Experimental and model-theoretical investigations of the chemical-hydraulic behaviour of sorel and salt concrete as sealing elements in rock salt

Jantschik, Kyra

For the safe disposal of radioactive waste in Germany the enclosure of the waste in deep geological formations is foreseen. During mining activities, the host rock is penetrated by shafts and drifts, which must be plugged by sealing elements of adequate construction material to prevent the intrusion of water and the release of radionuclides. Salt and sorel concrete are potential sealing materials for the rock salt option. High saline solutions may occur if water equilibrates with rock salt or inclusions of solution are released in a repository. High saline solutions have the potential to influence the sealing capacity of sealing elements by corrosion dependent on their composition. Subsequent laboratory tests and modelling activities aimed at investigating the chemical-hydraulic behaviour of salt and sorel concrete as potential sealing materials in rock salt. Therefore, laboratory leaching, diffusion and advection experiments were performed. Leaching elements aimed at investigating the geo-chemical reaction path of the corrosion between concrete and high saline solution. Results confirmed that salt concrete corrodes in presence auf MgCl2 solution and sorel concrete in presence of saturated NaCl solution. Diffusion coefficients were determined in through diffusion experiments. Experiments showed a significant dependency of the diffusion coefficient from the height of the sample, the present saline solution and the used tracer. These observations indicate an interaction of various transport and corrosion processes. Advection experiments aimed at investigating the development of permeability while percolation with NaCl and MgCl2 solution. Percolation of sorel concrete with NaCl solution resulted in an increase of permeability while MgCl2 solution had a beneficial impact on the sealing capacity of sorel concrete. Experiments with salt concrete were performed to combined samples of a salt concrete core inserted in a hollow rock salt cylinder. Results showed, that the integral permeability decreased in presence of NaCl solution and increased temporarily by perfusion with MgCl2 solution. Afterwards, permeability changed not significantly anymore. Concluding, the suitability of salt and sorel concrete based on results before was summarized and discussed.

Für die Endlagerung radioaktiver Abfälle ist in Deutschland die Einlagerung in tiefen geologischen Formationen vorgesehen. Um die Abfälle sicher im einschlusswirksamen Gebirgsbereich einzuschließen und einen Lösungszulauf sowie die Freisetzung von Radionukliden zu verhindern, sollen Zugangsschächte und -Strecken mit Dammbauwerken verschlossen werden. Für die Einlagerungsoption im Steinsalz sind dafür Spezialbetone wie Salz- und Sorelbeton vorgesehen. Für den Fall, dass Wasser in einen Salzstock eindringt, bilden sich durch die Lösung von Salzmineralen aus dem Salzstock hochsalinare Lösungen, die abhängig von ihrer Lösungszusammensetzung das Potential haben die Dichtelemente zu korrodieren und ihre Dichtfunktion zu beeinträchtigen. Ziel der Arbeit war die Untersuchung des chemisch-hydraulischen Verhaltens von Salz- und Sorelbeton. Hierfür wurden Auslaug-, Diffusions- und Advekionsexperimenten durchgeführt. In Auslaugexperimenten wurde zunächst der geochemische Reaktionspfad zwischen Dichtbaustoff und hochsalinaren Lösungen untersucht. Die Ergebnisse bestätigen, dass Salzbeton durch MgCl2 Lösung korrodiert wird, während Sorelbeton durch gesättigte NaCl Lösung korrodiert. In Through-Diffusion-Versuchen wurden Diffusionskoeffizienten ermittelt. In diesen konnte eine Abhängigkeit des Diffusionskoeffizienten von der Prüfkörperhöhe, der eingesetzten Lösung und dem verwendeten Tracer festgestellt werden. Dies spricht für eine Überlagerung verschiedener Transport- und Korrosionsprozesse. In den Advektionsversuchen wurde die Entwicklung der Permeabilität bei Durchströmung mit salinaren Lösungen ermittelt. Die Advektionsversuche mit Sorelbeton zeigten, dass durch NaCl Lösung die Permeabilität zunahm, während MgCl2 Lösung eine Abnahme der Permeabilität bewirkte. Die Advektionsexperimente mit Salzbeton wurden als Kontaktflächenversuche durchgeführt: NaCl Lösung führte zu einer Abnahme der Permeabilität, die anschließende Durchströmung mit MgCl2 Lösung zu einer kurzfristigen Zunahme der Permeabilität. Abschließend erfolgt eine Diskussion und Bewertung der Eignung von Salz- und Sorelbeton als Dichtmaterialien im Salinar basierend auf den vorliegenden Versuchsergebnissen.

Vorschau

Zitieren

Zitierform:

Jantschik, Kyra: Experimental and model-theoretical investigations of the chemical-hydraulic behaviour of sorel and salt concrete as sealing elements in rock salt. 2018.

Zugriffsstatistik

Gesamt:
Volltextzugriffe:
Metadatenansicht:
12 Monate:
Volltextzugriffe:
Metadatenansicht:

Details anzeigen

Rechte

Nutzung und Vervielfältigung:
Alle Rechte vorbehalten

Export