EP3245656B1 - Zusammensetzung, insbesondere zum versiegeln von radioaktiven oder toxischen problemstoffen - Google Patents

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EP3245656B1
EP3245656B1 EP16701733.4A EP16701733A EP3245656B1 EP 3245656 B1 EP3245656 B1 EP 3245656B1 EP 16701733 A EP16701733 A EP 16701733A EP 3245656 B1 EP3245656 B1 EP 3245656B1
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bitumen
mixture
vegetable oil
cold
concrete
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    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21F—PROTECTION AGAINST X-RADIATION, GAMMA RADIATION, CORPUSCULAR RADIATION OR PARTICLE BOMBARDMENT; TREATING RADIOACTIVELY CONTAMINATED MATERIAL; DECONTAMINATION ARRANGEMENTS THEREFOR
    • G21F9/00—Treating radioactively contaminated material; Decontamination arrangements therefor
    • G21F9/28—Treating solids
    • G21F9/30—Processing
    • G21F9/301—Processing by fixation in stable solid media
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    • G—PHYSICS
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    • G21F9/04—Treating liquids
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    • G21F9/16—Processing by fixation in stable solid media
    • G21F9/162—Processing by fixation in stable solid media in an inorganic matrix, e.g. clays, zeolites
    • G21F9/165—Cement or cement-like matrix
    • G—PHYSICS
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    • G21F9/301—Processing by fixation in stable solid media
    • G21F9/307—Processing by fixation in stable solid media in polymeric matrix, e.g. resins, tars

Definitions

  • the invention relates to a composition, a method for producing the composition and a sealing device and a method for sealing problematic substances, in particular toxic and / or radioactive problematic substances, or containers with problematic substances, in particular toxic and / or radioactive problematic substances.
  • DE 23 56 253 A1 discloses a method for preparing waste fluids containing organic radioactive materials for environmentally friendly and safe handling, transportation and disposal, wherein the organic waste liquids are brought into contact with organic solids.
  • Organic, radioactively contaminated waste liquids are, in particular, phosphoric acid esters, organophosphoric acids, the mixtures of which with hydrocarbons, such as are obtained in the reprocessing of irradiated nuclear fuels, of other solvents used from radiochemical experiments or contaminated machine oils.
  • tributyl phosphate is mentioned as one of these waste liquids.
  • two waste liquids are explicitly mentioned, namely tributyl phosphate / dodecane and motor oil or machine oil.
  • the motor oil or machine oil here is therefore an organic waste liquid that contains radioactive contaminated or radioactive substances and should be disposed of in an environmentally friendly manner.
  • the organic waste liquid is first mixed in a process step a) with an organic solid to form a homogeneous mass which is soft at room temperature and is unstable.
  • a hydraulic binder is slurried in water in a mixing ratio of hydraulic binder to water of up to the order of magnitude of 0.4, based on the amounts by weight.
  • the organic mass which is formed by mixing the organic waste liquid with the organic solid in process step a), is introduced into the slurry, which has resulted from the slurrying of the hydraulic binder in water in process step b) and distributed and then let the hydraulic binder bind to a solid, uniform molded body.
  • thin motor oil as a contaminated, organic waste liquid
  • a hard bitumen grade such as R 135/10
  • the appropriate consistency is obtained with a weight ratio of 1: 1.
  • Viscous machine oil can be DE 23 56 253 A1 even mix in a 2: 1 ratio with hard bitumen. With plastics one could achieve much more favorable conditions and thus mix even more waste liquid into the organic solid, as described in the further examples.
  • the ratio between organic mass and slurry is preferably chosen between 1: 2 and 1: 3.
  • Hydraulic binders can be, in particular, cement or gypsum, in particular in a weight ratio between 1: 2 and 1: 3.
  • Weight ratio of organic waste liquid to bitumen in DE 23 56 253 A1 up to approx. 2: 1 specified. It is in DE 23 56 253 A1 also described that if mixing at room temperature is difficult, the organic waste liquid and solid may be heated to form a homogeneous liquid mixture and the mixture is then allowed to cool to a soft, dimensionally unstable mass.
  • DE 10 2011 011 166 A1 discloses a composition and method for underground disposal of radioactive material over long periods of time.
  • the radioactive material that is brought into underground premises is encased with the composition, which consists wholly or partly of bitumen, and is enclosed for millennia.
  • Bitumen is said to be a mixture of higher hydrocarbons and heterocyclic compounds and is inert to the environment and free of any toxicity, and is long-term stable given its natural, unchanged occurrence in 10 million year old deposits. Bitumen is extracted from natural deposits or petroleum distillation.
  • DE 10 2011 011 166 A1 further describes that by Ingress of water and the resulting chemical reactions as well as groundwater contact increasing environmental contamination takes its course.
  • bitumen composition according to the DE 10 2011 011 166 A1 closes the radioactive material in underground cavities permanently against the environment, especially against water. Bitumen is hydrophobic and an absolute diffusion barrier. By covering the underground repositories, any contact between the stored material and the surrounding water is prevented. This means that radioactivity cannot be flushed into the environment. Due to its higher specific weight, the bitumen composition displaces the water from already flooded repositories, and the already stored material is protected against any further contact with groundwater. New repositories will be completely filled with the composition once the assembly has been completed, in particular via pipes.
  • the flow properties of the bitumen composition are set according to the parameters on site - such as temperature, geological conditions, etc.
  • the viscosity is measured with biological oils - such as B. rapeseed oil, olive oil, sunflower oil etc. - discontinued.
  • biological oils such as B. rapeseed oil, olive oil, sunflower oil etc. - discontinued.
  • the bitumen composition can be filled with fillers such as Sand, mineral granules, etc. are added, which increase the specific weight and let the mixture sink better. Since the viscosity of the bitumen is constant and, like liquids, it cannot be compressed, this known bitumen composition also offers the greatest possible protection against the destruction of the final containers filled with radioactive material in the event of collapse.
  • the bitumen composition can be mixed with activated carbon, which radioactive noble gases resulting from the core decay - such as. B Xenon - for decaying their radiation (from a few weeks to months).
  • Bitumen from plate material for example punched out in a confetti-like manner, can also be admixed with the aid of superplasticizers, and thus porous points surrounding the geological formation can be sealed.
  • vegetable or technical fibers can also be added.
  • Bitumen refers to a mixture of various organic substances, both naturally occurring and obtained from petroleum by vacuum distillation, mainly high molecular weight hydrocarbons (long-chain; aliphatic and aromatic) and chemically bound in small amounts sulfur, oxygen, nitrogen and some traces of metals. Bitumen is non-toxic and must be distinguished from the carcinogenic tar that remains from residues in the pyrolysis of natural products such as hard coal. Bitumen is practically insoluble in water (hydrophobic) and is therefore used, for example, to protect sensitive substances and components against water.
  • Bitumen is one of the thermoplastic materials and its viscosity is temperature-dependent: at room temperature it is solid and brittle, when heated it continuously passes through all states from solid (glassy) to viscous to thin. Typical processing temperatures to make bitumen sufficiently viscous are between 160 and 200 ° C. As temperatures continue to rise, it begins to slowly decompose. Bitumen is also chemically stable to non-oxidizing acids and bases, but is flammable at higher temperatures. Bitumen is partially soluble or swelling in liquid hydrocarbons, such as. B. petrol, toluene, diesel, oils or other non-polar solvents.
  • Unmodified bitumen cannot be processed or pumped at normal ambient temperatures. To process bitumen into an end product, it is usually heated to its liquid state (hot-viscous bitumen) or as a bitumen emulsion (bitumen emulsified in water), foamed bitumen (addition of water and ambient air) or as a waste bitumen (addition of solvents).
  • hot-viscous bitumen or as a bitumen emulsion (bitumen emulsified in water), foamed bitumen (addition of water and ambient air) or as a waste bitumen (addition of solvents).
  • flux bitumen flux agents, which are petro-derived, low volatile oils (flux oils) are added for easier processing. Heating the resulting flux bitumen remains necessary for further processing; it is only possible to reduce the processing temperature to e.g. 110 ° C can be reached.
  • the petro-derived fluxes can be replaced by oils from renewable raw materials.
  • bitumen composition according to DE 10 2011 011 166 A1 is not very dimensionally stable, especially under pressure, and is also not ideal for producing dimensionally stable components.
  • Concrete is an artificial building material that consists of a mixture of binders, usually cement, and aggregates, usually an aggregate, usually sand and gravel and split, and water and, if necessary, other additives by hardening (or: hardening or setting) the Cement-water mixture is created.
  • the hardened cement is water-resistant and gives the concrete, as a binding matrix, a high compressive strength of 20 to over 150 N / mm 2 .
