Die Tragfähigkeit von geotechnischen Bauteilen kann durch den Angriff betonaggressiver Wasserinhaltsstoffe markant verringert werden. Daher sollen geeignete Untersuchungsmethoden zur Erfassung der dauerhaften in situ Aktivität betonaggressiver Wasserinhaltsstoffe sowie physikochemische Schutzmechanismen für die Herstellung der Bauteile konzipiert werden. Aufgabenstellung und Ziel Aktuell gibt es bei den laufenden Projekten der Wasserstraßen- und Schifffahrtsverwaltung des Bundes (WSV) immer wieder Schwierigkeiten, die Auswirkungen eines chemischen Angriffs auf den Mörtel bzw. Beton bei geotechnischen Elementen wie Verpressankern, Kleinverpresspfählen und Betonpfählen bezüglich deren dauerhafter Tragfähigkeit realistisch zu bewerten und angemessene Anforderungen an Baustoffe und Bauweisen festzulegen. Exemplarisch seien hier nur die Einwirkungen infolge von Ammonium bei der 5. Schleuse Brunsbüttel, infolge von kalklösender Kohlensäure an der Dortmund-Ems-Kanal (DEK)-Nordstrecke und an der Stadtstrecke Oldenburg sowie infolge von Sulfat an den Staustufen Besigheim und Hessigheim aufgeführt. Die in der Literatur und teilweise auch im Regelwerk und in Zulassungen beschriebenen Lösungsansätze sind zumeist entweder nicht praxistauglich oder aufgrund der gewählten Randbedingungen bei den dokumentierten Modellversuchen nicht ausreichend realitätsnah. Im Rahmen eines in drei Teile gegliederten Gesamtvorhabens wird folgenden Fragestellungen nachgegangen: 1. Einwirkungen: Entwicklung geeigneter Untersuchungsmethoden zur Erfassung der dauerhaften In-situ-Aktivität betonaggressiver Wasserinhaltsstoffe aus Böden und Wässern auf geotechnische Elemente, Konzeption physikochemischer Schutzmechanismen bei der Herstellung. (Bearbeitung: K5, G3) 2. Widerstand: Wie verhalten sich Mörtel bzw. Beton der geotechnischen Elemente bei unterschiedlichen Einwirkungen? Wie kann der Widerstand zielsicher und dauerhaft beeinflusst werden? (Bearbeitung: B3, B2) 3. Tragverhalten: Welche Auswirkungen auf das Tragverhalten haben Veränderungen am Mörtel bzw. Beton geotechnischer Elemente als Folge eines chemischen Angriffs? (Bearbeitung: G2) Bedeutung für die Wasserstraßen- und Schifffahrtsverwaltung des Bundes (WSV) Bei Bauvorhaben an Bundeswasserstraßen werden geotechnische Elemente wie Verpressanker, Kleinverpresspfähle und Betonpfähle aufgrund ihrer kostengünstigen und technisch ausgereiften Herstellung häufig eingesetzt. Typische Einsatzgebiete bilden dabei die Auftriebssicherung von Schleusen- und Wehrsohlen und die Rückverankerung von Ufereinfassungen sowie die temporäre Sicherung von Baugruben. Liegen erhöhte Gehalte betonaggressiver Substanzen in Grundwasser und Boden vor, können die vorgenannten geotechnische Elemente hingegen häufig nicht als dauerhafte Bauteile eingesetzt werden. In diesen Fällen ist man gezwungen, auf meist kosten- und platzintensivere Lösungen wie beispielsweise Stahlrammpfähle oder Ankertafeln und -wände zurückzugreifen. Infolgedessen ergeben sich für die zu erstellenden Bauwerke teils deutliche Kostensteigerungen, höhere Lärmbelästigungen, größere Erschütterungen und längere Bauzeiten. Untersuchungsmethoden Um im Vorfeld eine grobe Ersteinschätzung der zu erwartenden Betonaggressivität zu treffen und Laboranalysen auf ihre Plausibilität zu prüfen, wurden Karten zur potenziellen Betonaggressivität erstellt. Grundlage dafür sind die Hydrochemischen Hintergrundwerte, die von der Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe als „Web Map Service“ der Öffentlichkeit zugänglich gemacht wurden (Wagner et al. 2011). Für insgesamt 186 hydro-geochemische Einheiten, die sich aus geologisch-genetischen, lithologischen und hydrochemischen Gesichtspunkten in Deutschland ergeben, wurden die räumliche Verteilung der jeweiligen Expositionsklassen nach der DIN 4030, die sich aus den Hintergrundwerten für die Wasserinhaltsstoffe Ammonium, Magnesium und Sulfat ableiten lässt, dargestellt. (Text gekürzt)
Zielsetzung: Erforschung der Kreislaeufe der o.g. Gase in der Atmosphaere. Dazu gehoert u.a. die Bestimmung der Verteilung dieser Gase in der Atmosphaere, die Erfassung moeglicher Quellen und Senken sowie Bestimmung der Abbau- bzw. Produktionsraten. Da kommerziell verfuegbare Geraete, die zu diesen Untersuchungen benoetigt werden, nicht ueber die ausreichende Empfindlichkeit verfuegen, muessen Nachweismethoden und Messgeraete selbst entwickelt werden.
