DE4307196C2 - Fugenmörtel zum Bau von Querschnittsabdichtungen im Salz und dessen Verwendung - Google Patents
Fugenmörtel zum Bau von Querschnittsabdichtungen im Salz und dessen VerwendungInfo
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Description
Querschnittsabdichtungen von untertägigen Hohlräumen gegenüber
gasförmigen und flüssigen Medien sind nicht nur wichtige Si
cherheitselemente für klassische Aufgabenstellungen des un
tertägigen Bergbaus und der untertägigen Speicherung, sondern
gehören auch zum Sicherheitskonzept für die untertägige Endla
gerung von Abfallstoffen in geologischen Formationen.
Querschnittsabdichtungen sind technische Barrieren in Form von
Bohrlochverschlüssen Streckenverschlüssen und Schachtver
schlüssen und gehören zusammen zum Mehrbarrierensystem für ein
Endlager. Sie dienen sowohl der Sicherheit des Grubengebäudes
während der Betriebsphase als auch der Nachbetriebsphase bis
zu einem Zeitraum von etwa 103 Jahren und müssen die Forderun
gen nach sehr geringer Permeabilität, einem Sorptionsvermögen
für Abfallstoffe, rißfreier Anpassung an Gebirgsbewegungen und
Langzeitbeständigkeit unter Berücksichtigung eventueller Ände
rung der chemischen und physikalischen Bedingungen, denen
diese Materialien ausgesetzt sind, erfüllen.
Querschnittsabdichtungen von untertägigen Hohlräumen sind aus
dem Kali- und Steinsalzbergbau gemäß verschiedener Werk
standards bekannt.
Im Kali- und Steinsalzbergbau kommen bisher folgende Abdicht-
bzw. Baumaterialien zum Einsatz:
- 1. Natürliche mineralische Materialien: Verschiedene Tone mit und ohne Zuschlagstoffe als einfache Packungen, gebrochenes Steinsalz als einfache Schüttung in Form von Spülversatz oder Trockenversatz oder bei Holzzimmerung als Hinterfül lung und gebrannte Tonziegel.
- 2. Natürliche organische Materialien: Bitumen bzw. Asphalte in unterschiedlicher Zusammensetzung.
- 3. Baustoffe auf Zementbasis: Beton, Mörtel und Injektions schlämme als Verpumpmedien oder Beton- und Kalksandstein ziegel.
Diese Materialien sind aus "Neue Bergbautechnik" 20. JG
(1990), Heft 5, Seiten 171-176, Heft 11, Seiten 429-433
und Heft 12, Seiten 468-470, bekannt.
Diese Abdicht- und Baumaterialien werden entweder für sich
oder in Kombination miteinander zur Herstellung von Quer
schnittsabdichtungen für untertägige Hohlräume für die Be
triebsphase von Bergwerken verwendet.
Diese Materialien besitzen jedoch für den Einsatz im Salzge
stein und unter den Prämissen eines Endlagers in Steinsalz
formationen folgende wesentliche Nachteile:
Die abdichtende Wirkung von Tonpackungen ist in starkem Maße
abhängig von dem Tonmineralgehalt und der je nach der chemi
schen Zusammensetzung der einwirkenden Wässer und Lösungen
ausgelösten Veränderungen der mechanischen Eigenschaften. Ge
brochenes Steinsalz als eine alternative mineralische Dicht
komponente in Form einfacher Schüttung z. B. als Trockenver
satz bedarf erst ausreichender Deformationen (Konvergenzen)
der abzudichtenden Querschnitte, damit der Trockenversatz
einen Kompaktionszustand erreicht, der als langzeitlich dicht
zu betrachten ist.
Bitumen und Asphalte sind gegenüber allen in Erwägung zu zie
henden gasförmigen und flüssigen Medien dauerhaft beständig.
Für ihren Einsatz bei Querschnittsabdichtungen im Steinsalz
besitzen sie jedoch die Eigenschaft, daß sie langzeitlich in
den stoßnahen Saum des umgebenden Salzgebirges eindringen kön
nen und vom Gebirge aufgenommen werden. Dies hat zur Folge,
daß Bitumina und Asphalte quasi im Salzgestein verschwinden
und somit eine langzeitlich ortsfeste abdichtende Wirkung des
Materials für Querschnittsabdichtungen im Salzgestein nicht
über hinreichend lange Zeiträume gewährleistet ist.
Baustoffe auf Zementbasis sind aufgrund ihres Gehaltes von
Calcium und calciumhaltigen Verbindungen nicht widerstandsfä
hig gegenüber insbesondere Mg-haltigen korrosiven Salzlösun
gen. Durch ihre elastischen Eigenschaften sind sie nicht in
der Lage in einem sich plastisch verhaltenden Material, wie z. B.
Salz, eine Verformungsintegrität insbesondere bei Einwir
kung von Zugspannungen herzustellen.
Aus "Sitz, Peter, Freiberger Forschungshefte: Querschnittsab
dichtungen untertätiger Hohlräume durch Dämme und Pfropfen,
VEB Deutscher Verlag für Grundstoffindustrie, Leipzig 1981,
Seiten 89, 92, 103, 109 und 133" und aus "Saarberg-Interplan:
Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe, Gebirgs
mechanische Untersuchungen zur Standsicherheit eines Dammbau
werks, 1985" sind Querschnittsabdichtungen im Bergbau bekannt.
