Projektpräsentation - lau.sachsen-anhalt.de

Prof. Dr.-Ing. D. Heinz / M.Eng. Felix Steininger

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Projektpräsentation

Einsatz von Braunkohlenflugasche als alternatives Bindemittel zur Herstellung einer Kerndichtung bei der Sanierung bestehender Hochwasserschutzanlagen


12/05/17 Landesamt für Umweltschutz / Halle


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Inhalt

Zielstellung

Versuchsdeich

Hochwassersimulationen

Labortechnische Versuchsbegleitung

Rezepturoptimierung der Bindemittelsuspension

Prüfkörperherstellung Labormethode

Ergebnisse

Zusammenfassung


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Zielstellung

Erprobung von Braunkohlenfilterasche (BFA) als alternativer Baustoff in Deichbauwerken

Vergleich zu Baustoffen konventioneller Art

Prüfung der ökologischen Unbedenklichkeit


Labormethode zur Prüfkörperherstellung


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Versuchsdeich – Kerndichtungen

Deichseite Material Bindemittel-

suspension

HF 1 Kies/Sand -

HF 2 Kies/Sand H2O/Asche

1:1

HF 3 Kies/Sand/

Betonrecyklat

H2O/Asche

1,3:1

HF 4 Kies/Sand/

Ziegelrecyklat

H2O/HDI Binder2

1,5:1 Quelle: MUEG GmbH

HF3

HF4

HF2

HF1

Rampe

Kerndichtung

Becken


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Versuchsdeich – MIP-Verfahren


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Versuchsdeich - Messtechnik

Bodenhydrologische Sensoren

Meteorologische Datenerfassung

Datenlogger mit Solarstromversorgung

Quelle: UGT GmbH


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Hochwassersimulationen - Planung

Quelle: Haselsteiner R., Hochwasserschutzdeiche an Fließgewässern, TU München, 2007


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Parameter Kürzel Zuordnungswert Norm

Färbung --- ist anzugeben DIN EN ISO 7887

Trübung --- ist anzugeben DIN EN ISO 7027

Geruch --- ist anzugeben ---------

pH-Wert --- 8 - 13 DIN EN ISO 10523

Elektrische

Leitfähigkeit el.Lf 5000 µS/cm DIN EN 27888

Arsen As 100 µg/l DIN EN ISO 11885

Cadmium Cd 10 µg/l DIN EN ISO 11885

Chrom ges. Crges. 350 µg/l DIN EN ISO 11885

Chlorid Cl- 50 mg/l DIN EN ISO 10304-1

Sulfat SO42- 1000 mg/l DIN EN ISO 10304-1

Quelle: LAGA M 20 – Teil III: Probenahme und Analytik

Trogeluate und Sickerwasserproben


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Trogeluate – Anfertigung Prüfkörper


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Sickerwasserproben – Messung der Vor-Ort-Parameter


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Minimierung des Wasserüberschusses

W/B-Wert

BFA BFA/Zement (1:1)

Bifament Bifament/Zement (1:1)

1 1 4 7 10

0,85 2 5 8 11

0,7 3 6 9 12

Materialeigenschaften nach DWA-M 512 Suspensionsdichte

Absetzverhalten Frischeigenschaften

Fließfähigkeit

Erstarrungsverhalten Erhärtete Suspension

Festigkeit


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Simulation der Anfertigung von Kernwanddichtmassen nach dem MIP-Verfahren

Erprobung rezepturoptimierter Bindemittelsuspensionen mit realem Deichbaumaterial

Materialeigenschaften Korngrößenverteilung / Bodenklassifizierung

Wasserdurchlässigkeitsbeiwert

Volumenänderung

Trocken/Feucht-Wechsel


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Rezepturen zur Prüfkörperherstellung

Probe-Nr.

Bindemittel W/B-Wert

ϱSusp

[g/cm3]

VSusp./VBoden Bindemittel/Boden

[Ma%]

1 BFA 1 1,47

0,35

14

2 BFA 0,85 1,51 16

3 BFA 0,7 1,60 18

4 BFA/Zement 1 1,48 14

5 BFA/Zement 0,85 1,52 16

6 BFA/Zement 0,7 1,60 18

7 Bifament 1 1,44 14

8 Bifament 0,85 1,50 14,5

9 Bifament 0,7 1,55 18

10 Bifament/Zement 1 1,48 14

11 Bifament/Zement 0,85 1,52 16

12 Bifament/Zement 0,7 1,58 18


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Prüfkörperherstellung

1. Schicht

2. Schicht

3. Schicht

Prüf-

hülse

Bindemittel/Boden- Gemisch


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Ergebnisse - Hochwassersimulationen

Kampagne Anstieg [cm/h]

Scheitel [d]

Abstieg [cm/h]

Einstauversuch 1 (Funktionstest)

30,5 6 22,7

Einstauversuch 2 (Elbehochwasser 2013)

4,8 21 1,3

Einstauversuch 3 (Saalehochwasser 2013)

2,4 5 2,4

Einstauversuch 4 (Saalehochwasser 2013)

2,4 5 2,4

Simulationsparameter


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0

50

100

150

200

250

300

Tens 1.1 Tens 1.2 Pegel 1.1 Tens 1.3 Tens 1.4 Pegel 1.2 Tens 1.5

Wassers

äule

[cm

]