Zement angreifende chemische Stoffe im Grundwasser wie z. B. Kohlensäure, Ammonium und Sulfat können die Grenztragfähigkeit von geotechnischen Bauteilen wie Verpressanker und Pfählen reduzieren. Dies soll anhand von Versuchen und numerischen Simulationen untersucht werden. Aufgabenstellung und Ziel Bei den laufenden Projekten und Baumaßnahmen der Wasserstraßen- und Schifffahrtsverwaltung des Bundes (WSV) ergeben sich immer wieder Schwierigkeiten, die Auswirkungen eines chemischen Angriffs auf den Mörtel bzw. Beton bei geotechnischen Elementen wie Verpressankern, Kleinverpresspfählen und Betonpfählen bezüglich der dauerhaften Tragfähigkeit realistisch zu bewerten und angemessene Anforderungen an Baustoffe und Bauweisen festzulegen. Die in der Literatur und teilweise auch im Regelwerk sowie in Zulassungen beschriebenen Lösungsansätze sind zumeist entweder nicht praxistauglich oder aufgrund der gewählten Randbedingungen bei den dokumentierten Modellversuchen nicht ausreichend realitätsnah. Im Rahmen eines in drei Teile gegliederten Gesamtvorhabens (1. Einwirkungen von chemischen Substanzen aus dem Grundwasser, 2. Widerstand des Mörtels bzw. Betons gegenüber dem chemischen Angriff, 3. Veränderung des Tragverhaltens aufgrund der Veränderung des Mörtels bzw. Betons) wird in diesem Teilprojekt 3 die Grenztragfähigkeit der geotechnischen Elemente unter der Einwirkung eines chemischen Angriffs untersucht. Ein Hauptaspekt des FuE-Vorhabens ist die Untersuchung des kalklösenden Kohlensäureangriffs auf Verpressanker. Zur Tragfähigkeit von Ankern und Verpresspfählen unter Einwirkung von kalklösender Kohlensäure sind bisher nur wenige Versuchsreihen (Manns und Lange 1993, Hof 2004, Triantafyllidis und Schreiner 2007) durchgeführt worden, welche aufgrund der differierenden Versuchsrandbedingungen nur schwer direkt vergleichbar sind. Unterschiede liegen zum Beispiel in der Größe der Ankerkörper und deren Herstellung. In allen Versuchsreihen zeigte sich in den ersten Monaten eine deutlich erkennbare Abnahme der Tragfähigkeit, die sich mit fortschreitender Dauer des chemischen Angriffs verlangsamte. Dabei variierte der Tragfähigkeitsverlust zwischen 20 und 70 Prozent. Diese divergierenden Ergebnisse für die Grenztragfähigkeit der Verpressanker sollen verifiziert und entsprechend der neuen Erkenntnisse angepasst werden. Bedeutung für die Wasserstraßen- und Schifffahrtsverwaltung des Bundes (WSV) Verpressanker und Kleinverpresspfähle werden im Rahmen von Baumaßnahmen der WSV - beispielweise bei Auftriebssicherungen von Schleusen- und Wehrsohlen, bei Rückverankerungen von Ufereinfassungen, aber auch bei der temporären Sicherung von Baugruben - verwendet. In den Fällen mit einem erhöhten chemischen Angriff aus dem Grundwasser oder dem Boden auf den Mörtel bzw. Beton dieser geotechnischen Elemente müssen diese aufgrund nicht ausreichender praxistauglicher Erkenntnisse und Lösungsansätze über die Tragfähigkeitsverluste durch kostenintensivere Konstruktionen wie z. B. Stahlrammpfähle ersetzt werden. Die Konsequenzen sind deutliche Kostensteigerungen, höhere Lärmbelästigungen, größere Erschütterungen sowie insgesamt ein gestiegener Arbeitsaufwand in Verbindung mit einer längeren Bauzeit. Untersuchungsmethoden Im Rahmen dieses Forschungs- und Entwicklungsvorhabens wird zum einen ein umfangreiches Laborprogramm mit Modellankern, bei denen baupraktische Randbedingungen wie In-situ-Spannungszustände und der Verpressvorgang berücksichtigt werden können, durchgeführt. Zum anderen findet parallel die Untersuchung an Verpressankern hinsichtlich ihrer Grenztragfähigkeit bei betroffenen Bauvorhaben der WSV statt. In Verbindung mit der Ruhr-Universität Bochum und der Firma Schudy Sondermaschinenbau erfolgte die Entwicklung eines Versuchsstandes, der im Frühjahr 2019 in Betrieb genommen wurde. Der Versuchsstand besteht insgesamt aus sieben Versuchscontainern. (Text gekürzt)
