Vergütung der Auflockerungszone im Salinar (VerA)

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Motivation
Hohlräume, die während Errichtung und Betrieb eines Endlagers in tiefen geologischen Wirtsgesteinen aufgefahren wurden, sind zum Einschluss der eingelagerten Abfälle durch geotechnische Barrieren zu verschließen. An den Stellen, an denen geotechnische Barrieren errichtet werden, ist ein besonderes Augenmerk auf die Auflockerungszone zu richten. Die Auflockerungszone entsteht bei der Auffahrung am Rand zwischen Hohlraum und Gebirge und bezeichnet den Bereich, in dem das Gestein aufgrund von kleinräumigen Rissen geschädigt ist. Da auf diese Weise bevorzugte Fließwege für die Ausbreitung von Schadstoffen und für den Zutritt von Wässern entstehen können, ist die Auflockerungszone insbesondere im Bereich der geotechnischen Barrieren durch technische Maßnahmen abzudichten (Vergütung).

Mit dem vorliegenden Vorhaben soll die Auflockerungszone modelltheoretisch simuliert werden, um darauf aufbauend, technische Konzepte zur Abdichtung der Auflockerungszone und des Kontaktbereichs zwischen geotechnischer Barriere und Wirtsgestein erarbeiten zu können. Da es sich bei den Abdichtungseigenschaften
um den potentiellen Schwachpunkt einer geotechnischen Barriere handelt, werden mit dem Vorhaben Grundlagen für den technischen Nachweis der Barrierenwirksamkeit geschaffen.

Im Rahmen der modelltheoretischen Betrachtung der Auflockerungszone wurde insbesondere Steinsalz als Wirtsgestein betrachtet.

Ansatz des Projektes
Eine Auflockerungszone im Bereich geotechnischer Barrieren reduziert deren abdichtende Wirkung gegenüber radioaktiven Schadstoffen. Die Schädigung in der Auflockerungszone nimmt nach Errichtung der Barriere durch das Aufkriechen des Gebirges auf den Barrierenkörper langfristig ab. Allerdings lassen sich diese Prozesse hinsichtlich ihrer Geschwindigkeit und in ihrer Auswirkung auf die Durchlässigkeit kaum belastbar beschreiben. Um eine gesicherte Barrierenwirksamkeit zu erzielen, ist die Abdichtung durch Injektionsmittel (Vergütung) zwingend erforderlich. Als Injektionsmittel wird u.a. Wasserglas verwendet, das in kleinste Risse eindringt, dort aushärtet und potentielle Fließwege verschließt.
Die folgenden Ziele wurden im Projekt VerA verfolgt:

•  Entwicklung von Computermodellen, mit denen sowohl die mechanische Schädigung als auch die hydraulische Durchlässigkeit in der Auflockerungszone abgeschätzt werden kann.
• Durchführung von Laboruntersuchungen, mit denen die chemische Langzeitstabilität der Abdichtung von injiziertem Wasserglas im Wirtsgestein Steinsalz bewertet werden kann.

Ergebnisse
In einem Computermodell werden Polyeder betrachtet, da sie in ihrer Form und Anordnung das Gestein nachbilden. Polyeder sind durch Kontakte miteinander verbunden und können bei Belastung auseinander brechen. Daher eignen Sie sich gut, um eine Rissbildung zu simulieren, wie sie in der Auflockerungszone auftritt.
Um den Grad der Schädigung zu quantifizieren, wurde die Durchströmung der so erstellten Rissnetzwerke modelliert und daraus die Hauptrichtung und die Größenordnung der Fluiddurchlässigkeit bestimmt. Mit Hilfe der Laboruntersuchungen zur Langzeitstabilität konnte nachgewiesen werden, dass eine Injektion von Wasserglas in Auflockerungszonen von Steinsalz zu einem Produkt führt, welches auch in Gegenwart von technischen und natürlichen salinaren Lösungen als stabil zu bewerten ist und langzeitstabile chemische Phasen bildet.

Ausblick
Durch die modelltheoretischen Arbeiten in diesem Vorhaben wird das Verständnis für die hydraulisch wirksamen Prozesse in der Auflockerungszone verbessert. Die Verknüpfung des bautechnischen Injektionsprozesses mit dem modelltheoretischen hydraulischen Systemverhalten sollen dazu dienen, den Injektionsprozess von Wasserglas zielführend unter den Bedingungen im Endlager einsetzen und optimieren zu können.
Das Vorhaben liefert somit einen wesentlichen Beitrag zur Langzeitprognose eines Endlagers im Steinsalz und ist insgesamt für eine Sicherheitsanalyse für einen Standort im Salinar von Bedeutung.