Messstelle

Einstau II - HF1

11.07.2015 15.07.2015 22.07.2015 31.07.2015

• Scheiteldauer: 21 d • max. Pegel: 231 cm • vAN : 4,8 cm/h

• vAB : 1,3 cm/h


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0

50

100

150

200

250

300


Wassers

äule

[cm

]

Messstelle

Einstau II - HF3

11.07.2015 15.07.2015 22.07.2015 31.07.2015


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0

50

100

150

200

250

300


Wassers

äule

[cm

]

Messstelle

Einstau II - HF4

11.07.2015 15.07.2015 22.07.2015 31.07.2015


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Ergebnisse – Labortechnische Versuchsbegleitung

Parameter pH-Wert el. Lf As Cd Crges. Cl- SO42-

Einheit [-] [µS/cm] [µg/l] [µg/l] [µg/l] [mg/l] [mg/l]

Grenzwert 8 bis 13 5000 100 10 350 50 1000

HF 3

7d 11,8 1070 <5 <2 2 2,9 17

14d 11,3 432 <5 <2 1 3 17

28d 11,3 396 <5 <2 1 3,2 17

56d 11,2 482 <5 <2 <1 3,4 15

HF 4

7d 12 1560 <5 <2 2 21 5,9

14d 11,7 896 <5 <2 1 3 16

28d 11,1 675 <5 <2 1 12 17

56d 10,8 318 <5 <2 <1 6 16

Trogeluate der Kernwanddichtmasse


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Sickerwasserproben Einstauversuch 2


Einheit - [µS/cm] [µg/l] [µg/l] [µg/l] [mg/l] [mg/l]

Grenzwerte 8 bis 13 5000 100 10 350 50 1000

HF3

Start wasserseitig 12,2 5460 10 <2 49 379 83

landseitig 12 3830 13 <2 16 258 97

Ende wasserseitig 12 4980 6 <2 14 400 650

landseitig 11,9 4190 <5 <2 28 350 817

HF4

Start wasserseitig 7,5 9020 29 <2 6 1400 1730

landseitig -- -- -- -- -- -- --

Ende wasserseitig 8,9 4500 16 <2 8 409 1850

landseitig -- -- -- -- -- -- --

Blindprobe 7,1 3920 33 <2 5 337 1680


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Trogeluate der Kernwanddichtmasse mit Brunnenwasser vom Tagebaurestloch Beuna


Einheit - [µS/cm] [µg/l] [µg/l] [µg/l] [mg/l] [mg/l]

Grenzwerte 8 bis 13 5000 100 10 350 50 1000

HF2 7,7 3930 7 6 <1 302 1780

HF3 8,3 4050 4 4 3 315 2060

HF4 7,7 4120 3 3 <1 355 1740

Blindprobe 7,6 3860 3 2 <1 296 1680


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Ergebnisse – Rezepturoptimierung der Bindemittelsuspension

Frischeigenschaften Suspensionsdichte steigt mit Bindemittelanteil leicht an

Deutliche Entmischungstendenzen der BFA (5-25 Ma% Wasserphase)

Zementgemische zeigten besseres Erhärtungsverhalten

Erhärtete Suspensionen Zementgemische mit deutlich höheren Festigkeiten

Reinstoffgemische mit ausreichender Festigkeit

Prüfkörper mit BFA nicht einheitlich im Querschnitt


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Ergebnisse – Prüfkörperherstellung Labormethode

Feinkornanteil beeinflusst Gefügeentwicklung

Leichte Volumenvergrößerung kein Schwindverhalten

Ergebnisse Trocken/Feucht-Wechsel stehen noch aus

BFA BFA/Zement Bifament Bifament/Zement

1 3,96E-09 4,02E-09 4,68E-09 6,63E-10

0,85 6,26E-09 2,25E-09 2,88E-09 1,89E-10

0,7 2,28E-09 2,32E-09 3,34E-09 1,82E-10

0

1E-09

2E-09

3E-09

4E-09

5E-09

6E-09

7E-09

Wasserd

urc

hlä

ssig

keit [

m/s

]

Wasserdurchlässigkeitsbeiwert kf


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Zusammenfassung

Erfolgreiche Durchführung von Hochwassersimulationen mit dem Versuchsdeich

Technische Funktionalität der Kerndichtungen belegt

Ökologische Unbedenklichkeit der alternativen Bindemittelsuspensionen nachgewiesen

Ansätze zur Rezepturoptimierung der Bindemittelsuspensionen erfolgreich getestet und weiteres Potenzial herausgearbeitet

Etablierung einer Labormethode zur Anfertigung von Prüfkörpern Erprobung variierender Baustoffe möglich


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Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!


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Anhang - Zement

Quelle: http://www.opterra-crh.com


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Anhang - Bifament

Quelle: http://cafista.de/content/bifament


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Anhang – Herstellung Trogeluate

Quelle: LAGA EW 98


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Anhang – Deichmaße

Deichfuß 34 [m]

Kronenbreite 5 [m]

Deichhöhe 3 [m]

Böschung (land- und luftseitig) 1:2 [-]

Abmaße Kerndichtung (L/B/H) 5/0,5/3,5 [m]


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Anhang – Einsatz Bindemittelsuspension

Bindemittel Boden Bindemittel/Boden Bindemittel/Boden

[t] [t] [%] [t/m3]

HF2 3,1 13,3 23,3 0,41

HF3 2,9 13,3 21,8 0,39

HF4 2,63 13,3 19,8 0,35

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