Die mineralhaltigen Waesser in Hessen besitzen neben hohen Ionenkonzentrationen oft auch hohe Kohlensaeuregehalte. Sie sind durch Bohrungen erschlossen und treten in Form von Quellen oder Brunnen auf. Viele dieser Waesser werden als Trink-, Mineral-, Heil- und Badewasser genutzt. Die Herkunft der zum Teil grossen CO2-Mengen wurde bereits frueher von den in dieser Region vorkommenden Basalten abgeleitet. Da jedoch keine rezente vulkanische Aktivitaet existiert, konnte letztlich nicht geklaert werden, wie das CO2-Gas, das bis heute stetig in den Kohlensaeuerlingen gefoerdert wird, ueber den langen Zeitraum fixiert werden konnte. Anhand der durchgefuehrten chemischen und 13C/12C-isotopenchemischen Untersuchungen liess sich bereits zeigen, dass vulkanogenes CO2 mit hoher Wahrscheinlichkeit in den Evaporit-Gesteinen des Zechsteins gebunden sein kann. In fortgesetzten Arbeiten wird das Untersuchungsgebiet erweitert. Hierbei sind andere moegliche Lagerungsformen von vulkanogenem CO2-Gas zu beachten. Die Zusammensetzung der Waesser wird im wesentlichen durch die Zusammensetzung der im Gesteinsverband vorkommenden Minerale bestimmt. Die im Vergleich zum Input-Wasser des Aquifers angereicherten Spurenelemente spiegeln die Aufloesungsprozesse sowie die Verweilzeit der Waesser im Gesteinsuntergrund wider. Die 18O/16O-Signatur des geloesten Gesamtkarbonats zeigt eindeutig die Anwesenheit von meteorischem Wasser.
Modell fuer Transport und Dispersion im Grundwasser kombiniert mit chemischen Reaktionen des Kationenaustausches und der Kalkloesung-Kalkfaellung. Basis der Transport-Dispersions-Simulation ist ein zweidimensionaler Mischungszellen-Ansatz. Kationenaustausch und jeweils Neueinstellung des Kalk-Kohlensaeure-Gleichgewichts fuehren zu wichtigen Veraenderungen beim Fliessen durch einen Grundwasserleiter. Das Modell dient zum besseren Verstaendnis natuerlicher Vorgaenge.
Kohlendioxid besitzt in gewissen Temperatur- und Druckbereichen ein selektives Loesungsvermoegen fuer eine grosse Anzahl von Stoffen mit vorwiegend unpolarem Charakter. Das darauf aufbauende Verfahren ermoeglicht ausgehend von festen oder fluessigen Rohmaterialien die Gewinnung von loesungsmittelfreien Extrakten und Raffinaten. Vor allem durch die physiologische Unbedenklichkeit von CO2 ist ein Schwerpunkt dieser Anwendung in der Lebensmittel- und pharmazeutischen Industrie zu suchen und ersetzt dabei niedrigsiedende organische Loesungsmittel, wie etwa chlorierte Kohlenwasserstoffe, Methanol, Hexan, Essigester etc. Das entwickelte Hochdruck-Extraktionsverfahren ist aber nicht nur auf die Produktion von rueckstandsfreien Nahrungs- und Genussmitteln beschraenkt, sondern ist als Alternativverfahren vielseitig einsetzbar. Es wurde die Extraktion von pflanzlichen und tierieschen Fetten und Oelen, die Extraktion von physiologisch unbedenklichen Insektiziden und das Recycling von Loesungsmitteln in technisch-chemischen Prozessen untersucht. Das Hochdruck-Extraktionsverfahren mit CO2 ist ein semikontinuierlicher Prozess: der eingesetzte Rohstoff verbleibt waehrend der Extraktion im Extraktionsautoklaven, das CO2 als Loesungsmittel wird in einem geschlossenen Kreislauf gefuehrt.