Aus der EP 0 142 116 A2 ist ein Mittel zur Abdichtung von
Bohrlöchern bekannt, welches aus Kalkgrieß, einer Calcium-
bzw. Magnesiumchloridlösung und ggf. Abfallstoffen mit hydraulischen
Eigenschaften besteht. Dieses Mittel ist hochviskos
und nicht als Fugenmörtel geeignet, da ihm die mechanische
Stabilität fehlt.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Fugenmörtel der e. g. Art
zur Verfügung zu stellen, welcher zusammen mit Formkörpern aus
gepreßtem Salzgrus eine geringe Permeabilität aufweist und
welche aufgrund seiner mechanischen und chemischen Beständig
keit eine über lange Zeit dichte Querabdichtung untertägiger
Hohlräume im Salzgestein ermöglicht.
Gelöst wird diese Aufgabe durch das kennzeichnende Merkmal des
Patentanspruchs 1. Die Unteransprüche beschreiben vorteilhafte
Ausgestaltungen der Erfindung.
Das wesentliche Neue der entwickelten Querschnittsabdichtung
im Salz besteht darin, daß mit ihr eine sehr langanhaltende
Kompaktionszeit über die Konvergenz der Strecke zur Erzielung
einer abdichtenden Wirkung von Steinsalzversatz nicht mehr er
forderlich ist.
Gleichzeitig kann der technische Aufwand für einen Einbau un
ter Verdichtung vor Ort auf ein Minimum reduziert werden, der
für die im Bergbau übliche Versatzeinbringung noch zusätzlich
erforderlich wäre.
Mit dem verwendeten Fugenmörtel können zusammen mit den Form
körpern aus Salzgrus sowohl einfache Kreuzmauerwerksverbände
als auch andere Verschlußverbände rasch und wirksam realisie
ren. Dabei wird als Bindemittel z. B. Salzmörtel verwendet.
Diese Verbände lassen sich auch nahtlos in bestehende Ab
dichteinheiten wie Dämme zur Querschnittsabdichtung untertägi
ger Hohlräume im Salzgestein integrieren, die eine mechani
sche, petrophysikalische, chemische und hydraulische Integri
tät mit dem umgebenden Salzgestein besitzen. Nach der Erstel
lung wird eine nahe dem Salzgestein liegende An
fangsdichtigkeit und langzeitlich eine Erhöhung der Dichtwir
kung erzielt.
Die Erfindung wird nun anhand mehrerer Ausführungsbeispiele
näher erläutert.
Als Beispiele für Salzmörtel sind die wesentlichen Verarbei
tungseigenschaften (Knetfähigkeit, Vermauerbarkeit, Laugenab
sonderung und Ausbreitmaß) von Mischungen aus Salzgrus, gesät
tigter Steinsalzlösung und sechs verschiedener Füllstoffe in
den Tabellen 1 bis 6 zusammengestellt.
Die Körnungen der Feststoffe sind dabei immer kleiner als 0,1
mm.
Die jeweils besten Mischungsverhältnisse sind durch ein Stern
gekennzeichnet.
Die Mischungsverhältnisse weisen eine Toleranz von ca. 10%
auf. Dabei wurde auch der Durchlässigkeitswert berücksichtigt.
Er sollte bei 10-9 m/sec liegen.
Die Mörtel dürfen keinen Zement enthalten.
Für das Beispiel des Formkörpers wurde die Form eines Quaders
gewählt. Andere Formen, wie z. B. ineinandergreifende Verbund
steine sind möglich. Der so gestaltete Formstein wird im fol
genden Salzbrikett genannt. Die Maße der Kanten betragen 71,
115 und 240 mm bei einer Toleranz von ± 0,5 mm. Als Ausgangs
material wählt man vorzugsweise Salzgrus welcher die gleiche
Zusammensetzung aufweist wie das Salzlager. Es ist jedoch dar
auf zu achten, daß der Wassergehalt kleiner ist als 0,2% und
der Steinsalzanteil größer ist als 95%.
Die Korndurchmesser des verwendeten Salzgruses sind wie folgt
verteilt:
| < 0,5 mm|- 1% | |
| 0,5-0,315 mm | -16% |
| 0,315-0,16 mm | -38% |
| < 0,16 mm | -45% |
Im allgemeinen Fall soll die mittlere Körnung kleiner als 0,2
mm sein.
Bei einem Pressendruck etwa 130 MPa (± 5%) bei Zimmertemperatur
und einer Druckhaltezeit von 2 sec werden folgende Parameter
erzielt:
| Porosität|ca. 10% | |
| Dichte | ca. 1950 kg/m3 |
| dynamisches Elastizitätsmodul | 26,76 GPa |
| dynamische Querdehnzahl | 0,228 |
Claims (6)
1. Fugenmörtel bestehend aus 100 Gewichtsanteilen Steinsalz
grus 10 bis 50 Gewichtsanteilen Füllstoff, wobei der Füllstoff
aus einem oder einem Gemisch folgender Stoffe:
Grauer Salzton, Brauner Salzton, Rotbrauner Salzton, Bentonit,
Basaltfüller, Kalksteinfüller besteht, und 20 bis 50
Gewichtsanteilen gesättigter Steinsalzlösung.
2. Fugenmörtel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Körnung des Salzgruses kleiner ist als 1 mm.
3. Fugenmörtel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Körnung des Salzgruses kleiner ist als 0,1 mm.
4. Fugenmörtel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge
kennzeichnet, daß der Füllstoff eine Körnung kleiner als
0,1 mm aufweist.
5. Fugenmörtel nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Gewichtsanteile Füllstoff 40 und die
Gewichtsanteile Lösung 35 betragen, bei einer Toleranz von
10%.
6. Verwendung des Fugenmörtels gemäß einem der Ansprüche 1 bis
5 zur Erstellung einer Querschnittsabdichtung im Salz mit
Hilfe von Formkörpern aus gepreßtem Salzgrus.
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| OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
| D2 | Grant after examination | ||
| 8364 | No opposition during term of opposition | ||
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