Ziel des geplanten Projektvorhabens ist die Optimierung der Festigkeiten und der Feuerbeständigkeit rohdichtereduzierter einschichtiger und dreischichtiger Spanplatten und Oriented Strand Boards (OSB) für den Bausektor und die Verpackungsindustrie. Durch den Einsatz geeigneter Matten (Inlays) auf Basaltbasis sollen die für den Bausektor notwendigen Mindestanforderungen an die Festigkeit (insbesondere der Biegefestigkeit) trotz reduzierter Rohdichten erfüllt werden. Spanplatten und OSB für den Bausektor werden größtenteils mit polymerem Diphenylmethandiisocyanat (pMDI), Phenol-Formaldehyd-Harzen (PF-Harz) oder Melamin-Harnstoff-Formaldehyd-Harzen (MUF-Harz) gebunden, um eine entsprechende Wasserbeständigkeit der Werkstoffe zu gewährleisten. Für die Erreichung hoher Festigkeitswerte ist eine gute Anbindung der Bindemittel an die Basaltfasermatten und damit eine feste Einbindung der Basaltfasermatten in den Werkstoffverbund notwendig. Um dies zu erreichen, sollen die Oberflächen der Basaltfasermatten modifiziert werden. Dazu werden vor allem Silanverbindungen und Kieselsole eingesetzt. Der zweite Aspekt dieses Forschungsvorhabens betrifft die Optimierung der Feuerbeständigkeit von Holzwerkstoffen, die in vielen Bereichen des Bausektors gewährleistet werden, muss. Für diesen Forschungsansatz sollen alternative Klebstoffe auf Mineralbasis (Wasserglas, Kieselsole, Carbonate), die einen entsprechenden Feuerschutz bieten, entwickelt und in Kombination mit den typischen Bindemitteln (Isocyanat, PF-Harz und MUF-Harz) eingesetzt werden. Die entwickelten Bindemittelsysteme werden dann auch für die Werkstoffe mit Basaltinlays angewandt. Die Festigkeitswerte, hygrischen Eigenschaften sowie das Brandverhalten der hergestellten Produkte werden nach Normverfahren der Industrie evaluiert.
Alteration layers on basaltic and rhyolitic glasses are common in volcanic rocks. Such layers denoted as palagonite have strong influence on transformation of glasses to crystalline phases and reactions of glasses with other rock components or fluids, the latter being of great importance for element release. In particular palagonite may act as diffusion barrier that slows down or even inhibit glass alteration. The effect of such a barrier may change over time due to polymerization and precipitation reactions which affect porosity and permeability. Microorganisms forming pits and tubes in basaltic glass surfaces may provide routes in palagonite which enhance abiotic glass alteration too. Findings on porosity and nonequilibrium textures in alteration layers, and a new model on an interface-coupled dissolution reprecipitation mechanism encouraged us to use altered glass samples in combination with experimental work to determine the relationship between glass alteration and palagonite properties, in particular effects of porosity of layers and solution chemistry on glass weathering rate. Chemically different basaltic and rhyolitic glasses available from ICDP drilling cores Hawaii and Snake River Plain exposed to saline and different fresh waters at temperatures allowing microbial colonization will be included. Our planned research involves (i) a petrographical investigation of glass alteration with focus on texture, (ii) the characterization of pore systems using N2-adsorption, Hg-porosimetry, impregnation with a molten alloy and various microscopic techniques, (iii) an experimental study of transport in pore spaces, (iv) determination of ionic effects on glass dissolution traced by zeta-potential and element release rates considering biochemical factors, and (v) fluid-glass experiments at conditions relevant to the drilling sites. Knowledge of these interactions is needed to understand and predict interdependencies of palagonite formation, glass alteration rates, solution composition and biochemical factors.
Das deutsche Endlagerkonzept sieht u.a. Steinsalz als potentielles Wirtsgestein vor, das aufgrund seiner Eigenschaften besonders für HAW-Abfälle geeignet ist. Neben der geologischen Barriere muss der sichere Einschluss durch geotechnische Barrieren sichergestellt werden. Besonderes Augenmerk ist auf die Auflockerungszone (ALZ) im Bereich der geotechnische Barriere zu richten, da durch eine Gefügeschädigung die Wirksamkeit der Barriere gefährdet ist. Die Entwicklung eines Verfahrens zur Abdichtung der ALZ mittels Wasserglas bildete das wesentliche Ziel von VerA I. Neben mineralogisch-chemischen Untersuchungen zur Charakterisierung der Langzeitstabilität und Injektionsversuchen unter Tage zur Optimierung einer bautechnischen Umsetzung, lag der inhaltliche Schwerpunkt in der Entwicklung eines Programmpaketes zur numerischen Abbildung des Injektionsprozesses. Das Letztere ist allerdings bisher noch nicht vollständig realisierbar. Der weitere notwendige Forschungs- und Entwicklungsbedarf betrifft vorwiegend die Vervollständigung der numerischen Strukturmodelle, mit dem Ziel, den Injektionsvorgang rechentechnisch abbilden zu können und somit den Nachweis für eine qualitätsgesicherte und dauerhafte Abdichtung der an ein Verschlussbauwerk anliegenden Auflockerungszone zu erbringen. Dabei wird zunächst das derzeitige Mikrostrukturmodell weiter optimiert und mit Laboruntersuchungen validiert, mit dem ersten Teilziel das komplexe Verformungs- und Bruchverhalten von Steinsalz mit Hilfe der Polyederstrukturen abzubilden. Anschließend erfolgt ein Transfer der aus den kleinräumigen Modellen abgeleiteten Informationen auf die Makroebene (hydr. Parameter), mit dem Ziel, die Modellierungen mit der Simulationen eines Injektionsprozesses abzuschließen. Eine Validierung der simulierten Risssysteme und des Injektionsvorganges geschieht gleichlaufend über die in VerA I bereits durchgeführten In-situ-Injektionsarbeiten sowie anhand der in diesem Zusammenhang gewonnenen vergüteten Bohrkerne