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Projektpräsentation
Einsatz von Braunkohlenflugasche als alternatives Bindemittel zur Herstellung einer Kerndichtung bei der Sanierung bestehender Hochwasserschutzanlagen
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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
Rezepturoptimierung der Bindemittelsuspension
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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Labortechnische Versuchsbegleitung
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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Labortechnische Versuchsbegleitung
Trogeluate – Anfertigung Prüfkörper
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Labortechnische Versuchsbegleitung
Sickerwasserproben – Messung der Vor-Ort-Parameter
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Rezepturoptimierung der Bindemittelsuspension
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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Prüfkörperherstellung Labormethode
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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Prüfkörperherstellung Labormethode
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 Labormethode
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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Ergebnisse - Hochwassersimulationen
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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Ergebnisse - Hochwassersimulationen
0
50
100
150
200
250
300
Tens 4.1 Tens 4.2 Pegel 4.1 Tens 4.3 Tens 4.4 Pegel 4.2 Tens 4.5
Wassers
äule
[cm
]
Messstelle
Einstau II - HF3
11.07.2015 15.07.2015 22.07.2015 31.07.2015
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Ergebnisse - Hochwassersimulationen
0
50
100
150
200
250
300
Tens 4.1 Tens 4.2 Pegel 4.1 Tens 4.3 Tens 4.4 Pegel 4.2 Tens 4.5
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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Ergebnisse – Labortechnische Versuchsbegleitung
Sickerwasserproben Einstauversuch 2
Parameter pH-Wert el. Lf As Cd Crges. Cl- SO42-
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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Ergebnisse – Labortechnische Versuchsbegleitung
Trogeluate der Kernwanddichtmasse mit Brunnenwasser vom Tagebaurestloch Beuna
Parameter pH-Wert el. Lf As Cd Crges. Cl- SO42-
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