spielsweise ein Freifallversuch im ERAM, bei dem Suspension über eine Höhe von 37 m in
eine Schalung verstürzt wurde, dass der Frischbeton zu einem homogenen Baustoffkörper
abbindet.
Untersuchungen physikalischer Festbetoneigenschaften umfassten die Ermittlung der Beton-
dichte, der Salzbetonsteifigkeit und -festigkeit, des Schwind- und Kriechverhaltens sowie Be-
stimmungen von Parametern, die zur Charakterisierung der hydraulischen Durchlässigkeit des
Salzbetons erforderlich sind, wie die Porosität, die Porenradienverteilung und die Permeabili-
tät. Es wurden einaxiale Druckfestigkeiten von mehr als 30 MPa und statische Elastizitätsmo-
duli von über 20.000 MPa erzielt. Die Messungen ergaben, dass abgebundene Proben des
geförderten Materials im Vergleich zu Prüfkörpern, deren Herstellung unmittelbar nach dem
Anmischen erfolgte, vergleichbare Festigkeiten aufweisen. Triaxiale Druckversuche ergaben,
DOK02-01 Dokublatt
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Blatt 4
dass die Dilatanzgrenze nahe der Bruchgrenze liegt. Beide Parameter steigen mit wachsen-
dem Manteldruck.
Das Schwinden des Baustoffes ist bereits nach einer Abbindezeit von etwa 50 Tagen weitge-
hend abgeklungen. Für das Normalklimat 20/65 kann ein Endschwindmaß von 1,1 mm/m an-
gegeben werden. Die Laboruntersuchungen zur Ermittlung der hydraulischen Durchlässigkeit
ergaben, dass der Salzbeton ein Porensystem aufweist, das nur für Gase geringfügig durch-
lässig ist. So reduzierte sich die Gaspermeabilität einer getrockneten Probe bei einer Zunah-
–18
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me des Manteldruckes von 1 MPa auf 10 MPa von 5,4·10 m² auf 1,0·10 m², während im
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–21
Normalklimat 20/65 gelagerte Prüfkörper auf Werte von 6,1·10 m² bis 5,3·10 m² kamen.
Eine Durchströmung mit Salzlösungen war dagegen nicht nachweisbar. Auf Grund der Sätti-
gungsverhältnisse der Poren- und Überschusslösung sind im Rahmen der Verfüllung Anlö-
seerscheinungen der Hohlraumkonturen vernachlässigbar.
Bestimmungen thermodynamischer Eigenschaften des Salzbetons sind erforderlich, da die im
Verlauf des Abbindeprozesses freigesetzte Wärme thermomechanisch bedingte
Zwangsbeanspruchungen in den Streckenverfüllungen sowie im angrenzenden Salzgebirge
erzeugen kann. Die Hydratationswärme ist damit eine nicht zu vernachlässigende Größe. Die
zum Nachweis der Beherrschung der Bauzustände notwendigen Daten, wie die unter
adiabatischen Bedingungen bestimmte Temperaturentwicklung beim Abbinden, die
spezifische Wärmeleitfähigkeit und der Wärmeausdehnungskoeffizient werden beschrieben.
Zusätzlich sind Untersuchungsresultate zur Temperaturstabilität des Salzbetons angegeben.
Abschließend wird dargestellt, wie aus den Ergebnissen der Laboruntersuchungen
thermodynamischer und physikalischer Baustoffeigenschaften Materialkennwerte ermittelt
werden, die in die Sicherheitsnachweisführung eingehen und welche Materialmodelle in den
numerischen Berechnungen zur Anwendung kommen.