  • Concrete can be used as unreinforced concrete or especially to increase its tensile strength, in a composite material or as reinforced concrete with reinforcement elements, especially as reinforced concrete or prestressed concrete with reinforcement steel elements or, by adding fibers made of steel, plastic or glass, as fiber concrete or in combination with fabrics or knitted fabrics as textile concrete .
  • Mortar is closely related to concrete, which form a mixture of binder and water and usually also a fine aggregate and any other additives.
  • the aggregate With mortar, the aggregate is fine with a maximum of 4 mm in diameter or grain size, with concrete, the aggregate is coarser with larger grain sizes.
  • Mineral binders are generally used as binders for mortar, such as lime, cement, plaster, anhydrite, magnesite, pozzolane and clay, or else organic binders (plastics, wall adhesives).
  • the aggregate for mortar is mostly sand, but other materials such as fine gravel or wood chips or split can also be used.
  • Mortar is mostly used for connecting bricks (masonry mortar) or for plastering walls (plastering mortar). There are also many standards for mortars.
  • the composition should in particular be suitable for enclosing or for storage, in particular final storage, of problematic substances for a sufficiently long period of time and / or for a longer or longer period of time both form a moisture and diffusion barrier and also offer or guarantee static strength and resistance.
  • a method for producing such a composition is also to be specified.
  • Another object of the invention is to provide a sealing device and a method for sealing problematic substances, in particular to indicate toxic and / or radioactive problematic substances, or containers with problematic substances, in particular toxic and / or radioactive problematic substances, also over sufficiently long periods of time. Sufficiently long periods are to be understood here in particular as periods in which the problematic substance remains problematic or dangerous, in particular too radioactive or toxic, and should be sealed. Depending on the problem substance, periods of several decades or several centuries or even many millennia can be affected. Storage or sealing can take place underground or above ground or outside of the earth.
  • composition which contains a not yet hardened (or: not yet set) flowable concrete mixture or mortar mixture and at least one cold-viscous bitumen and in particular consists of these two components.
  • Cold viscous here means that the low viscosity or flowability of the bitumen required for processing and miscibility exists at ambient temperatures, i.e. especially at processing temperatures that are far from both the freezing point and the area of critical evaporation of the water, i.e. the mixing water in the concrete or mortar are removed enough, in particular from a processing temperature range of 5 ° C. to 70 ° C., in particular 10 ° C. to 30 ° C., the concrete mixture or mortar mixture preferably curing at this processing temperature.
  • the cold-viscous bitumen can be mixed in homogeneously and does not negatively influence the homogeneity and hardening of the mortar or concrete.
  • a method for producing a composition according to claim 10 in which a not yet hardened (or: not yet set) flowable concrete mixture or mortar mixture and at least one cold-viscous bitumen are mixed, preferably the cold-viscous bitumen at a processing temperature, in which the concrete mixture or mortar mixture hardens, in particular from a processing temperature range of 5 ° C to 70 ° C, in particular 10 ° C to 30 ° C, low viscosity or flowable.
  • bitumen is generally obtained and used in a manner known per se in all embodiments of the composition or the manufacturing process, e.g. as natural bitumen or as a product from the petro-industry or petroleum distillation, as stated above.
  • This bitumen known per se and not flowable at ambient temperature, is made cold-viscous by adding or mixing with vegetable oil (s) (vegetable oil-modified bitumen).
  • vegetable oil s
  • vegetable oil-modified cold-viscous bitumen is very stable and non-toxic.
  • the viscosity of the vegetable oil modified cold viscous bitumen is generally dependent on the amount or proportion of the vegetable oil added and is lower (i.e. higher flowability) when more vegetable oil is added.
  • the proportion of vegetable oil in the bitumen-vegetable oil mixture i.e. in the vegetable oil-modified bitumen, in particular, a range from 10% to 80%, in particular from 20% to 60%, can be selected, the percentages being percentages by mass (M%).
  • the vegetable oil is added or mixed with the vegetable oil after heating the solid or block-shaped bitumen for liquefaction (or: to achieve flowability) to temperatures of typically 140 ° C. to 180 ° C. at which the bitumen is flowable and good or is homogeneously miscible.
  • the vegetable oil is preferably thermal at least up to these temperatures resistant, which applies to most commercially available vegetable oils, especially the aforementioned vegetable oils.
  • the liquefied bitumen is mixed well with the vegetable oil, for example in a container using a stirrer, and the mixture is then cooled to ambient temperature or processing temperature for further processing in the concrete or mortar until a cold-viscous, flowable bitumen mixture, or cold-viscous bitumen, is formed.
  • Rapeseed oil, sunflower oil, olive oil, palm oil or safflower oil or mixtures thereof can advantageously be used as vegetable oil.
  • bitumen which is not according to the invention by means of suitable organic solvents and also petro-derived oils with a cold viscosity.
  • suitable organic solvents and also petro-derived oils with a cold viscosity usually evaporate faster than the vegetable oils, which have very low evaporation rates at ambient temperatures and are therefore also advantageous for long-term use.
  • Bitumen emulsions prove to be rather unsuitable.
  • the concrete mixture or mortar mixture and the at least one cold-viscous bitumen are preferably present in a flowable mixture and / or are homogeneously mixed with one another.
  • the not yet hardened or the already hardened concrete mixture (concrete) or mortar mixture (mortar) on the one hand and the cold-viscous vegetable oil-modified bitumen on the other hand at least partially spatially, e.g. in different layers such as a sandwich construction, or in different areas such as lattice structures or the like to arrange or to fill in the concrete or mortar, for example bubbles or pores of bubble or aerated concrete or the like, with the cold-viscous bitumen gaps or voids, preferably in sizes of 1 mm and larger.
  • the concrete mixture or mortar mixture generally has at least one binder, which in particular consists of cement, lime, anhydrite, Magnesite, puzzolane and clay and organic binders group of binders is selected, and generally comprises water and usually (except for mortars that only contain binders) at least one aggregate, which is in particular at least one aggregate, and optionally other additives to adjust the properties of the concrete or mortar and / or reinforcement elements for reinforcement.
  • binder which in particular consists of cement, lime, anhydrite, Magnesite, puzzolane and clay and organic binders group of binders is selected, and generally comprises water and usually (except for mortars that only contain binders) at least one aggregate, which is in particular at least one aggregate, and optionally other additives to adjust the properties of the concrete or mortar and / or reinforcement elements for reinforcement.
  • the invention is based in particular on the surprising consideration and knowledge that the very different materials mortar or concrete on one side and bitumen on the other side can be mixed when using cold-viscous vegetable oil-modified bitumen.
  • bitumen on the one hand
  • water content of the mortar or concrete on the other hand, which make mixing difficult to imagine, surprisingly, an intimate and long-term stable compound and a completely new composition are obtained, which after curing of the binder (s) of the mortar or concrete is dimensionally and pressure-resistant and is impermeable to water and moisture for sufficiently long periods.
  • the cold-viscous, vegetable oil-modified bitumen shows an excellent affinity and adhesion to the aggregates and binders of mortar and concrete and wets the fine particles and / or the (partially) crystalline structure in the binder practically completely, whereby the wetting as a thin layer down to only molecular thickness can be formed and probably Van der Waals forces play an important role here.
  • This penetration or penetration of the hardened bitumen mortar or bitumen concrete in its binding matrix or the interstices of the aggregate grain by the cold-viscous bitumen is obviously advantageous for the observed properties such as the diffusion barrier and the crack-free deformability.
  • the addition of cold viscous, vegetable oil-modified bitumen significantly reduces water absorption in mortar or concrete, in particular by up to 80%.
  • the bitumen is added or mixed in cold-viscous form. This also avoids that when adding usually processed hot-viscous bitumen, the water in the mortar or concrete mass suddenly evaporates due to the high temperatures and this leads to bubbles or cavities and that the bitumen may solidify too early and cannot form a complete diffusion barrier in the spaces between the aggregate grain or in the binding matrix.
  • This new type of bitumen mortar or bitumen concrete according to the invention shows, due to the bitumen in the binding matrix, together with the hardened binder of the mortar or concrete, plastic and elastic properties that allow deformation and vibration resistance within wide limits that can be set via the mixing ratio without crack formation. One could also speak somewhat less precisely of an incomplete hardening of the mortar or concrete.
  • the addition or mixing of the bitumen to or with the mortar or concrete also prevents diffusion or passage of water and thus also of problematic substances taken up in water from occurring later through cracks.
  • a surprising synergistic effect and combination of the two completely different building materials mortar or concrete on the one hand and bitumen on the other hand is achieved in a new composition which, in addition to being generally applicable as a new building material, also addresses the urgent and major problem of storage, especially final storage, can solve problematic substances.
  • the mortar or concrete components bring dimensional stability and compressive strength and manufacturability as molded parts into the new material, which properties through the Addition of the bitumen can be reduced, if at all insignificantly.
