R: Röntgendiffraktogramme eines Salzbetons auf Basis eines hybriden Zements nach verschiedenen Expositionsdauern; L: Mit Indikatorlösung besprühte Bruchfläche eines Salzbetons auf Basis eines hybriden Zements nach einer Expositionsdauer von 28 Tagen.
Quelle: BAM
Einige der Untertagelager, die derzeit als Zwischenlager für radioaktive Abfälle genutzt werden oder für deren Endlagerung in Betracht gezogen werden, waren früher Salzbergwerke, z. B. die Schachtanlage Asse und das Endlager Morsleben (ERAM) in Deutschland, d. h., dass das Wirtsgestein in diesen potentiellen Endlagern ein Evaporitgestein ist. Zu den geplanten Maßnahmen, um den Austritt von Radionukliden aus solchen Endlagern in die Biosphäre zu verhindern, gehört der Bau von Abdichtbauwerken aus Beton mit Salzzuschlägen (sogenannter "Salzbeton"), um die Stollen im Bergwerk zu schließen. Zu den Zementen, die hinsichtlich ihrer Eignung für die Herstellung von Salzbetonen untersucht wurden, gehören Magnesiumoxychlorid-Zemente, Zemente mit niedrigem pH-Wert und neuerdings auch hybride Zemente (engl. hybrid alkaline cements, HAC). In einem aktuellen Forschungsprojekt im Fachbereich 7.4 der BAM wurden Salzbetone auf Basis von HAC entwickelt und charakterisiert mit dem Ziel, die Faktoren besser zu verstehen, die ihre chemische Stabilität und Durchlässigkeit unter den erwarteten Bedingungen, d. h. beim Angriff von magnesiumchloridreicher Sole, bestimmen.
Betone, die aus Salzzuschlägen und HAC, einem alkalisch aktivierten Schlacke-Flugasche-Gemisch, und einem Portlandzement hergestellt wurden, wurden einer magnesiumchloridreichen Salzlösung wie sie nach dem Kontakt von Oberflächenwasser mit Evaporitgestein (Steinsalz) gebildet wird, ausgesetzt. Die Hydratation und die Schädigung der Betone wurden mit Röntgenbeugung, thermogravimetrischer Analyse, pH-Mapping und Permeabilitätsmessungen untersucht. Die Ergebnisse zeigen, dass Calciumsilicathydrat (C-S-H) bzw. natriumsubstituiertes Calciumaluminiumsilicathydrat (C-N-A-S-H) und Friedelsches Salz die Hauptreaktionsprodukte in den Betonen vor der Einwirkung der Salzlösung waren. Während der Exposition gegenüber der Salzlösung löste sich C-S-H/C-N-A-S-H und es bildeten sich Gips und eine sekundäre AFm-Phase (Doppelhydroxid). Die Dauerhaftigkeit der Betone verbesserte sich mit zunehmendem Anteil an Portlandklinker in den Zementen, was sowohl auf die damit verbundenen Unterschiede in der Durchlässigkeit als auch der chemischen Beständigkeit zurückzuführen ist. Dennoch kam es bei allen Betonen zu einer massiven Erhöhung der Durchlässigkeit, wahrscheinlich verursacht durch die Bildung von Gips aus Anhydrit im Salzzuschlag und damit verbundener Entstehung von Mikrorissen. Das Verhalten der Betone war somit deutlich komplexer als das Verhalten der entsprechenden Zementsteine ohne Salzzuschlag.
Influence of salt aggregate on the degradation of hybrid alkaline cement (HAC) concretes in magnesium chloride-rich saline solution simulating evaporite rock
R. Henning, P. Sturm, S. Keßler, G.J.G. Gluth
Applied Geochemistry 168, 2024