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Planfeststellungsverfahren zur
Stilllegung des Endlagers für
radioaktive Abfälle Morsleben
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Titel:Verfüllmaterial für Strecken mit hohen Anforderungen
Materialeigenschaften und Materialkennwerte Salzbeton M2
Autor:DBE
Erscheinungsjahr:2004
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Abdichtungen, Materialeigenschaften, Rezeptur M2, Rheologie, Salzbeton,
Streckenverfüllungen
Zusammenfassung
Nach dem Stilllegungskonzept des Endlagers für radioaktive Abfälle (ERAM) sind zur Gewähr-
leistung des radiologischen Schutzzieles die Einlagerungsfelder von der zutrittsgefährdeten
Restgrube durch qualifizierte Streckenverfüllungen bzw. Strecken mit hohen Anforderungen
abzudichten. Als Baustoff für die Errichtung der Streckenverfüllungen ist der Salzbeton M2
vorgesehen.
Der vorliegende Bericht fasst den Kenntnisstand zu Materialparametern zusammen, soweit
diese im Hinblick auf die Einbringung als Pumpversatz, die Beherrschung der Bauzustände
sowie zur Beurteilung der mechanischen Integrität der Streckenverfüllungen erforderlich sind.
Zuerst werden die Materialzusammensetzung, das Verhalten des Salzbetons während der
Verarbeitung und die Frischbetoneigenschaften behandelt. Im Anschluss werden Resultate
von Messungen physikalischer und thermodynamischer Materialeigenschaften beschrieben.
Der Salzbeton M2 besteht aus Zement, Steinkohlenflugasche und Salzzuschlag. Das Anmi-
schen erfolgt mit Wasser. Für die Rezeptur liegt eine allgemeine Zulassung gemäß § 4 der
Bergverordnung zum gesundheitlichen Schutz der Beschäftigten (GesBergV) vor. Die rheolo-
gischen Untersuchungen zeigten, dass ein Suspensionstransport durch Rohrleitungen auch
bei erhöhtem oder verringertem Wassergehalt über mehrere Stunden möglich ist. Die Korn-
größe des Salzzuschlages beeinflusst nur untergeordnet das Fließverhalten des Frischbetons.
Kornsedimentations- bzw. -absetzerscheinungen waren nicht nachweisbar. So ergab bei-
spielsweise ein Freifallversuch im ERAM, bei dem Suspension über eine Höhe von 37 m in
eine Schalung verstürzt wurde, dass der Frischbeton zu einem homogenen Baustoffkörper
abbindet.
Untersuchungen physikalischer Festbetoneigenschaften umfassten die Ermittlung der Beton-
dichte, der Salzbetonsteifigkeit und -festigkeit, des Schwind- und Kriechverhaltens sowie Be-
stimmungen von Parametern, die zur Charakterisierung der hydraulischen Durchlässigkeit des
Salzbetons erforderlich sind, wie die Porosität, die Porenradienverteilung und die Permeabili-
tät. Es wurden einaxiale Druckfestigkeiten von mehr als 30 MPa und statische Elastizitätsmo-
duli von über 20.000 MPa erzielt. Die Messungen ergaben, dass abgebundene Proben des
geförderten Materials im Vergleich zu Prüfkörpern, deren Herstellung unmittelbar nach dem
Anmischen erfolgte, vergleichbare Festigkeiten aufweisen. Triaxiale Druckversuche ergaben,
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dass die Dilatanzgrenze nahe der Bruchgrenze liegt. Beide Parameter steigen mit wachsen-
dem Manteldruck.
Das Schwinden des Baustoffes ist bereits nach einer Abbindezeit von etwa 50 Tagen weitge-
hend abgeklungen. Für das Normalklimat 20/65 kann ein Endschwindmaß von 1,1 mm/m an-
gegeben werden. Die Laboruntersuchungen zur Ermittlung der hydraulischen Durchlässigkeit
ergaben, dass der Salzbeton ein Porensystem aufweist, das nur für Gase geringfügig durch-
lässig ist. So reduzierte sich die Gaspermeabilität einer getrockneten Probe bei einer Zunah-
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me des Manteldruckes von 1 MPa auf 10 MPa von 5,4·10 m² auf 1,0·10 m², während im
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Normalklimat 20/65 gelagerte Prüfkörper auf Werte von 6,1·10 m² bis 5,3·10 m² kamen.