  • the bitumen causes ductility without cracking and can also cause mechanical damping behavior, generally within limits that can be set via the mixing ratio, and also ensures a diffusion barrier and water impermeability in the material.
  • the properties of the composition according to the invention already in the uncured state for example flow behavior, consistency and stiffening behavior, but above all in the cured state, for example pressure resistance, density, diffusion or liquid permeability, modulus of elasticity and damping properties, are dependent, inter alia, on the mixing ratio of cold-viscosity Bitumen to the not yet hardened flowable concrete mixture or mortar mixture in the composition or the proportion of the cold-viscous bitumen in the composition.
  • the increasing the proportion of cold-viscous bitumen, the compressive strength decreases at least in part intervals and the dynamic modulus of elasticity as well as the damping, i.e.
  • the hardened composition tends to be softer, less stiff and elastic and more damping with more cold-viscous bitumen.
  • the property as a diffusion barrier and moisture barrier or water impermeability is achieved even with surprisingly low bitumen proportions, since a molecular wetting in the structure is sufficient for this.
  • the following proportions of cold-viscous bitumen have been found to be advantageous:
  • composition according to the invention can be used as a new type of bitumen mortar or bitumen concrete in general in building technology, but in particular without restricting generality in applications in which deformations occur, particularly as a result of vibrations and if possible no cracking should occur, and / or an impermeability to moisture is required and / or resistance to acids or salt is desired.
  • Such applications can be found e.g. B. in construction technology in which an avoidance of cracks and / or an impermeability to water or moisture is desired, such as in reinforced concrete or in basement walls (wash basins) or foundations.
  • composition according to the invention finds a particularly preferred special application for enclosing or enveloping or sealing or for storing problematic substances, in particular toxic and / or radioactive problematic substances.
  • the concrete mixture or the mortar mixture or the composition has at least one additive that is effective or shielding against radioactivity, in particular activated carbon that retains radioactive gases and / or barite (heavy spar), that shields the radioactive radiation.
  • the composition or the concrete mixture or the mortar mixture of the composition can contain highly heat-conducting aggregates or substances or also embedded parts, for example made of metal or metal ore, in particular with iron, steel or copper, in particular for dissipating heat which is the result of radioactivity or also chemical Reactions arise.
  • a sealing device for sealing problem substances or containers with problem substances, in particular toxic and / or radioactive problem substances is proposed, wherein the sealing device is at least partially formed from a hardened one A composition according to the invention or a cured composition made by a method according to the invention.
  • the sealing device generally envelops the problem substance or container. This can be accomplished by pouring in the composition that has not yet cured, whereby the problem substance or container and then the sealing device in particular can be located within a natural or artificial housing, for example within an underground cavity in rock or a building. Furthermore, the sealing device can also be formed in the form of prefabricated components or a prefabricated housing with or from the hardened composition.
  • the sealing device can contain highly heat-conducting heat-conducting elements embedded in the hardened composition, which, for example, consist at least partially of metal or metal ore, in particular with iron or steel or copper, for dissipating heat which is in or on the problem substance as a result of the radioactivity or also chemical Reactions arise.
  • the invention proposes a method for sealing problematic substances, in particular toxic and / or radioactive problematic substances, or containers with problematic substances, in particular toxic and / or radioactive problematic substances, in which the problematic substances or containers, in particular in a deposit, for example encased within a natural or artificial enclosure such as an underground cavity in rock or a building, with a sealing device according to the invention or with a cured composition according to the invention and / or with a cured composition made by a method according to the invention be surrounded.
  • the not yet cured composition according to the invention can be sealed with the problematic substances Soil or area of the earth's surface or crust are injected.
  • the problematic substances can first be made from water contaminated with them with a binder such as Gypsum is bound and then sealed in bound form or blocks.
  • the concrete composition can be supplemented - such as ore-containing minerals - for radiation protection or substances to neutralize chemicals. Furthermore, the reinforcements common in concrete construction can be used.
  • the impermeability and the diffusion behavior of the concrete can be adjusted.
  • the concrete retains its tried and tested strength, depending on the mixing ratio. In addition to the usual reinforcement and casting processes, this also enables the production of structural components.
  • composition according to the invention can be used for all types of concrete construction.
  • the advantage according to the invention is, in particular, to use the proven properties of concrete and bitumen - in the composition - synergetically through permanent structural structures.
  • composition according to the invention enables protection up to geological time periods.

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  • Physics & Mathematics (AREA)
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  • Inorganic Chemistry (AREA)
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  • Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Zusammensetzung, ein Verfahren zum Herstellen der Zusammensetzung und eine Versiegelungsvorrichtung sowie ein Verfahren zum Versiegeln von Problemstoffen, insbesondere toxischen und/oder radioaktiven Problemstoffen, oder Behältern mit Problemstoffen, insbesondere toxischen und/oder radioaktiven Problemstoffen.
  • Die Lagerung von langzeitstabilen Problemstoffen stellt eine große Herausforderung für die Menschheit dar. Es ist notwendig, nicht mehr nutzbares radioaktives Material aus Kernreaktoren, Industrie und Medizin bis zum Abklingen der Strahlung auf biologisch unschädliches Maß von der Biosphäre abzuschließen. Ähnliche Anforderungen ergeben sich für nicht oder nur schwer abbaubare toxische Substanzen. Es ist unvermeidlich, radioaktive und chemischtoxische, im wirtschaftlichen Kreislauf nicht mehr zu verwertende Materialien temporär oder final zu entsorgen. Die enorme Zunahme dieser Problemstoffe kontaminiert die Biosphäre.
  • Die bislang praktizierten Methoden zur Lagerung von Problemstoffen sind als gescheitert zu betrachten: Die Lagerung radioaktiven Materials in Gebäuden an der Oberfläche ist durch die permanente Strahlung (Plutonium z.B. hat eine ca. 200.000 Jahre Halbwertszeit), den nicht zu gewährleistenden dauerhaften Schutz vor Terrorakten oder zerstörerischen Einfluss durch Katastrophen nicht sicher. Das Ausweichen in aufgelassene Salz- oder Erzgruben ist derzeit katastrophal. So sind 120.000 in der Salzgrube ASSE eingelagerte Fässer, mit teilweise sogar hochradioaktivem Material, verrostet und undicht, dem täglich eindringenden Wasser ungeschützt ausgeliefert. Die künstliche Radioaktivität des Quell-und Grundwassers der Gegend ist dadurch zunehmend bedenklich steigend. Daraus folgt, dass mit einem unterirdischen Lager - an sich - noch keine Sicherheit erreicht ist. Die gängige Lagerung von chemischen Problemstoffen in Erddeponien ist inakzeptabel. Sie belasten durch Auswaschung infolge Regen und Grundwasser die Biosphäre.
  • DE 23 56 253 A1 offenbart ein Verfahren zum Vorbereiten von organischen, radioaktive Stoffe enthaltenden Abfallflüssigkeiten zur umweltfreundlichen und sicheren Handhabung, Transportierung und Endlagerung, wobei die organischen Abfallflüssigkeiten mit organischen Feststoffen in Kontakt gebracht werden.
  • Als organische, radioaktiv kontaminierte Abfallflüssigkeiten werden insbesondere Phosphorsäureester, Organphosphorsäuren, deren Gemische mit Kohlenwasserstoffen, wie sie bei der Wiederaufbereitung bestrahlter Kernbrennstoffe anfallen, verbrauchte Lösungsmittel anderer Art aus radiochemischen Versuchen oder kontaminierte Maschinenöle genannt. Insbesondere wird Tributylphosphat als einer dieser Abfallflüssigkeiten genannt. Bei den Ausführungsbeispielen weden zwei Abfallflüssigkeiten explizit erwähnt, nämlich Tributylphosphat/Dodecan und Motorenöl bzw. Maschinenöl. Das Motorenöl oder Maschinenöl ist hier also eine organische Abfallflüssigkeit, die radioaktiv kontaminierte oder radioaktive Stoffe enthält und umweltfreundlich entsorgt werden soll.
  • Bei dem Verfahren gemäß DE 23 56 253 A1 wird die organische Abfallflüssigkeit zunächst in einem Verfahrensschritt a) mit einem organischen Feststoff zu einer homogenen, bei Raumtemperatur weichen, formunbeständigen Masse vermischt. In einem nächsten Schritt wird ein hydraulisches Bindemittel in Wasser in einem Mischungsverhältnis hydraulisches Bindemittel zu Wasser von bis zu größenordnungsmäßig 0,4, bezogen auf die Gewichtsmengen, aufgeschlämmt. In einem dritten Verfahrensschritt wird nun die organische Masse, die durch das Vermischen der organischen Abfallflüssigkeit mit dem organischen Feststoff im Verfahrensschritt a) entstanden ist, in die Aufschlämmung, die aus dem Aufschlämmen des hydraulischen Bindemittels in Wasser bei dem Verfahrensschritt b) entstanden ist, eingebracht und verteilt und anschließend das hydraulische Bindemittel zu einem festen, einheitlichen Formkörper abbinden gelassen.
