MgO-S³: MgO-Spritzbeton für Streckenverschlüsse für HAW-Endlager im Steinsalz : Abschlussbericht zum FuE-Projekt

Bereits 2008 wurde im Rahmen des FuE-Projektes CARLA das Streckenverschlusselement GV2 aus MgO-Spritzbeton im Carnallititgebirge in der Grube Teutschenthal errichtet. Nach über acht Jahren Stand- und Reifezeit wurden im Rahmen des FuE-Projektes MgO-SEAL die Arbeiten am GV2 fortgesetzt. Hierbei wurde das chemische, geomechanische und geohydraulische Langzeitverhalten des Spritzbetondammes nach Lösungskontakt untersucht und bewertet. Die Ergebnisse werden für den (Langzeitsicherheits-) Nachweis der Integrität von Verschlussbauwerken aus MgO-Beton für zukünftige HAW-Endlager im Salinar benötigt.
In mehreren Bohrungen des GV2 wurden über 2,5 Jahre die Permeabilität mit MgCl₂-haltiger, NaCl-gesättigter Lösung regelmäßig gemessen. Die anfangs gemessene Lösungs-permeabilität (k_integral ≈ 2·10-15 m² bzw. k_integral ≈ 4·10-16 m²) verringerte sich um mehr als 4 Größenordnungen bis in den Bereich k_integral ≤ 10-19 m². Dieser Wert entspricht dem integralen Permeabilitätsniveau des kompakten MgO-Betons. Dies zeigte, dass sich MgO-Spritzbeton durch Phasenumwandlung selbst abdichten kann. Diese Porositätsverringerung bei Lösungszutritt wurde auch rechnerisch modellhaft beschrieben.
Für das aktuelle Projekt MgO-S³ wurde das Funktionsbauwerk GV2 teilweise zurückgebaut. Es wurde ein Teil seiner Mantelfläche freigelegt, um die Verteilung der Injektionsmittel zu begutachten. Die mit Lösung befüllten Bohrungen wurden überbohrt, um Veränderungen des Baustoffes nach Kontakt mit der Lösung feststellen zu können. Durch Permeabilitäts-messungen in den Bohrlöchern wurde gezeigt, dass bei Lösungszutritt in den Bereichen mit anfangs höherer Permeabilität sich die Permeabilität mit der Zeit < 10-18 m² verringert. Damit konnte der Selbstabdichtungseffekt des MgO-Spritzbetons bei Lösungszutritt bestätigt und verifiziert werden.
An drei Flächen wurden Ultraschalluntersuchungen durchgeführt, um mögliche Fehlstellen im Bauwerk zu detektieren.
In zahlreichen Spritzbetonversuchen im Technikumsmaßstab wurden verschiedene neue Rezepturvarianten erprobt. In situ in der Grube Teutschenthal wurde zunächst die Rezeptur des GV2 mit Spritzschichtmächtigkeiten von ca. 30 cm reproduziert und in zwei weiteren Versuchen wurde der Quarzzuschlag durch Salzzuschlag ersetzt. Diese hohen Schichtmächtigkeiten gehen mit hohen Abbindetemperaturen einher, die problematisch sein können. Um ein gutes Spritzen und einen hochwertigen Spritzbetonkörper zu gewährleisten, müssen die richtige Technik und die korrekten Einstellungen erprobt und gewählt werden.
An den Bohrkernen aus dem Spritzbeton wurden die Dichte, die Festigkeit, die Porosität, die Permeabilität gemessen sowie das zeitabhängige Verformungsverhalten untersucht. Außerdem wurde der Porenraum mittels CT und PET visualisiert. Die Spritzbetonkörper in situ wurden mit Ultraschall untersucht, um potenzielle Fehlstellen zu identifizieren.
Weiterhin wurde ein wissenschaftliches Programm für ein in situ Verschlussbauwerk aus MgO-Spritzbeton im Steinsalz erarbeitet. Dieses Programm beinhaltet die Versuchsziele und die Messgrößen für die Planung eines zukünftigen MgO-Spritzbetonstreckenverschlusses, einen Vorschlag für die begleitende Qualitätssicherung bzw. –dokumentation beim Bau eines MgO-Streckenverschlusses und einen Vorschlag bzw. Vorentwurf zum Aufbau eines MgO-Streckenverschlusses mit Instrumentierung.