Eine Durchströmung mit Salzlösungen war dagegen nicht nachweisbar. Auf Grund der Sätti-
gungsverhältnisse der Poren- und Überschusslösung sind im Rahmen der Verfüllung Anlö-
seerscheinungen der Hohlraumkonturen vernachlässigbar.
Bestimmungen thermodynamischer Eigenschaften des Salzbetons sind erforderlich, da die im
Verlauf des Abbindeprozesses freigesetzte Wärme thermomechanisch bedingte
Zwangsbeanspruchungen in den Streckenverfüllungen sowie im angrenzenden Salzgebirge
erzeugen kann. Die Hydratationswärme ist damit eine nicht zu vernachlässigende Größe. Die
zum Nachweis der Beherrschung der Bauzustände notwendigen Daten, wie die unter
adiabatischen Bedingungen bestimmte Temperaturentwicklung beim Abbinden, die
spezifische Wärmeleitfähigkeit und der Wärmeausdehnungskoeffizient werden beschrieben.
Zusätzlich sind Untersuchungsresultate zur Temperaturstabilität des Salzbetons angegeben.
Abschließend wird dargestellt, wie aus den Ergebnissen der Laboruntersuchungen
thermodynamischer und physikalischer Baustoffeigenschaften Materialkennwerte ermittelt
werden, die in die Sicherheitsnachweisführung eingehen und welche Materialmodelle in den
numerischen Berechnungen zur Anwendung kommen.
DOK02-01 Dokublatt
Planfeststellungsverfahren zur
Stilllegung des Endlagers für
radioaktive Abfälle Morsleben
Verfahrensunterlage
Titel:Verfüllmaterial für Strecken mit hohen Anforderungen
Materialeigenschaften und Materialkennwerte Salzbeton M2
Autor:DBE
Erscheinungsjahr:2004
Unterlagen-Nr.:P 192
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Verfüllmaterial für Strecken mit hohen Anforderungen –
Materialeigenschaften und Materialkennwerte Salzbeton M2
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Abdichtungen, Materialeigenschaften, Rezeptur M2, Rheologie, Salzbeton,
Streckenverfüllungen
Zusammenfassung
Nach dem Stilllegungskonzept des Endlagers für radioaktive Abfälle (ERAM) sind zur Gewähr-
leistung des radiologischen Schutzzieles die Einlagerungsfelder von der zutrittsgefährdeten
Restgrube durch qualifizierte Streckenverfüllungen bzw. Strecken mit hohen Anforderungen
abzudichten. Als Baustoff für die Errichtung der Streckenverfüllungen ist der Salzbeton M2
vorgesehen.
Der vorliegende Bericht fasst den Kenntnisstand zu Materialparametern zusammen, soweit
diese im Hinblick auf die Einbringung als Pumpversatz, die Beherrschung der Bauzustände
sowie zur Beurteilung der mechanischen Integrität der Streckenverfüllungen erforderlich sind.
Zuerst werden die Materialzusammensetzung, das Verhalten des Salzbetons während der
Verarbeitung und die Frischbetoneigenschaften behandelt. Im Anschluss werden Resultate
von Messungen physikalischer und thermodynamischer Materialeigenschaften beschrieben.
Der Salzbeton M2 besteht aus Zement, Steinkohlenflugasche und Salzzuschlag. Das Anmi-
schen erfolgt mit Wasser. Für die Rezeptur liegt eine allgemeine Zulassung gemäß § 4 der
Bergverordnung zum gesundheitlichen Schutz der Beschäftigten (GesBergV) vor. Die rheolo-
gischen Untersuchungen zeigten, dass ein Suspensionstransport durch Rohrleitungen auch
bei erhöhtem oder verringertem Wassergehalt über mehrere Stunden möglich ist. Die Korn-
größe des Salzzuschlages beeinflusst nur untergeordnet das Fließverhalten des Frischbetons.