  • In DE 23 56 253 A1 wird auch beschrieben, dass man dünnes Motorenöl (als kontaminierte, organische Abfallflüssigkeit) mit einer harten Bitumensorte wie R 135/10 mischen kann und dabei bei einem Gewichtsverhältnis von 1 : 1 die geeignete Konsistenz erhält. Zähes Maschinenöl lässt sich gemäß DE 23 56 253 A1 sogar im Verhältnis 2 : 1 mit Hartbitumen mischen. Mit Kunststoffen könne man wesentlich günstigere Verhältnisse erzielen und also noch mehr Abfallflüssigkeit in den organischen Feststoff einmischen, wie in den weiteren Beispielen beschrieben. Das Verhältnis zwischen organischer Masse und Aufschlämmung ist bevorzugt zwischen 1 : 2 und 1 : 3 gewählt.
  • Hydraulische Bindemittel können insbesondere Zement oder Gips sein, insbesondere im Gewichtsverhältnis zwischen 1 : 2 und 1 : 3. Für das Gewichtsverhältnis organische Abfallflüssigkeit zu Bitumen wird in DE 23 56 253 A1 bis zu ca. 2 : 1 angegeben. Es ist in DE 23 56 253 A1 auch beschrieben, dass, falls die Vermischung bei Raumtemperatur Schwierigkeiten bereitet, die organische Abfallflüssigkeit und der organische Feststoff zur Bildung einer homogenen, flüssigen Mischung erhitzt werden können und die Mischung anschließend zu einer weichen, formunbeständigen Masse erkalten gelassen wird.
  • DE 10 2011 011 166 A1 offenbart eine Zusammensetzung und ein Verfahren für unterirdische Endlagerung radioaktiven Materials über lange Zeiträume. Das in unterirdische Räumlichkeiten verbrachte radioaktive Material wird mit der Zusammensetzung, die ganz oder anteilig aus Bitumen besteht, umhüllt und für Jahrtausende eingeschlossen. Es wird ausgeführt, dass Bitumen ein Gemisch aus höheren Kohlenwasserstoffen und heterozyklischen Verbindungen ist und für die Umwelt inert und ohne jegliche Toxität ist sowie langzeitstabil ist angesichts seines natürlichen unveränderten Vorkommens in 10 Mio. Jahren alten Lagerstätten. Bitumen wird aus natürlichen Lagerstätten oder der Erdöldestillation gewonnen. DE 10 2011 011 166 A1 beschreibt weiter, dass durch Wassereinbruch und die dadurch bedingten chemischen Reaktionen sowie Grundwasserkontakt zunehmende Umweltkontamination ihren Lauf nimmt. Durch Deckeneinstürze wurden und werden Behälter mit radioaktivem Material zerstört, das dergestalt dem eindringenden Wasser und damit unkalkulierbaren Reaktionen ausgesetzt ist. Die Bitumen-Zusammensetzung gemäß der DE 10 2011 011 166 A1 schließt das in unterirdische Hohlräume verbrachte radioaktive Material dauerhaft gegen die Umwelt, insbesondere gegen Wasser, ab. Bitumen ist hydrophob und eine absolute Diffusionsbarriere. Durch ummantelnde Ausfüllung der unterirdischen Endlager ist jeder Kontakt des gelagerten Materials zu umgebendem Wasser unterbunden. Es kann so keine Ausschwemmungen von Radioaktivität in die Umwelt erfolgen. Die Bitumen-Zusammensetzung verdrängt durch ihr höheres spezifisches Gewicht das Wasser aus bereits überfluteten Endlagern, und das bereits eingelagerte Material wird gegen jeden weiteren Kontakt mit Grundwasser geschützt. Neue Endlager werden nach Abschluss der Bestückung mit der Zusammensetzung gänzlich verfüllt, insbesondere über Rohre. Die Fließeigenschaften der Bitumen-Zusammensetzung werden gemäß den Parametern vor Ort - wie Temperatur, geologische Verhältnisse etc. - eingestellt. Die Viskosität wird mit biologischen Ölen - wie z. B. Rapsöl, Olivenöl, Sonnenblumenöl etc. - eingestellt. Zur vorsorglichen Verfüllung nicht genutzter Hohlräume können der Bitumen-Zusammensetzung Füllstoffe wie Sand, Mineral-Granulat, etc. beigemengt werden, welche das spezifische Gewicht steigern und die Mischung besser absinken lassen. Da die Viskosität des Bitumen andauernd ist und es, gleich Flüssigkeiten, nicht komprimiert werden kann, bietet diese bekannte Bitumen-Zusammensetzung auch den größtmöglichen Schutz vor Zerstörung der endgelagerten, mit radioaktivem Material angefüllten Behältern bei Einstürzen. Die Bitumen-Zusammensetzung kann mit Aktivkohle vermengt werden, welche durch den Kernzerfall entstehende radioaktive Edelgase - wie z. B Xenon - zum Abklingen ihrer Strahlung (wenige Wochen bis Monate) festhält. Es kann auch Bitumen aus Plattenmaterial, z.B. konfettiartig ausgestanzt, unter Zuhilfenahme von Fließmitteln beigemengt werden und somit können poröse Stellen umgebender geologischer Formation abgedichtet werden. Außerdem können auch Fasern pflanzlicher oder technischer Art beigefügt werden.
  • Zu dem Material Bitumen sei noch Folgendes, insbesondere aus www.wikipedia.de, ergänzt: Bitumen bezeichnet ein sowohl natürlich vorkommendes als auch durch Vakuumdestillation aus Erdöl gewonnenes Gemisch aus verschiedenen organischen Stoffen, hauptsächlich hochmolekularen Kohlenwasserstoffen (langkettig; aliphatisch und aromatisch) und chemisch gebunden in geringen Anteilen Schwefel, Sauerstoff, Stickstoff und einige Spuren von Metallen. Bitumen ist nicht toxisch und zu unterscheiden von dem krebserregenden Teer, das aus Rückständen bei der Pyrolyse von Naturstoffen wie Steinkohle zurückbleibt. In Wasser ist Bitumen praktisch unlöslich (hydrophob) und wird daher beispielsweise verwendet, um empfindliche Stoffe und Bauteile gegen Wasser zu schützen. Bitumen gehört zu den thermoplastischen Stoffen und seine Viskosität ist temperaturabhängig: Bei Raumtemperatur ist es fest und spröde, bei Erwärmung durchläuft es stufenlos alle Zustände von fest (glasartig) über zähflüssig bis dünnflüssig. Typische Verarbeitungstemperaturen, um Bitumen ausreichend viskos zu machen, liegen zwischen 160 und 200 °C. Bei weiter steigenden Temperaturen fängt es an, sich langsam zu zersetzen. Zudem verhält sich Bitumen chemisch stabil gegenüber nichtoxidierenden Säuren und Basen, ist bei höheren Temperaturen aber brennbar. Bitumen ist partiell löslich oder aufquellend in flüssigen Kohlenwasserstoffen, wie z. B. Benzin, Toluol, Diesel, Ölen oder anderen unpolaren Lösemitteln.
  • Nicht modifiziertes Bitumen ist bei normaler Umgebungstemperatur nicht verarbeitbar oder förderbar. Zum Verarbeiten von Bitumen in ein Endprodukt wird es üblicherweise bis zum flüssigen Zustand erhitzt (heißviskoses Bitumen) oder als Bitumenemulsion (Bitumen in Wasser emulgiert), Schaumbitumen (Zugabe von Wasser und Umgebungsluft) oder als Verschnittbitumen (Zugabe von Lösemitteln) verarbeitet. Bei Fluxbitumen werden zur leichteren Verarbeitbarkeit Fluxmittel hinzugegeben, bei denen es sich um petrostämmige schwerflüchtige Öle (Fluxöle) handelt. Eine Erhitzung des so entstandenen Fluxbitumen bleibt weiterhin notwendig zur weiteren Verarbeitung, es kann nur eine Reduzierung der Verarbeitungstemperatur auf z.B. 110 °C erreicht werden. Die petrostämmigen Fluxmittel können durch Öle aus nachwachsenden Rohstoffen ersetzt werden.
  • Die Bitumenzusammensetzung nach DE 10 2011 011 166 A1 ist, besonders unter Druck, nicht sehr formbeständig und auch zum Herstellen formstabiler Bauteile nicht optimal.
