Untersuchung von Materialien zur Abdichtung des Kontaktbereichs zwischen Streckenverschlussbauwerken aus hydraulisch abbindenden Baustoffen und dem Salzgebirge

Weber, Jonas Leonard

Bei der Kerntechnischen Nutzung fallen sowohl beim Betrieb der Anlagen als auch beim Rückbau Abfälle an, die aufgrund der von Ihnen ausgehenden ionisierenden Strahlung schädlich für Mensch und Umwelt sind. Daher müssen diese Stoffe, wenn sie keiner weiteren Verwertung zugeführt werden können sicher entsorgt werden. Als geeignet werden hierfür tiefe geologische Formationen angesehen, da diese durch natürliche und technische Barrieren die Abfälle von der Bio- und Hydrosphäre fernhalten. Eine der technischen Barrieren, die den sicheren Einschluss der Abfälle gewährleisten sollen sind die Streckenverschlussbauwerke, die die horizontalen Zugänge zu den Einlagerungsbereichen und Einlagerungskammern verschließen. Im Salz werden Streckenverschlussbauwerke in Abhängigkeit der in der Streckenkontur vorkommenden Salzminerale entweder aus Sorelbeton oder aus Salzbeton hergestellt. Diese beiden hydraulisch abbindenden Baustoffe unterliegen während der Abbindephase durch verschiedene Schwindprozesse oftmals einer Volumenabnahme. Hierdurch kann es im Kontaktbereich zwischen Streckenverschlussbauwerk und Salzgebirge zu Bereichen mit erhöhten Permeabilitäten kommen, wodurch die Funktion des Streckenverschlussbauwerks beeinträchtigt wird. Durch die Injektion geeigneter Materialien in den Kontaktbereich zwischen Streckenverschlussbauwerk und Salzgebirge nach der Abbindephase des Baustoffes können die permeablen Bereiche gezielt vergütet und somit abgedichtet werden. Um insbesondere für die Injektion von Wegsamkeiten mit geringen Öffnungsweiten im Kontaktbereich zwischen Baustoff und Salzgebirge geeignete Injektionsmittel auswählen zu können, wurden im Rahmen der vorliegenden Arbeit zuerst verschiedene als geeignet erachtete Injektionsmittel zusammengestellt und nachfolgend im Labormaßstab untersucht. Ausgewählt wurden 5 verschiedene Injektionsmittel, von denen drei partikelgestützt und zwei partikelfrei waren. Im Labormaßstab wurden die rheologischen Eigenschaften dieser Injektionsmittel untersucht. Die ermittelten rheologischen Kennwerte sowie weitere, physikalisch relevante Kennwerte der Injektionsmittel wurden zur Berechnung des theoretischen Eindringverhaltens der Injektionsmittel verwendet. Basierend auf dem berechneten Eindringverhalten wurde jeweils ein partikelgestütztes und ein partikelfreies Injektionsmittel für vertiefende Untersuchungen zur Ausbildung der Kontaktfuge und ihrer Verbundwirkung ausgewählt. Im Rahmen dieser Versuche wurde jeweils ein Probenkörper aus Steinsalz und Salzbeton bzw. Sorelbeton erstellt, der entlang des Kontaktbereichs zwischen den beiden Materialien im Spaltzugversuch definiert geschädigt wurde. Der Geschädigte Bereich wurde nachfolgend mit Wasserglas der Grädigkeit 37/40 sowie einem Feinstzement injiziert. Bei den Versuchen wurde sowohl das injizierte Volumen als auch nach einer Aushärtephase die Verteilung der Injektionsmittel in den Probenkörpern optisch ausgewertet. Hierbei zeigte sich, dass in die unterschiedlichen Materialkombinationen verschiedene Mengen der Injektionsmittel injiziert werden konnten, und dass neben dem Kontaktbereich auch Risse und Wegsamkeiten im Steinsalz injiziert wurden.

As a result of the use of nuclear materials waste, that emits ionizing radiation, is produced. Due to the emitted radiation these materials are harmful for the environment and therefor have to be safely disposed if they can’t be reused. Deep geological formations are seen as a suitable area for the safe disposal since several different barriers prevent the waste from coming in contact with the bio- and hydrosphere in which it is harmful to animal and plant life. Besides the water impermeable caprocks above saltformations technical barriers within the repository prevent the waste from escaping from the disposal areas. One of these technical barriers are drift seals. In salt formations specialized building materials have to be used for the construction of drift seals in order for them to be stable in the contact with the saltformation. The applied building material is choosen depending on the mineralogical composition of the saltminerals at the face of the drift. In rock salt formations saltconcrete is used and in contact with potassium salts sorelconcrete. Both materials reduce their volume during the hydration process due to the overlapping of thermal contraction processes and interactions between the material of the seal and the surrounding salt. Due to these processes localized zones with higher permeabilities can remain along the contactzone between salt and the building material of the seal after the construction. These remaining, higher permeable zones present areas where corrosion processes can be initiated in contact with fluids and therefore can lead to a reduction of the functionality of the drift seal. In order to reduce the permeability in the contact zone low viscosity grouts, can be used. Especially for the grouting of permeable zones with small apertures along the contactzone between salt formation and drift seal it is important to select adequate grouting materials. In order to select grouting materials at first it was necessary, to formulate requirements that have to be meet by the grouting materials in order to fulfill the highly specific task of lowering the permeability in the contact zone. Afterwards grouting materials, which were viewed as promising for the grouting of permeable zones with small apertures, were chosen based on the requirements mentioned above. For the laboratory tests five grouting materials were chosen, of which three were particle based and 2 were particle free. For each of these materials essential rheological properties were determined. Using the determined properties the penetration into an aperture with a specific width was calculated. Based on the calculations particle free grouting material was chosen for further labscale tests. Within the scope of these tests an artificially produced contact zone between the material of the seal and salt was created and grouted on a laboratory scale. For the test samples were made, where one half is made of rocksalt and the other half is made either out of saltconcrete or sorelconcrete. Before the concrete was poured a grouting tube was placed alongside the contact zone and after the hardening of the concrete the contact zone was deliberately damaged via dynamic tension fatigue testing. The damaged contact zone was then grouted with sodium silicate and a cement with a very low particle size. The amount of grout injected into the samples was documented and after a hardening time the distribution of the grout within the samples was visually evaluated in order to analyze the intrusion behavior of the different grouts. The tests showed that the four combinations between grout and material of the drift seal take up different amounts of grout, and that it was possible to not only grout the contact zone but also permeable zones within the rocksalt.

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Weber, Jonas: Untersuchung von Materialien zur Abdichtung des Kontaktbereichs zwischen Streckenverschlussbauwerken aus hydraulisch abbindenden Baustoffen und dem Salzgebirge. 2018.

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