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For the assessment of the barrier function of the geosphere around a nuclear waste repository information about the nature of the accessible rock pore space and internal surfaces is needed. Intact samples of various types of fresh and altered crystalline rocks have been studied by means of mercury intrusion porosimetry and gas adsorption methods using various adsorbates. Furthermore, fluorescence microscopy and scanning electron microscopy was applied and the results were compared with those of impregnation with carbon-l4-polymethylmethacrylate (PMMA). Additional structural information was derived from hydraulic conductivity determinations using helium gas.
The investigations were focussed on the reliability of these measurements of intact core samples, the influence of rock composition, structure and geological evolution on the microstructure of the matrices and the consequences regarding the retardation properties of the bedrock.
A new method for the physical characterization of rock matrices for use in site investigations of nuclear waste repositories has been developed. The method can provide information needed in the assessment of the performance of the geosphere working as a natural barrier retarding the migration of radionuclides by diffusion into the rock matrix. Most conventional methods for the physical characterization of rocks give only bulk information. The combination of mercury porosimetry and computer tomography can give 3-D data on mineral-specific porosity distributions with additional pore size information. Additionally, limits for mineral-specific internal surface areas can be estimated, which is essential for the assessment of water-rock interaction and reactive interaction with radionuclides (sorption). Results of measurements on granitic rock (granodiorite) from the Baltic shield are discussed and integrated with results by complementary methods.
The application of two sets of methods for the characterization of rock pore systems is reported. Both are discussed in the context of other techniques described in the literature. (i) Impregnation with labelled polymethylmethacrylate (PMMA) and autoradiography or direct measurement of the tracer activity allows the investigation of the pattern of the spatial porosity distribution and quantitative measurement of mineral-specific, local porosities, porosity gradients as well as an assessment of hydraulic and diffusive transport properties. (ii) Quantitative information on surface areas within certain pore size ranges can be achieved by combination of mercury intrusion porosimetry with X-ray absorption computertomography. As examples of applications of these techniques, the effects of weathering, alteration, mechanical stress and large diameter coring on the pore network of rocks have been studied.
Nanocrystalline hydroxyapatite (HAp) prepared by a precipitation route was investigated. The X-ray diffraction (XRD) powder patterns of the elongated nanocrystals with a typical diameter of about 10 nm and length of 30-50 nm (by transmission electron microscopy (TEM)) revealed the presence of HAp with significantly broadened XRD reflections. However, Ca deficiency was found, as the Ca/P ratio was 1.5 only (so-called calcium-deficient hydroxyapatite (CDHA)), and not 1.67. This Ca deficiency of nanocrystalline HAp is explained using NMR. It is shown unambiguously that (i) the nanocrystals consist of a crystalline core and a (disordered) surface region with a relative phosphate content of about 1:1, (ii) the crystalline core is HAp, and (iii) the surface region is dominated by hydrogen phosphate anions (with no hydroxyapatite-like structural motif) and structural water (hydrate). From the relative phosphate content and taking into account the crystal shape, the thickness of the surface layer along the main crystal axis could be estimated to be about 1 nm, and the average chemical composition of the surface layer has been determined. Finally, a Ca/P ratio of 1.52 was estimated from the NMR data that compares well with the value of 1.51 from chemical analysis. The important consequences are that the surface of nanocrystalline HAp has nothing in common with the bulk composition and that the chemistry of such materials (e.g. the binding of protein molecules to phosphate surfaces) must be reconsidered.
Among new types of plasma processes, the underwater plasma is one of the most attractive methods for functionalization of polymer surfaces. The interesting features of plasma solution system are that the material surfaces to be modified remain in contact with the plasma-moderated solution. The role of plasma-moderated liquids, allows the reach of the reactive species through solution onto the geometrically hindered sites. The UV radiation produced in plasma formation helps in generating additional excited, ionized, and dissociated molecules and species in the reaction solution. An interesting feature of the technique is its flexibility to use a wide variety of additives as or in solution system. This allows us to create a selective or monotype functionalization of material surfaces. Such system was studied for the selective hydroxyl functionalization of polypropylene surface. The oxidation of polymer surfaces and the introduction of O-containing functional groups by underwater plasma was found to exceed concentrations typically achieved in oxygen low-pressure gas discharge plasmas up-to two-folds (maximal 56 O/100 C). The fraction of OH groups among all O-containing moieties amounts from 25 to 40% in comparison to that in the gas plasma of about 10% OH groups. Addition of hydrogen peroxide into this same system increases the fraction of C—O bonds up to 75% (27-OH/100 O). A study was focused to optimize the role of hydrogen peroxide on the efficiency of oxidation and selectivity with chemical derivatization with respect to the formation of mono-sort hydroxyl functionalities, calculated using a chemical derivatization technique.