  • In der DE 10 2011 011 166 A1 wird ferner festgestellt, dass bisherige Versuche, die unterirdischen Lagerräume in einem Salzstock mit Beton auszugießen, zum einen daran scheiterten, dass Beton keine Diffusionsbarriere sein kann, zum anderen, dass Beton bei unvermeidlichen seismischen Bewegungen Risse bildet.
  • Beton ist ein künstlicher Baustoff, der aus einem Gemisch von Bindemittel, in der Regel Zement, und Zuschlagsstoffen, in der Regel einer Gesteinskörnung, üblicherweise Sand und Kies und Split, und Wasser und gegebenenfalls weiteren Zusätzen durch Erhärten (oder: Aushärten oder Abbinden) des Zement-Wasser-Gemisches entsteht. Der erhärtete Zement ist wasserbeständig und verleiht dem Beton als Bindematrix eine hohe Druckfestigkeit von 20 bis über 150 N/mm2. Beton kann als unbewehrter Beton eingesetzt werden oder auch, vor allem zur Erhöhung seiner Zugfestigkeit, in einem Verbundwerkstoff oder als bewehrter Beton mit Bewehrungselementen, vor allem als Stahlbeton oder Spannbeton mit Bewehrungsstahlelementen oder, durch die Zugabe von Fasern aus Stahl, Kunststoff oder Glas, als Faserbeton oder in Kombination mit Geweben oder Gewirken als Textilbeton. Es gibt auch wasserundurchlässigen Beton, z.B. für Kellerwände. Zu Betonen gibt es eine Vielzahl von Normen.
  • Mit Beton eng verwandt sind die Mörtel, die ein Gemisch aus Bindemittel und Wasser und in der Regel auch einer feinen Gesteinskörnung sowie ggf. weiterer Zusätze bilden. Bei Mörtel ist die Gesteinskörnung fein mit in der Regel höchstens 4 mm im Durchmesser oder Korngröße, bei Beton ist die Gesteinskörnung gröber mit größeren Korngrößen. Als Bindemittel für Mörtel werden in der Regel mineralische Bindemittel verwendet, wie beispielsweise Kalk, Zement, Gips, Anhydrit, Magnesit, Puzzolane und Lehm, oder auch organische Bindemitteln (Kunststoffe, Mauerkleber). Die Gesteinskörnung für Mörtel ist meist Sand, es können jedoch auch andere Materialien, beispielsweise Feinkies oder Holzspäne oder Split, zum Einsatz kommen. Mörtel wird meist für das Verbinden von Mauersteinen (Mauermörtel) oder zum Verputzen von Wänden (Putzmörtel) verwendet. Auch bei Mörteln gibt es viele Normen.
  • Beton, selbst zertifizierter Beton, kann jedoch den Durchtritt von Feuchtigkeit und damit Diffusion von eingelagerten Problemstoffe nicht dauerhaft über lange Zeiträume verhindern, ebenso wenig wie Mörtel.
  • Damit ergibt sich als eine Aufgabe der Erfindung, eine neue Zusammensetzung zu kreieren. Die Zusammensetzung soll insbesondere zum Einschließen oder zur Lagerung, insbesondere Endlagerung, von Problemstoffen über ausreichend lange Zeiträume geeignet sein und/oder über längere oder ausreichend lange Zeiträume sowohl eine Feuchtigkeits- und Diffusionsbarriere bilden als auch statische Festigkeit und Beständigkeit bieten oder garantieren können. Ferner soll ein Verfahren zum Herstellen einer solchen Zusammensetzung angegeben werden. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine Versiegelungsvorrichtung und ein Verfahren zum Versiegeln von Problemstoffen, insbesondere toxischen und/oder radioaktiven Problemstoffen, oder Behältern mit Problemstoffen, insbesondere toxischen und/oder radioaktiven Problemstoffen, auch über ausreichend lange Zeiträume anzugeben. Unter ausreichend langen Zeiträumen sollen hier insbesondere Zeiträume verstanden werden, in denen der Problemstoff problematisch oder gefährlich, insbesondere zu radioaktiv oder toxisch, bleibt und versiegelt werden soll. Abhängig von dem Problemstoff können hier Zeiträume von mehreren Jahrzehnten oder mehreren Jahrhunderten oder gar vielen Jahrtausenden betroffen sein. Die Lagerung oder Versiegelung kann unterirdisch oder auch überirdisch oder auch außerhalb der Erde erfolgen.
  • Diese Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der nebengeordneten Ansprüche. Ausgestaltungen zur Lösung der Aufgabe ergeben sich auch aus den abhängigen Ansprüchen sowie aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausgestaltungen und Ausführungsbeispielen der Erfindung.
  • In der Ausführungsform nach Anspruch 1 wird eine Zusammensetzung vorgeschlagen, die eine noch nicht ausgehärtete (oder: noch nicht abgebundene) fließfähige Betonmischung oder Mörtelmischung und wenigstens ein kaltviskoses Bitumen enthält und insbesondere aus diesen beiden Komponenten besteht.
  • Kaltviskos bedeutet hier, dass die für die Verarbeitung und Mischbarkeit erforderliche niedrige Viskosität oder Fließfähigkeit des Bitumens bei Umgebungstemperaturen vorliegt, also insbesondere bei Verarbeitungstemperaturen, welche sowohl vom Gefrierpunkt als auch vom Bereich einer kritischen Verdampfung des Wassers, d.h. des Anmachwassers im Beton oder Mörtel, weit genug entfernt sind, insbesondere aus einem Verarbeitungstemperaturbereich von 5 °C bis 70 °C, insbesondere 10 °C bis 30 °C, wobei vorzugsweise die Betonmischung oder Mörtelmischung bei dieser Verarbeitungstemperatur aushärtet. Dadurch kann das kaltviskose Bitumen homogen eingemischt werden und beeinflusst die Homogenität und das Aushärten des Mörtels oder Betons nicht in negativer Weise.
  • Gemäß der Erfindung wird auch ein Verfahren zum Herstellen einer Zusammensetzung gemäß Anspruch 10 vorgeschlagen, bei dem eine noch nicht ausgehärtete (oder: noch nicht abgebundene) fließfähige Betonmischung oder Mörtelmischung und wenigstens ein kaltviskoses Bitumen gemischt werden, wobei vorzugsweise das kaltviskose Bitumen bei einer Verarbeitungstemperatur, bei der die Betonmischung oder Mörtelmischung aushärtet, insbesondere aus einem Verarbeitungstemperaturbereich von von 5 °C bis 70 °C, insbesondere 10 °C bis 30 °C, niedrigviskos oder fließfähig ist.
  • Das Bitumen wird in allen Ausführungsformen der Zusammensetzung oder des Herstellverfahrens im Allgemeinen in an sich bekannter Weise erhalten und verwendet, z.B. als Naturbitumen oder als Erzeugnis aus der Petroindustrie oder Erdöldestillation, wie schon vorne ausgeführt.
  • Dieses an sich bekannte, bei Umgebungstemperatur nicht fließfähige Bitumen wird durch Zugabe von oder Vermischung mit Pflanzenöl(en) kaltviskos gemacht (pflanzenölmodifiziertes Bitumen). Dieses pflanzenölmodifizierte kaltviskose Bitumen ist sehr stabil und nicht giftig.
  • Die Viskosität des pflanzenölmodifizierten kaltviskosen Bitumens ist im Allgemeinen abhängig von der Menge bzw. dem Anteil des zugegebenen Pflanzenöls und niedriger (d.h. höhere Fließfähigkeit), wenn mehr Pflanzenöl zugegeben wurde. Der Anteil des Pflanzenöls in der Bitumen-Pflanzenöl-Mischung, d.h. in dem pflanzenölmodifizierten Bitumen, kann insbesondere aus einem Bereich von 10 % bis 80 %, insbesondere von 20 % bis 60 %, gewählt werden, wobei die Prozentangaben Massenprozent (M-%) sind.
  • Die Zugabe des Pflanzenöls oder Vermischung mit dem Pflanzenöl erfolgt in einer vorteilhaften Ausführungsform nach Erhitzen des festen oder blockförmigen Bitumens zur Verflüssigung (oder: zum Erreichen einer Fließfähigkeit) auf Temperaturen von typischerweise 140 °C bis 180 °C, bei denen das Bitumen fließfähig und gut oder homogen mischbar ist. Das Pflanzenöl ist in dieser Ausführungsform vorzugsweise zumindest bis zu diesen Temperaturen thermisch beständig, was für die meisten handelsüblichen Pflanzenöle, insbesondere die vorgenannten Pflanzenöle, zutrifft. Das verflüssigte Bitumen wird mit dem Pflanzenöl, beispielsweise in einem Behälter mittels eines Rührers, gut durchmischt und die Mischung dann abgekühlt auf Umgebungstemperatur oder Verarbeitungstemperatur zur Weiterverarbeitung in dem Beton oder Mörtel, bis eine kaltviskose fließfähiges Bitumenmischung, kurz kaltviskoses Bitumen, entsteht.
