Projekt SealWasteSafe - Dauerhafte Verschlussbauwerke für Endlager

12.04.2022

• Gegenstand
• Ziel
• Methodik
• Partner + Förderer

Wegen des in Deutschland beschlossenen Ausstiegs aus der Atomenergie drängt die Frage nach der sicheren Endlagerung radioaktiver Abfälle. Aktuelle Konzepte sehen die Einlagerung unter Tage vor, wobei Bauwerke zum Verschließen der Strecken benötigt werden. Die sicherheitstechnischen Anforderungen an diese Verschlussbauwerke sind besonders groß und erfordern hochwertige Materialien sowie eine entsprechende Qualitätssicherung, die durch multi-sensorische Prüfkonzepte gewährleistet werden kann.

Als Beitrag zum Bau sicherer Verschlussbauwerke im Salzgestein werden alkalisch aktivierte Materialien als alternative Baustoffe zu vorhandenen Salzbetonen untersucht. Diese Materialien sollen rissfreie Bauwerke ermöglichen. Die konkrete Umsetzung multi-sensorischer Konzepte wird mit zerstörungsfreien Prüfmethoden und eingebetteter Sensorik an Probekörpern im Labormaßstab untersucht. Zusätzlich wird eine Bohrlochsonde entwickelt, die detaillierte Abbilder aus dem Inneren von Verschlussbauwerken liefert.

Große Prüfkörper aus neuartigen alkalisch aktivierten Materialien (AAM) werden mit Sensoren bestückt und die Eigenschaften mit einem bisher verwendeten Salzbeton verglichen. Für die Messungen kommen akustische, Feuchte- und Temperatursensoren zum Einsatz, zum Teil in Verbindung mit kontaktloser RFID-Technik. Zusätzlich werden Spannungsmessungen basierend auf Faseroptischen Systemen durchgeführt.

Durch eine Kooperation mit der Bundesgesellschaft für Endlagerung (BGE)
sind Messungen der BAM an in-situ Versuchsbauwerken im Bergwerk Morsleben (ERAM) möglich.

SealWasteSafe - Dauerhafte Verschlussbauwerke für Endlager

Im Mittelpunkt der baustofftechnischen Arbeiten steht die Entwicklung eines neuartigen Salzbetons auf Basis von zwei verschiedenen alkalisch aktivierten Materialien. Die verwendeten kalziumfreien Binder zeichnen sich dabei durch eine besonders langsame Freisetzung der Reaktionswärme aus, weshalb mit nur geringen thermisch bedingten Verformungen in der Erhärtungsphase zu rechnen ist. Das Ziel ist dabei die Herstellung eines rissfreien Baustoffs für den Einsatz in Verschlussbauwerken zur Endlagerung von radioaktiven Abfällen im Salzgestein. Die Materialentwicklung umfasst dabei die Sicherstellung günstiger Eigenschaften im frischen und erhärteten Zustand und die Gewährleistung gleichbleibender Parameter, unabhängig vom Maßstab (Upscaling). Hierbei ist insbesondere die Beurteilung der Dauerhaftigkeit der Systeme von großem Interesse, beispielsweise hinsichtlich der Wärme- und Festigkeitsentwicklung, des Schwindverhaltens oder der Entwicklung der Permeabilität. Parallel dazu wird ein Referenzmaterial (M2-Salzbeton) beschrieben und hergestellt, welches für das Bergwerk Morsleben (ERAM) entwickelt wurde und dort in einem von der BAM bereits untersuchten Versuchsbauwerk verbaut ist.

Qualitätssicherung und Dauerüberwachung

Für die Qualitätssicherung und Dauerüberwachung von Verschlussbauwerken werden an der BAM bereits eingesetzte Techniken weiterentwickelt. Eine hohe Aussagesicherheit und die Widerstandsfähigkeit gegenüber sehr hohen pH-Werten sind besondere Herausforderungen. Darüber hinaus muss vermieden werden, dass Wasser entlang verbauter Sensorik in das Bauwerk eindringt. Auf dem Gebiet bauteilintegrierter Sensorsysteme werden zwei unterschiedliche Methoden weiterentwickelt. Mit ausgewählter Sensorik in Kombination mit der drahtlosen Radio Frequency Identification (RFID)-Technik werden Bauteilfeuchte und -temperatur erfasst. Die verteilte faseroptische Sensorik (FOS) wird vor allem für Dehnungsmessungen eingesetzt. Ein zukunftsweisender Ansatz für die Qualitätssicherung ist hier, dass mit beiden Technologien das Bauteil neben dem Langzeitmonitoring bereits in seiner Herstellung im Aushärteprozess überwacht werden kann. Die Validierung der entwickelten Sensorsysteme erfolgt mit Standardfeuchte- und Temperaturmessungen sowie mit komplementären Methoden der Zerstörungsfreien Prüfung (ZfP). Insbesondere die Dehnungsmessungen mit faseroptischen Sensoren werden zu diesem Zweck mit den Rissdetektionen aus Schallemissionsmessungen (AE, Acoustic Emission) verglichen.

Entwicklung von ultraschallbasierten Messverfahren

Ein zweiter Schwerpunkt bei der Qualitätssicherung ist die Entwicklung von ultraschallbasierten Messverfahren zur Detektion von Rissen und Delaminationen. Eine neuartige Bohrlochsonde und moderne Abbildungsverfahren für die Ultraschallprüfung werden weiterentwickelt, um die Aussagesicherheit zu verbessern. Für Messungen von der Stirnfläche aus soll das Messsystem Large Aperture Ultrasound System (LAUS) zur Detektion von Rissen und Delaminationen beliebiger Orientierung für Anwendungen in größerer Tiefe optimiert werden. Die Weiterentwicklung der Bohrlochsonde besteht zunächst darin, den Schalldruck und damit die Eindringtiefe zu steigern, indem die Anzahl der Prüfköpfe erhöht wird. Zusätzlich können die einzelnen Prüfköpfe laufzeitgesteuert angeregt werden, um das Schallbündel im Beton zu steuern. Simulationen und Tests an Prüfkörpern dienen zur Verbesserung der verwendeten Technik.

Projektleitung

Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM)
Fachbereich Zerstörungsfreie Prüfmethoden für das Bauwesen

Projektpartner

BAM Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM)

Fachbereich Baustofftechnologie
Fachbereich Sensorik, mess- und prüftechnische Verfahren
Fachbereich Faseroptische Sensorik

Förderung

Das Projekt SealWasteSafe wird als Themenfeldprojekt aus BAM-internen Mitteln gefördert.