Kornsedimentations- bzw. -absetzerscheinungen waren nicht nachweisbar. So ergab bei-
spielsweise ein Freifallversuch im ERAM, bei dem Suspension über eine Höhe von 37 m in
eine Schalung verstürzt wurde, dass der Frischbeton zu einem homogenen Baustoffkörper
abbindet.
Untersuchungen physikalischer Festbetoneigenschaften umfassten die Ermittlung der Beton-
dichte, der Salzbetonsteifigkeit und -festigkeit, des Schwind- und Kriechverhaltens sowie Be-
stimmungen von Parametern, die zur Charakterisierung der hydraulischen Durchlässigkeit des
Salzbetons erforderlich sind, wie die Porosität, die Porenradienverteilung und die Permeabili-
tät. Es wurden einaxiale Druckfestigkeiten von mehr als 30 MPa und statische Elastizitätsmo-
duli von über 20.000 MPa erzielt. Die Messungen ergaben, dass abgebundene Proben des
geförderten Materials im Vergleich zu Prüfkörpern, deren Herstellung unmittelbar nach dem
Anmischen erfolgte, vergleichbare Festigkeiten aufweisen. Triaxiale Druckversuche ergaben,
DOK02-01 Dokublatt
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Verfüllmaterial für Strecken mit hohen Anforderungen –
Materialeigenschaften und Materialkennwerte Salzbeton M2
AufgabeUALfd. Nr.Rev.
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dass die Dilatanzgrenze nahe der Bruchgrenze liegt. Beide Parameter steigen mit wachsen-
dem Manteldruck.
Das Schwinden des Baustoffes ist bereits nach einer Abbindezeit von etwa 50 Tagen weitge-
hend abgeklungen. Für das Normalklimat 20/65 kann ein Endschwindmaß von 1,1 mm/m an-
gegeben werden. Die Laboruntersuchungen zur Ermittlung der hydraulischen Durchlässigkeit
ergaben, dass der Salzbeton ein Porensystem aufweist, das nur für Gase geringfügig durch-
lässig ist. So reduzierte sich die Gaspermeabilität einer getrockneten Probe bei einer Zunah-
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me des Manteldruckes von 1 MPa auf 10 MPa von 5,4·10 m² auf 1,0·10 m², während im
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Normalklimat 20/65 gelagerte Prüfkörper auf Werte von 6,1·10 m² bis 5,3·10 m² kamen.
Eine Durchströmung mit Salzlösungen war dagegen nicht nachweisbar. Auf Grund der Sätti-
gungsverhältnisse der Poren- und Überschusslösung sind im Rahmen der Verfüllung Anlö-
seerscheinungen der Hohlraumkonturen vernachlässigbar.
Bestimmungen thermodynamischer Eigenschaften des Salzbetons sind erforderlich, da die im
Verlauf des Abbindeprozesses freigesetzte Wärme thermomechanisch bedingte
Zwangsbeanspruchungen in den Streckenverfüllungen sowie im angrenzenden Salzgebirge
erzeugen kann. Die Hydratationswärme ist damit eine nicht zu vernachlässigende Größe. Die
zum Nachweis der Beherrschung der Bauzustände notwendigen Daten, wie die unter
adiabatischen Bedingungen bestimmte Temperaturentwicklung beim Abbinden, die
spezifische Wärmeleitfähigkeit und der Wärmeausdehnungskoeffizient werden beschrieben.
Zusätzlich sind Untersuchungsresultate zur Temperaturstabilität des Salzbetons angegeben.
Abschließend wird dargestellt, wie aus den Ergebnissen der Laboruntersuchungen
thermodynamischer und physikalischer Baustoffeigenschaften Materialkennwerte ermittelt
werden, die in die Sicherheitsnachweisführung eingehen und welche Materialmodelle in den
numerischen Berechnungen zur Anwendung kommen.