  • Als Pflanzenöl können vorteilhafterweise Rapsöl, Sonnenblumenöl, Olivenöl, Palmöl oder Distelöl oder Mischungen daraus verwendet werden.
  • Es ist aber auch grundsätzlich möglich, ein nicht erfindungsgemäßes Bitumen durch geeignete organische Lösemittel und auch petrostämmige Öle kaltviskos zu bekommen. Jedoch verdampfen solche chemischen Stoffe in der Regel schneller als die Pflanzenöle, die bei Umgebungstemperaturen sehr geringe Verdampfungsraten haben und auch deshalb für den Langzeiteinsatz vorteilhaft sind. Bitumenemulsionen erweisen sich dagegen als eher ungeeignet.
  • Die Betonmischung oder Mörtelmischung und das wenigstens eine kaltviskose Bitumen liegen vorzugsweise in einer fließfähigen Mischung vor und/oder sind miteinander homogen vermischt.
  • Es ist aber auch möglich, die noch nicht ausgehärtete oder die schon ausgehärtete Betonmischung (Beton) oder Mörtelmischung (Mörtel) einerseits und das kaltviskose pflanzenölmodifizierte Bitumen andererseits wenigstens teilweise räumlich getrennt anzuordnen, z.B. in verschiedenen Schichten wie einer Sandwichbauweise, oder in verschiedenen Bereichen wie Gitterstrukturen oder dergleichen anzuordnen oder z.B. mit dem kaltviskosen Bitumen Zwischenräume oder Hohlräume, vorzugsweise in Größen von 1 mm und größer, in dem Beton oder Mörtel zu füllen, z.B. Blasen oder Poren von Blasen- oder Porenbeton oder dergleichen. Die Betonmischung oder die Mörtelmischung weist im Allgemeinen wenigstens ein Bindemittel auf, welches insbesondere aus der Zement, Kalk, Anhydrit, Magnesit, Puzzolane und Lehm und organische Bindemittel umfassenden Gruppe von Bindemitteln gewählt ist, und umfasst im Allgemeinen Wasser und in der Regel (außer bei Mörtelleimen, die nur Bindemittel enthalten) wenigstens einen Zuschlag, der insbesondere wenigstens eine Gesteinskörnung, ist, und gegebenenfalls weitere Zusatzstoffe zum Einstellen der Eigenschaften des Betons oder Mörtel und/oder Bewehrungselemente zur Verstärkung.
  • Die Erfindung beruht insbesondere auf der überraschenden Überlegung und Erkenntnis, dass man die sehr verschiedenen Materialien Mörtel oder Beton auf der einen Seite und Bitumen auf der anderen Seite mischen kann, wenn man kaltviskoses pflanzenölmodifiziertes Bitumen verwendet. Trotz der hydrophoben Eigenschaften des Bitumens einerseits und des Wassergehalts des Mörtels oder Betons andererseits, die eine Vermischung eigentlich schwer vorstellbar erscheinen lassen, erhält man überraschenderweise eine innige und langzeitstabile Verbindung und eine völlig neuartige Zusammensetzung, die nach dem Aushärten des oder der Bindemittel(s) des Mörtels oder Betons form- und druckbeständig ist und über ausreichend lange Zeiträume wasser- und feuchtigkeitsundurchlässig ist.
  • Das kaltviskose, pflanzenölmodifizierte Bitumen zeigt eine hervorragende Affinität und Haftvermögen zu den Gesteinskörnungen und Bindemitteln von Mörteln und Beton und benetzt die feinen Partikel und/oder die (teil)kristallinen Gefüge im Bindemittel praktisch vollständig, wobei die Benetzung als dünne Schicht bis hin zu nur noch molekularer Dicke ausgebildet sein kann und hier wohl Van-der-Waals-Kräfte eine wichtige Rolle spielen. Diese den ausgehärteten Bitumenmörtel oder Bitumenbeton in seiner Bindematrix oder den Zwischenräumen der Zuschlagskörnung praktisch vollständig durchsetzende oder durchdringende Oberflächenbenetzung durch das kaltviskose Bitumen ist offensichtlich vorteilhaft für die beobachteten Eigenschaften wie die Diffusionsbarriere und die rissfreie Verformbarkeit. Die Wasseraufnahme im Mörtel oder Beton wird durch die Zugabe des kaltviskosen, pflanzenölmodifizierten Bitumens deutlich, insbesondere um bis zu 80 %, reduziert.
  • Gemäß der Erfindung wird das Bitumen in kaltviskoser Form zuzugeben oder vermischt. Dadurch wird auch vermieden, dass bei der Zugabe von üblicherweise verarbeitetem heißviskosem Bitumen das Wasser in der Mörtel- oder Betonmasse aufgrund der hohen Temperaturen schlagartig verdampft und dies zu Blasen oder Hohlräumen führt und dass das Bitumen möglicherweise zu frühzeitig erstarrt und keine vollständige Diffusionsbarriere in den Zwischenräumen der Zuschlagskörnung oder in der Bindematrix bilden kann.
  • Dieser neuartige Bitumenmörtel oder Bitumenbeton gemäß der Erfindung zeigt aufgrund des Bitumens in der Bindematrix zusammen mit dem ausgehärteten Bindemittel des Mörtels oder Betons plastische und elastische Eigenschaften, die eine Verformung und Vibrationsfestigkeit in weiten, über das Mischungsverhältnis einstellbaren Grenzen ohne Rissbildung zulassen. Man könnte auch etwas ungenauer von einem nicht vollständigen Aushärten des Mörtels oder Betons sprechen. Damit wird durch die Zugabe oder Vermischung des Bitumen zu dem bzw. mit dem Mörtel oder Beton auch verhindert, dass über später entstehende Risse Diffusion oder Durchtritt von Wasser und somit auch von in Wasser aufgenommenen Problemstoffen stattfindet.
  • In bekanntem Mörtel oder Beton lassen sich dagegen solche Risse über längere Zeiträume nicht vermeiden, weshalb diese ungeeignet für die Langzeitlagerung von Problemstoffen sind. Solche Risse in bekanntem Mörtel oder Beton entstehen auch in Einsatzbereichen, in denen mechanische Beanspruchung wie Deformationen und Vibrationen oder Setzbewegungen auftreten, z.B. durch Fahrzeuge, wie z.B. bei Autobahnbrücken, in Gebäuden oder auch in Erdbebengebieten.
  • Gemäß der Erfindung wird, mit anderen Worten, eine überraschende synergistische Wirkung und Kombination der beiden völlig unterschiedlichen Baumaterialien Mörtel oder Beton einerseits und Bitumen andererseits in einer neuen Zusammensetzung erreicht, die neben einer generellen Anwendbarkeit als neuer Baustoff auch das dringliches und große Problem der Lagerung, insbesondere Endlagerung, von Problemstoffen lösen kann. Die Mörtel- oder Betonkomponenten bringen Formbeständigkeit und Druckfestigkeit und Herstellbarkeit als Formteile in das neue Material ein, welche Eigenschaften durch die Zugabe von dem Bitumen, wenn überhaupt nur unerheblich vermindert werden. Das Bitumen dagegen bewirkt eine Verformbarkeit ohne Rissbildung und kann auch ein mechanisches Dämpfungsverhalten bewirken, im Allgemeinen jeweils in über das Mischungsverhältnis einstellbaren Grenzen, und sorgt zudem für eine Diffusionsbarriere und Wasserundurchlässigkeit im Material.
  • Die Eigenschaften der Zusammensetzung gemäß der Erfindung schon im nicht ausgehärten Zustand, z.B. Fließverhalten, Konsistenz und Ansteifverhalten, aber vor allem im ausgehärteten Zustand, z.B. Druckfestigkeit, Dichte, Diffusions- oder Flüssigkeitsdurchlässigkeit, Elastizitätsmodul und Dämpfungseigenschaften, sind unter anderem abhängig von dem Mischungsverhältnis von kaltviskosem Bitumen zu der noch nicht ausgehärteten fließfähigen Betonmischung oder Mörtelmischung in der Zusammensetzung oder dem Anteil des kaltviskosen Bitumens in der Zusammensetzung. Dabei nehmen in der Regel mit zunehmendem Anteil des kaltviskosen Bitumens die Druckfestigkeit zumindest in Teilintervallen ab und das dynamische Elastizitätsmodul ab sowie die Dämpfung zu, d.h. die ausgehärtete Zusammensetzung wird mit mehr kaltviskosem Bitumen tendentiell weicher, weniger steif und elastischer und dämpfender. Die Eigenschaft als Diffusionsbarriere und Feuchtigkeitssperre oder Wasserundurchlässigkeit wird schon bei überraschend niedrigen Bitumenanteilen erreicht, da für diese schon eine molekulare Benetzung im Gefüge ausreichen. Es haben sich folgende Anteilsbereiche des kaltviskosen Bitumens als vorteilhaft ergeben:
    Für die Massenverhältnis in der Mischung (gravimetrisches Mischungsverhältnis) der Masse des kaltviskosen, pflanzenölmodifizierten Bitumens zu der Masse der noch nicht ausgehärteten fließfähigen Betonmischung oder Mörtelmischung ist ein Bereich von 1:99 und 40:60, insbesondere zwischen 2:98 und 10:90, vorteilhaft.
