Kumulierte Wärmemengen, optische Mikroskopie unter UV-Licht und alkaliaktivierter Mörtel auf Steinsalzbohrkern
Quelle: BAM, Fachbereich Baustofftechnologie
Trotz beschlossenem Ausstieg ist Deutschland noch immer einer der weltweit größten Produzenten von nuklearer Energie. Die sichere Endlagerung der radioaktiven Abfälle stellt dabei nicht nur eine große Herausforderung für die Gegenwart dar, sondern insbesondere auch für die Sicherheit und Umwelt zukünftiger Generationen. Als Endlager bieten sich in Deutschland, aufgrund ihrer natürlichen Eigenschaften, unter anderem besonders salinare Gesteinsformationen (Steinsalz) an. Die Zugänge zu den eigentlichen Endlagern im Gestein müssen dauerhaft verschlossen und abgedichtet werden. Die Hauptfunktion von Verschlussbauwerken der Endlager besteht somit im Erhalt der geologischen Barriere. Bei der Herstellung dieser Verschlussbauwerke aus Beton kommt es durch eine exotherme Hydratationsreaktion der Bindemittel und anschließender Abkühlung zu thermisch induzierten Spannungen. Der Abbau der Spannungen erfolgt unter Umständen über Rissbildungen und kann zu einer drastischen Herabsetzung der Barrierewirkung gegenüber der Umwelt führen. Zur Lösung der Probleme ist der Einsatz von Zementen erforderlich, die bei hinreichenden mechanischen und physikalischen Kennwerten eine geringere oder langsamere Wärmentwicklung bei der Erhärtung aufweisen als die gegenwärtig getesteten Bindemittel.
Aufgrund ihrer hohen chemischen Stabilität sind alkaliaktivierte Bindemittel potenziell besonders gut als Verfüllmaterial für End- und Zwischenlager im Steinsalz geeignet. Ein aktueller, an der BAM untersuchter Ansatz sind natriumbasierte alkaliaktivierte Mörtel mit halitischer Salzgesteinskörnung. Um die grundsätzliche Eignung der an der BAM entwickelten Baustoffe zu beurteilen, wurden ihre Wärmeentwicklung bei der Erhärtung sowie Frisch- und Festmörteleigenschaften untersucht. Dabei wurde eine um bis zu 55 % reduzierte Reaktionswärmemenge gegenüber einer im Zwischenlager Morsleben getesteten Referenzmischung ermittelt. Die Erhärtungsphase, in der Verformungen potenziell noch kompensiert werden können, erfolgt langsamer. Eine Erhöhung der Umgebungstemperatur – die auch unter Bergwerkverhältnissen zu erwarten ist – führt zu einer Erhöhung der Reaktivität und einer deutlichen Beschleunigung der Reaktionskinetik. Andere relevante Eigenschaften hängen stark von der Rezeptur und den Umgebungsbedingungen ab. Insgesamt zeigen die Ergebnisse, dass alkaliaktivierte Betone vielversprechende Alternativen für den Endlagerbau sein können.
Properties of alkali-activated mortars with salt aggregate for sealing structures in evaporite rock
P. Sturm, J. Moye, G.J.G. Gluth, N. Vogler, A. Taffe, H.-C. Kühne
erschienen in Open Ceramics, Vol. 5, article No. 100041, 2021
BAM Fachbereich Baustofftechnologie