Zielsetzung und Motivation für das Vorhaben: Mit kontinuierlich gewonnenem Analysegas kann u.a. das Kalk-Kohlensäure-Gleichgewicht von Thermalwasser bestimmt werden. Eine Berechnung des minimal notwendigen Drucks innerhalb der Thermalwasseranlage zur Vermeidung von Mineralablagerungenführt zu einer optimierten Anlagenregelung. Die hierbei erreichbare elektrische Energieeinsparung resultiert aus einer verminderten Pumpleistung zur Aufrechterhaltung des minimal erforderlichen Systemdrucks. Ebenfalls kann dadurch die Dosierung von Scaling-Inhibitoren bedarfsgerecht eingestellt werden was deren Verbrauch reduziert. Durch die ermöglichte kontinuierliche Thermalwasseranalyse kann effizient auf Veränderungen reagiert werden. Dies erhöht die Anlagensicherheit und beugt ungünstigen Betriebsbedingungen vor. Fazit: Die Anwendbarkeit des entwickelten Entgasungssystems in der Geothermieanlage Traunreut wurde an einem Feldversuch gezeigt. Es konnte ein kontinuierlicher Gasvolumenstrom mit hoher Effizienz (76% aller gelösten Gase wurden extrahiert) entnommen werden. Der Aufbau ist eine geeignete Vorrichtung zur Online-Gasanalyse des Geothermalwassers. Die nachgeschaltete Gasanalyse aus Volumenstrommessung und Gaschromatographie deckt sich mit den berechneten Werten. Folglich ist ein sicherer und effizienter Anlagenbetrieb möglich. Die Entwicklung des Entgasungssystems bedingte einen mit der Geothermieanlage vergleichbaren Versuchsaufbau im Labor. Die Gasbeladungen konnten im Laborpräzise mit Druckluft und Wasser reproduziert werden. Dies war ein wichtiger Meilenstein und ermöglichte die Entwicklung eines geeigneten Entgasungs-Systems für die Geothermie. Durch die hohe Entgasungseffizienz eignet sich das System auch zur quantitativen Entgasung des Geothermalwassers. Dies eröffnet eine Begleitgasnutzung zur Gewinnung zusätzlicher Rohstoffe. Das entwickelte Entgasungssystem mit Gasmengenanalyse und nachgeschalteter Analyse der Gaszusammensetzung zur Online-Thermalwasseranalyse kann mit kleinen Anpassungen an die jeweiligen Druckverhältnisse an jeder Geothermieanlage eingesetzt werden. Eventuell auftretende Scaling Vorkommnisse können erst mit zukünftigen Langzeittests im realen Einsatz vorhergesagt werden.
Diesem Projekt liegen die adsorbierenden bzw. desorbierenden Eigenschaften spezieller Stoffe, wie z.B. Aktivkohle, in Verbindung mit diversen Gasen, für die Entwicklung neuer Verfahren und Produkte zugrunde. (Patente wurden bereits erteilt). Unsere Untersuchungen haben ergeben, dass Aktivkohlen mit diversen Gasen, nach Evakuierung in einem Absolutdruckbereich bis 800 mbar sehr gut dotierbar sind. So sind z.B. Dotiermengen bis zu 50 Gewichtsprozent bei Butan, größer 40 Prozent bei Kältemittel R 134 a, größer 30 Prozent bei Chlorgas und größer 10 Prozent bei CO2 (Kohledioxyd) möglich. Durch simple Zugabe von Wasser wird das entsprechende Gas wieder freigesetzt. Chlor und Kohlensäure gehen zwar zum Teil in Lösung, es liegt aber immer noch großes Druckpotential vor. Damit ergeben sich diverse Anwendungsmöglichkeiten für z.B. Druckspeicher (Schwimmwesten), Speicher für brennbare Gase oder für Desinfektionsmittel. Letzteres wäre speziell für die USA interessant, weil dort Chlorgas vielerorts aus sicherheitstechnischer Sicht verboten ist und nur Vorort zum sofortigen Gebrauch hergestellt werden darf. Oder auch für den Klein-Pool-Betreiber (Privat, Hotels...), wo Chlorgas auch aufgrund der teuren Sicherheitstechnik nicht in Frage kommt. Es gibt darüber hinaus diverse andere Anwendungsbeispiele (auch Wärmetechnisch), die zu diskutieren wären. Aufgrund dieser Fülle an Möglichkeiten und in Ermangelung kompetenter Entwicklungstools sieht sich ETC nicht alleine in der Lage, die Ideen umzusetzen.
| Origin | Count |
|---|---|
| Bund | 36 |
| Type | Count |
|---|---|
| Förderprogramm | 36 |
| License | Count |
|---|---|
| offen | 36 |
| Language | Count |
|---|---|
| Deutsch | 36 |
| Englisch | 3 |
| Resource type | Count |
|---|---|
| Keine | 31 |
| Webseite | 5 |
| Topic | Count |
|---|---|
| Boden | 29 |
| Lebewesen und Lebensräume | 30 |
| Luft | 28 |
| Mensch und Umwelt | 36 |
| Wasser | 34 |
| Weitere | 36 |