  • Für den gravimetrischen Anteil des kaltviskosen, pflanzenölmodifizierten Bitumens in der Zusammensetzung sind Werte zwischen 0,7 M-% und 40 M-%, insbesondere zwischen 1 M-% und 20 M-% und vorzugsweise zwischen 2 M-% und 10 M-% bevorzugt.
  • Die Zusammensetzung gemäß der Erfindung ist als neuartiger Bitumenmörtel oder Bitumenbeton generell in der Bautechnologie einsetzbar, insbesondere aber ohne Beschränkung der Allgemeinheit in Anwendungen, in denen Verformungen, insbesondere durch Vibrationen, auftreten und möglichst keine Rissbildung entstehen soll, und/oder eine Undurchlässigkeit gegenüber Feuchtigkeit gefordert ist und/oder eine Beständigkeit gegenüber Säuren oder Salz gewünscht ist. Solche Anwendungen finden sich z. B. in der Bautechnologie, in denen eine Vermeidung von Rissen und/oder eine Undurchlässigkeit gegenüber Wasser oder Feuchtigkeit erwünscht ist, wie z.B. im Stahlbeton oder in Kellerwänden (WU-Wannen) oder Fundamenten.
  • Eine besonders bevorzugte spezielle Anwendung findet die Zusammensetzung gemäß der Erfindung für das Einschließen oder Umhüllen oder Versiegeln oder die Lagerung von Problemstoffen, insbesondere toxischen und/oder radioaktiven Problemstoffen.
  • Vor allem bei der Lagerung radioaktiver Problemstoffe ist es dabei vorteilhaft, wenn die Betonmischung oder die Mörtelmischung oder die Zusammensetzung wenigstens einen Zuschlag aufweist, der gegen Radioaktivität wirksam oder abschirmend ist, insbesondere Aktivkohle, die radioaktive Gase festhält, und/oder Baryt (Schwerspat), das die radioaktive Strahlung abschirmt. Außerdem kann die Zusammensetzung oder die Betonmischung oder die Mörtelmischung der Zusammensetzung gut wärmeleitende Zuschlagskörnungen oder Stoffe oder auch eingebettete Teile enthalten, beispielsweise aus Metall oder Metallerz, insbesondere mit Eisen, Stahl oder Kupfer, insbesondere zum Ableiten von Wärme, die infolge der Radioaktivität oder auch chemischer Reaktionen entsteht.
  • Weiter wird gemäß der Erfindung eine Versiegelungsvorrichtung zum Versiegeln von Problemstoffen oder Behältern mit Problemstoffen, insbesondere toxischen und/oder radioaktiven Problemstoffen gemäss Anspruch 12 vorgeschlagen, wobei die Versiegelungsvorrichtung wenigstens teilweise gebildet ist aus einer ausgehärteten Zusammensetzung gemäß der Erfindung oder einer ausgehärteten Zusammensetzung, die mit einem Verfahren gemäß der Erfindung hergestellt ist.
  • Die Versiegelungsvorrichtung hüllt im Allgemeinen den Problemstoff oder den Behälter ein. Dies kann durch Eingießen mit der noch nicht ausgehärteten Zusammensetzung bewerkstelligt werden, wobei sich Problemstoff oder Behälter und dann auch die Versiegelungsvorrichtung insbesondere innerhalb einer natürlichen oder künstlichen Umhausung befinden können, beispielsweise innerhalb eines unterirdischen Hohlraums in Gestein oder eines Gebäudes. Ferner kann die Versiegelungsvorrichtung auch in Form von vorgefertigten Bauelementen oder einer vorgefertigten Einhausung mit oder aus der ausgehärteten Zusammensetzung gebildet sein.
  • Außerdem kann die Versieglungsvorrichtung gut wärmeleitende, in die ausgehärtete Zusammensetzung eingebettete Wärmeleitelemente enthalten, die beispielsweise wenigstens teilweise aus Metall oder Metallerz, insbesondere mit Eisen oder Stahl oder Kupfer, bestehen, zum Ableiten von Wärme, die im oder am Problemstoff infolge der Radioaktivität oder auch chemischer Reaktionen entsteht.
  • Weiterhin wird gemäß der Erfindung ein Verfahren zum Versiegeln von Problemstoffen, insbesondere toxischen und/oder radioaktiven Problemstoffen, oder von Behältern mit Problemstoffen, insbesondere toxischen und/oder radioaktiven Problemstoffen gemäss Anspruch 14 vorgeschlagen bei dem die Problemstoffe oder Behälter, insbesondere an einer Lagerstätte, beispielsweise innerhalb einer natürlichen oder künstlichen Umhausung wie eines unterirdischen Hohlraums in Gestein oder eines Gebäudes, mit einer Versiegelungsvorrichtung gemäß der Erfindung oder mit einer ausgehärteten Zusammensetzung gemäß der Erfindung und/oder mit einer ausgehärteten Zusammensetzung, die mit einem Verfahren gemäß der Erfindung hergestellt ist, eingehüllt oder umgeben werden. Alternativ oder zusätzlich kann zum Versiegeln die noch nicht ausgehärtete Zusammensetzung gemäß der Erfindung in den mit den Problemstoffen belasteten Erdboden oder Bereich der Erdoberfläche oder Erdkruste injiziert werden.
  • Sind die Problemstoffe in Wasser vorhanden, so können die Problemstoffe zunächst aus damit belastetem Wasser mit einem Bindemittel wie z.B. Gips gebunden werden und danach in gebundener Form oder Blöcken versiegelt werden.
  • Z.B. im Rahmen des Rückbaus von Kernkraftwerken kann auch Bauschutt oder abgebrochener und geschredderter ggf. kontaminierter Beton, z.B. aus dem Kraftwerk, in der Betonmischung oder Mörtelmischung recycelt werden, insbesondere als Zuschlag zugegeben werden.
  • Der Betonzusammensetzung können Ergänzungsstoffe - wie z.B. erzhaltige Mineralien - für Strahlenschutz oder Stoffe zu Neutralisierung von Chemikalien beigemengt werden. Ferner können die im Betonbau üblichen Armierungen verwendet werden.
  • Durch Beimengung eines der spezifischen Nutzung entsprechenden variablen Anteils an kaltviskosem Bitumen, kann die Undurchlässigkeit und das Diffusionsverhalten des Beton eingestellt werden.
  • Der Beton behält dabei - entsprechend der Mischverhältnisse - seine erprobte Festigkeit. Das ermöglicht neben den üblichen Armierungs- und Gussverfahren auch die Herstellung von Baukomponenten.
  • Die erfindungsgemäße Zusammensetzung ist für alle Arten Betonbau nutzbar. Der erfindungsgemäße Vorteil besteht insbesondere darin, durch dauerhafte bauliche Strukturen die bewährten Eigenschaften von Beton und Bitumen - in der Zusammensetzung - synergetisch zu nutzen.
  • Die erfindungsgemäße crossing over Zusammensetzung ermöglicht einen Schutz bis in geologische Zeiträume.

Claims (15)

  1. Zusammensetzung, insbesondere geeignet und bestimmt zum Einschließen oder Versiegeln von Problemstoffen, insbesondere toxischen und/oder radioaktiven Problemstoffen, oder insbesondere geeignet und bestimmt zur Verwendung in der Bautechnologie, vorzugsweise für Stahlbeton oder Betonbaukomponenten wie Kellerwände und Fundamente,
    enthaltend
    a) eine noch nicht ausgehärtete fließfähige Betonmischung oder Mörtelmischung und
    b) wenigstens ein kaltviskoses Bitumen,
    c) wobei das kaltviskose Bitumen bei einer Verarbeitungstemperatur aus einem Temperaturbereich von 5 °C bis 70 °C niedrigviskos oder fließfähig ist,
    d) wobei die Betonmischung oder Mörtelmischung bei dieser Verarbeitungstemperatur aushärtet,
    e) wobei das kaltviskose Bitumen ein pflanzenölmodifiziertes Bitumen ist und Pflanzenöl(e) enthält,
    f) wobei der Anteil des Pflanzenöls in dem pflanzenölmodifizierten Bitumen zwischen 10 M-% und 80 M-% eingestellt ist, und
    g) wobei der Anteil des kaltviskosen Bitumens in der Zusammensetzung zwischen 0,7 M-% und 40 M-% gewählt ist.