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Das Projekt "Teilvorhaben 4: Beschichtung von Vliesstoffen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Tenowo GmbH durchgeführt. Ziel des Projekts ist es, (teil)biobasierte Polyurethane und -acrylate, die potenziell für die Beschichtung von technischen Textilien geeignet sind, mit der zusätzlichen Funktionalität 'Flammschutz' zu versehen. Dies soll durch Zumischung von flammhemmend wirkenden phosphorhaltigen Cellulosederivaten zur Beschichtungsmatrix erfolgen. Für die Herstellung der biobasierten Matrizes sollen von den involvierten chemischen Industriepartnern bereits bekannte, aber auch neue Systeme auf biogener Rohstoffbasis Verwendung finden bzw. entwickelt werden. Mittelfristig soll durch die zu entwickelnden neuen Flammschutzbeschichtungen ein Ersatz der bei Schutztextilien v.a. im Objekt- und Fahrzeugbereich noch häufig eingesetzten halogen- und/oder antimonhaltigen Flammschutzmittel ermöglicht werden. Hierzu ist die Einstellung einer guten Permanenz erforderlich. Um dieses Ziel zu erreichen, sind sowohl von Seiten der PU-Beschichtungsmatrix als auch von Seiten der Cellulosederivatisierung und Additivierung umfassende Entwicklungsarbeiten und Anpassungen bezüglich Synthese, Rheologie, Applikation, ausgebildeter Beschichtungs- und Textilstruktur sowie der erzielbaren Effekte nötig. Die Ergebnisverwertung ist mit Produktinnovationen der neuen Beschichtungssysteme in folgenden Einsatzbereichen verknüpft: FR-Vliesstoffe im Automotive- und Bau-Bereich (Tenowo)
Das Projekt "Teilvorhaben 3: Beschichtung von Geweben" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Textilveredlung Drechsel GmbH durchgeführt. Polyurethane (PUs) und Polyacrylate (PAC) haben für die Beschichtung von Textilien eine herausragende Bedeutung erlangt. Im Zuge nachhaltiger Produktentwicklungen - was u.a. auch eine Abkehr von petrochemisch basierten Einsatzstoffen bedeutet -, tritt bei diesen beiden Polymerklassen mehr und mehr die Suche nach Alternativen in Richtung biogener Rohstoffquellen in den Vordergrund. Gesamtziel des Projekts ist es, (teil)biobasierte Polyurethane und -acrylate, die potenziell für die Beschichtung von technischen Textilien geeignet sind, mit der zusätzlichen Funktionalität 'Flammschutz' (FR) zu versehen. Dies soll durch Zumischung von flammhemmend wirkenden phosphorhaltigen Cellulosederivaten zur Beschichtungsmatrix erfolgen. Für die Herstellung der biobasierten Matrizes sollen von den chemischen Industriepartnern (CHT, Covestro) bereits bekannte, aber auch neue Systeme auf biogener Rohstoffbasis Verwendung finden bzw. entwickelt werden. Mittelfristig soll durch die zu entwickelnden neuen Flammschutzbeschichtungen ein Ersatz der bei Schutztextilien v.a. im Objekt- und Fahrzeugbereich noch häufig eingesetzten halogen- und/oder antimonhaltigen Flammschutzmittel ermöglicht werden. Hierzu ist die Einstellung einer guten Permanenz erforderlich. Um dieses Ziel zu erreichen, sind sowohl von Seiten der PU-Beschichtungsmatrix als auch von Seiten der Cellulosederivatisierung und Additivierung umfassende Entwicklungsarbeiten und Anpassungen bezüglich Synthese, Rheologie, Applikation, ausgebildeter Beschichtungs- und Textilstruktur sowie der erzielbaren Effekte nötig. Die Ergebnisverwertung ist mit Produktinnovationen in folgenden Einsatzbereichen verknüpft: - FR-Sonnenschutztextilien, FR-Gewebe für Heimtextilien und den Automotive-Bereich, sonstige technische Gewebe (TVE Drechsel) - FR-Nonwovens im Automotive-Bereich (Tenowo).