Untersuchungen zur Funktionalität von Bitumen/Asphalt Dichtelementen für Schächte

Scherdeformation und Scherspannungen in einem modellierten Teil einer Bitumenprobe zu verschiedenen Zeiten

Die DBE TECHNOLOGY GmbH entwickelt gemeinsam mit der Technischen Universität Freiberg Konzepte für Dichtelemente für die Schächte von Endlagern für hochradioaktive Abfälle im Rahmen des FuE Projektes ELSA. Dieses FuE Projekt wird durch den Projektträger Karlsruhe im Auftrag des BMWi finanziert. Ziel des Projektes ist es, Schachtverschlüsse auf der Grundlage von Materialuntersuchungen, standortspezifischen Randbedingungen und den verschiedenen Sicherheitskonzepten für Salz- und Tonformationen in Deutschland auszulegen.

Mögliche Dichtmaterialien für Schachtverschlusselemente sind Bitumina bzw. Asphalt (= Bitumen mit mineralischen Zuschlagstoffen). Parallel zu den Labor- und In-situ-Versuchen der TU Freiberg, entwickelt die DBE TECHNOLOGY GmbH ein numerisches Modell, um das thermo-mechanische Verhalten des Materials zu simulieren und die Bedingungen bei der Errichtung der Dichtelemente zu bewerten. Das generelle thermo-mechanische Verhalten des Bitumens ist aus dem Bauwesen, insbesondere aus dem Straßenbau, bekannt. Das viskoelastische Verhalten von Bitumen kann mit dem Burger-Model beschrieben werden. Die Anforderungen und die Belastungen eines Schachtverschlusses unterscheiden sich dadurch vom Straßenbau, dass die Hauptlasten gleichbleibend und statisch sind sowie über lange Zeiten wirken, während dynamische Lasten irrelevant sind. Daher sind die Flüssigkeitseigenschaften des Bitumens wichtig und die Strukturviskosität ist zu betrachten. Das Modell wurde mit Hilfe eines Schertests kalibriert, der mit einem Parallel-Platten-Rheometer durchgeführt wurde. Im ersten Schritt wurde oxidiertes Bitumen bei verschiedenen Temperaturen untersucht. Ein kleiner Keil der Probe wurde mit dem Modell simuliert, wobei die Simulationsergebnisse gut mit den Versuchsergebnissen übereinstimmen. Einige Unterschiede ergeben sich daraus, dass die Strukturviskosität noch nicht vollständig in das Modell implementiert ist.

In einem weiteren Schritt wird die DBE TECHNOLOGY GmbH damit beginnen, verschiedene Schachtverschlusselemente zu modellieren. Aber zunächst soll der thermische Einfluss des heißen Bitumens auf Tonstein und die Auflockerungszone untersucht werden. Die Modellierung berücksichtigt den Lagenaufbau großer Bitumen-Dichtelemente. Die Ergebnisse zeigen, dass die resultierenden Spannungen und die Änderungen in der Spannungsverteilung nicht die bereits existierende Auflockerungszone vergrößern. Die starke Aufheizung wird aber die Gesteinseigenschaften in der Auflockerungszone verändern.  

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