  2. Zusammensetzung nach Anspruch 1, bei der die Betonmischung oder Mörtelmischung einerseits und das wenigstens eine kaltviskose Bitumen andererseits in einer fließfähigen Mischung miteinander, vorzugsweise homogen, vermischt sind
    und/oder
    bei der mit dem kaltviskosen Bitumen Zwischenräume oder Hohlräume, vorzugsweise in Größen von 1 mm und größer, in der noch nicht ausgehärteten oder in der ausgehärteten Betonmischung oder Mörtelmischung gefüllt sind, z.B. in verschiedenen Schichten wie einer Sandwichbauweise oder Gitterstrukturen oder Blasen oder Poren.
  3. Zusammensetzung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, bei der das pflanzenölmodifizierte Bitumen hergestellt ist, indem die Vermischung mit dem Pflanzenöl nach Verflüssigung von festem oder blockförmigen Bitumen durch Erhitzen auf wenigstens eine Fließtemperatur von typischerweise 140 °C bis 180 °C, bei der das Bitumen fließfähig ist, erfolgt, wobei das Pflanzenöl zumindest bis zu dieser Fließtemperaturen thermisch beständig ist, und das verflüssigte Bitumen mit dem zugegebenen Pflanzenöl, beispielsweise in einem Behälter mittels eines Rührers, homogen durchmischt wird und die Mischung dann auf Umgebungstemperatur oder die Verarbeitungstemperatur abgekühlt wird.
  4. Zusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    bei der das kaltviskose Bitumen bei einer Verarbeitungstemperatur aus einem Temperaturbereich von 10 °C bis 30 °C niedrigviskos oder fließfähig ist
    und/oder
    bei der der Anteil des Pflanzenöls in dem pflanzenölmodifizierten Bitumen zwischen 30 M-% und 60 M-% eingestellt ist
    und/oder
    bei der der Anteil des kaltviskosen Bitumens in der Zusammensetzung zwischen 1 M-% und 20 M-%, vorzugsweise zwischen 2 M-% und 10 M-%, gewählt ist und/oder
    bei der das kaltviskose Bitumen als Pflanzenöl(e) Rapsöl, Sonnenblumenöl, Olivenöl, Palmöl oder Distelöl oder Mischungen daraus enthält.
  5. Zusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Betonmischung oder die Mörtelmischung wenigstens ein Bindemittel aufweist, welches insbesondere aus der Zement, Kalk, Anhydrit, Magnesit, Puzzolane und Lehm und organische Bindemittel umfassenden Gruppe von Bindemitteln gewählt ist, und vorzugsweise Wasser umfasst.
  6. Zusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Betonmischung oder die Mörtelmischung wenigstens einen Zuschlag aufweist, insbesondere wenigstens eine Gesteinskörnung, und gegebenenfalls weitere Zusatzstoffe und/oder Bewehrungselemente.
  7. Zusammensetzung nach Anspruch 6, bei der die Betonmischung oder die Mörtelmischung wenigstens einen Zuschlag aufweist, der gegen Radioaktivität wirksam oder abschirmend ist, insbesondere Aktivkohle und/oder Baryt (Schwerspat) oder einen anderen Ergänzungsstoff - wie z.B. erzhaltige Mineralien - für Strahlenschutz, und/oder wenigstens einen Zuschlag aufweist zur Neutralisierung von Chemikalien im Problemstoff,
    und/oder
    wobei die Zusammensetzung oder die Betonmischung oder die Mörtelmischung der Zusammensetzung gut wärmeleitende Zuschlagskörnungen oder Stoffe oder auch Elemente oder Teile enthalten, beispielsweise aus Metall oder Metallerz, insbesondere mit Eisen, Stahl oder Kupfer, insbesondere zum Ableiten von Wärme, die infolge der Radioaktivität oder auch chemischer Reaktionen entsteht.
  8. Verwendung einer Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 7 zum Einschließen oder Versiegeln von Problemstoffen, insbesondere toxischen und/oder radioaktiven Problemstoffen.
  9. Verwendung einer Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 7 in der Bautechnologie für Stahlbeton oder Betonbaukomponenten wie Kellerwände und Fundamente, insbesondere mit Bewehrungselementen oder Armierungen und/oder insbesondere zur Vermeidung von Rissen und/oder für eine Undurchlässigkeit gegenüber Wasser oder Feuchtigkeit.
  10. Verfahren zum Herstellen einer Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
    bei dem eine noch nicht ausgehärtete fließfähige Betonmischung oder Mörtelmischung und kaltviskoses Bitumen vermischt werden,
    wobei der Anteil des kaltviskosen Bitumens in der Zusammensetzung zwischen 0,7 M-% und 40 M-%, insbesondere zwischen 1 M-% und 20 M-% und vorzugsweise zwischen 2 M-% und 10 M-% gewählt wird, wobei das kaltviskose Bitumen bei einer Verarbeitungstemperatur, bei der die Betonmischung oder Mörtelmischung aushärtet,
    aus einem Verarbeitungstemperaturbereich von von 5 °C bis 70 °C, insbesondere 10 °C bis 30 °C, niedrigviskos oder fließfähig ist,
    wobei das kaltviskose Bitumen ein pflanzenölmodifiziertes Bitumen ist und Pflanzenöl(e) enthält, insbesondere Rapsöl, Sonnenblumenöl, Olivenöl oder Distelöl oder eine Mischung daraus, und
    wobei der Anteil des Pflanzenöls in dem pflanzenölmodifizierten Bitumen aus einem Bereich von 10 M-% bis 80 M-%, vorzugsweise von 20 M-% bis 60 M-% gewählt ist.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, bei dem das pflanzenölmodifizierte Bitumen hergestellt wird, indem
    - festes oder blockförmigen Bitumen durch Erhitzen auf wenigstens eine Fließtemperatur von typischerweise 140 °C bis 180 °C verflüssigt wird oder in einen fließfähigen Zustand gebracht wird,
    - das verflüssigte Bitumen mit dem Pflanzenöl, welches zumindest bis zu der Fließtemperatur thermisch beständig ist, homogen durchmischt wird, beispielsweise in einem Behälter mittels eines Rührers, und die Mischung dann auf Umgebungstemperatur oder die Verarbeitungstemperatur abgekühlt wird.
  12. Versiegelungsvorrichtung zum Versiegeln von toxischen und/oder radioaktiven Problemstoffen oder Behältern mit toxischen und/oder radioaktiven Problemstoffen, wenigstens teilweise gebildet aus einer ausgehärteten Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 7 und/oder einer ausgehärteten Zusammensetzung, die mit einem Verfahren nach einem der Ansprüche 10 oder 11 hergestellt ist.
  13. Versiegelungsvorrichtung nach Anspruch 12, die den Problemstoff oder den Behälter einhüllt,
    durch Eingießen mit der noch nicht ausgehärteten Zusammensetzung, insbesondere innerhalb einer natürlichen oder künstlichen Umhausung, beispielsweise innerhalb eines unterirdischen Hohlraums in Gestein oder eines Gebäudes,
    oder in Form von vorgefertigten Bauelementen oder einer vorgefertigten Einhausung mit oder aus der ausgehärteten Zusammensetzung,
    wobei insbesondere gut wärmeleitende Wärmeleitelemente, die beispielsweise wenigstens teilweise aus Metall oder Metallerz, insbesondere mit Eisen oder Stahl oder Kupfer, bestehen, in die ausgehärtete Zusammensetzung eingebettet sind zum Ableiten von Wärme, die im oder am Problemstoff infolge der Radioaktivität oder auch chemischer Reaktionen entsteht.
  14. Verfahren zum Versiegeln von toxischen und/oder radioaktiven Problemstoffen oder Behältern mit toxischen und/oder radioaktiven Problemstoffen,
    bei dem die Problemstoffe oder Behälter, vorzugsweise an einer Lagerstätte, mit einer Versiegelungsvorrichtung nach Anspruch 12 oder 13 oder mit einer ausgehärteten Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 7 und/oder mit einer ausgehärteten Zusammensetzung, die mit einem Verfahren nach einem der Ansprüche 10 und 11 hergestellt ist, eingehüllt oder umgeben werden
    und/oder
    bei dem die Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 7 in den mit den Problemstoffen belasteten Erdboden oder Bereich der Erdoberfläche oder Erdkruste injiziert wird.
  15. Verfahren nach Anspruch 14, bei dem die Problemstoffe zunächst aus damit belastetem Wasser mit einem Bindemittel wie z.B. Gips gebunden werden und danach in gebundener Form versiegelt werden.
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