Derzeit erfolgt in mehreren Arbeitsgruppen unter Einbindung interessierter Kreise die Überarbeitung der 2001 erschienenen Richtlinie 'Schutz und Instandsetzung von Betonbauteilen' (Instandsetzungsrichtlinie) des Deutschen Ausschusses für Stahlbeton e.V. (DAfStb). Hierüber wird in dem nachfolgenden Beitrag berichtet, um der Fachwelt frühzeitig darzustellen, in welche Richtung die Fortschreibung des Regelwerkes geplant ist.
Die geplante neue Richtlinie wird nach derzeitigem Beratungsstand eine deutliche inhaltliche Erweiterung erfahren. Daher wird sie in 'Richtlinie für die Instandhaltung von Betonbauteilen' (Instandhaltungsrichtlinie) umbenannt und wird Festlegungen zu der grundsätzlichen Vorgehensweise bei der Instandhaltung unter Berücksichtigung der Komponenten Wartung, Inspektion, Instandsetzung und Verbesserung in Anlehnung an DIN 31051 enthalten. Da diese umfassenderen Aufgaben deutlich präziser beschrieben werden, konkretisieren sich auch die Anforderungen an die erforderliche Qualifikation des sachkundigen Planers, der zukünftig verstärkt die 'Restnutzungsdauer' bei seiner Planung beachten und in entsprechende Maßnahmen umsetzen muss.
Mit den Ergänzungen und Änderungen wird die Richtlinie an die aktuellen Entwicklungen und Regelungen im Betonbau angepasst. Gleichzeitig gewinnt die Planungsleistung erheblich an Bedeutung. Für Instandsetzungsprodukte gemäß DIN EN 1504 werden, die Beseitigung derzeit noch enthaltener Unklarheiten und technischer Defizite auf europäischer Ebene vorausgesetzt, Verwendbarkeitsmöglichkeiten aufgezeigt. Die Ausführung von Instandhaltungsmaßnahmen wird durch die Einführung von Überwachungsklassen mit zugehörigen Anforderungen an die durchzuführenden Prüfungen spezifiziert und damit konkretisiert.
Innovative Technologien für die Erkundung, Löschung und Beobachtung von Kohlebränden - Phase B -
(2011)
Aufbauend auf den Erkenntnissen der Phase A, die sich auf das grundlegende Verständnis von Kohlebränden, sowie der Voraussetzung und des prinzipiellen Ablaufs der physikalischchemischen Brandprozesse konzentriert haben, erfolgte in Phase B eine Fokussierung auf Methoden zur Vermeidung von Kohlebränden, sowie der Löschung und Überwachung von Kohlebrandzonen, um einen Beitrag zur Verminderung von C02-Emissionen und zum Erhalt der nutzbaren Energieressourcen leisten zu können. Diese Arbeiten erfolgten insbesondere mit Bezug zu den „Clean Development Mechanisms“ (CDM), die im Rahmen des Kyoto-Protokolls entwickelt worden sind.
Eine Zertifizierung von Löschaktivitäten im Rahmen des Kyoto-Protokolls setzt dabei eine nachvollziehbare Ermittlung der kohlebrandbezogenen C02-Emissionen und eine belastbare Abschätzung der durch die Löschung verringerten Emissionsmengen voraus. Wesentliche Arbeiten konzentrierten sich auf die Entwicklung von Verfahren, die eine solche Abschätzung gewährleisten können. Dazu wurden unterschiedliche Ansätze entwickelt und anhand der erhobenen Felddaten überprüft. Die untersuchten Ansätze konzentrierten sich dabei auf Verfahren, die eine Ermittlung des vorhandenen Kohlevolumens, die Erfassung der emittierten Gase und die durch die Kohlebrände verursachten Temperaturanomalien an der Tagesoberfläche ermöglichen. Die direkten Arbeiten zum Thema CDM wurden dabei in einem Arbeitspaket unter Federführung der BGR gebündelt.
Die deutsche Initiative zur Erforschung der Kohlenbrände in der V.R. China leistete zweifelsfrei signifikante Beiträge zu den oben genannten Zielen. Durch die inventiven Ansätze im Bereich der Brandbewältigung konnte darüber hinaus auch in Teilen die ökonomischen Chancen für ein Engagement deutscher Unternehmen aufgezeigt werden.