Vom geologischen Modell zur geomechanischen Modellierung (ERA Morsleben)

Einleitung

In aktuellen Untersuchungen zur Stabilität von Endlagerdichtbauwerken aus Bentonit, die sowohl in Untertage- als auch in Laborversuchen durchgeführt werden, liegt der Fokus auf dem Verständnis und der Optimierung der Barrierefunktionen. Die Vorträge werden verschiedene Prozesse beleuchten, darunter Mineralreaktionen, Korrosion, Alteration, Wasseraufsättigung, Kationenaustausch sowie die physikochemischen Veränderungen des Versatzmaterials. Ziel ist es, die Erkenntnisse dieser Studien zu diskutieren und ihre Implikationen für die langfristige Sicherheit von Endlagerdichtbauwerken zu evaluieren.

Eigenschaften des Versatzmaterials (bentonite backfill) und Mineral-reaktionen (inkl. Kationentausch) in der Bentonitbarriere (bentonite buffer); 1-11: Prozesse, die in den Vorträgen diskutiert werden. Quelle: BGR

Kaufhold, S.: Mineralreaktionen von Bentoniten aus Untertage-Experimenten

Bentonite werden als geotechnische Barrieren in Endlagern eingesetzt, besonders bei geringer Barrierewirkung des Wirtsgesteins. Eine zusätzliche Bentonitbarriere wird in Tonformationen abgewogen (z.B. in der Schweiz). Erhöhte Temperaturen und variable geochemische Bedingungen können mineralogische Veränderungen hervorrufen, die die Barrierewirkung beeinflussen. Labor- und Großversuche zeigten, dass Kationenfixierung und Abnahme der Kationenaustauschkapazität auftreten können, was die Quellwirkung des Bentonits reduziert. Häufig beobachtete Reaktionen sind Lösungs- und Fällungsreaktionen von Sulphaten und Karbonaten sowie Mg-Anreicherung in der Nähe des Heaters. Mineralumwandlungen treten lokal an Grenzflächen zu Eisen/Stahl und Zement auf. Der Vortrag fasst diese Mineralreaktionen und deren Modellierbarkeit zusammen.

Dohrmann, R: Wasseraufnahme und Kationenaustausch in Untertage-Experimenten - schnelle Prozesse bei unterschiedlichen Temperaturen

Untersucht werden die Effekte von Wasseraufnahme und Kationenaustausch in Untertage-Experimenten im Kristallin. Analysen an Bentoniten liefern Erkenntnisse zum Verhalten von Smektiten als Kationenspeicher. Verschiedene Großversuche sollen die Umbelegung des Kationenaustauscherbelags und die Porenlösungs-Zusammensetzung besser vorhersagen. Diese Entwicklungen sind wichtig für die Einschätzung von Erosionsprozessen bei geringer Ionenstärke und die Stabilität der Smektite, insbesondere bei ungesättigten Bedingungen. Es werden Prozesse untersucht, die Hinweise auf Maximaltemperaturen an der Grenzfläche Bentonit-Abfallbehälter geben.

Stoppe-Struck, N., Laurich, B.: Permeabilität und Wasseraufnahme kompaktierter Bentonit-Tonstein-Gemische

Ein Schlüsselparameter der geotechnischen Barriere in geologischen Tiefenlagern ist die hydraulische Leitfähigkeit. Neben Bentonitpellets, -blöcken oder Bentonit/Sandgemischen gilt auch Tonsteingrus sowie dessen Mischungen mit Bentonit als potenzielles Versatzmaterial. Die Durchlässigkeit solcher Versatzmaterialien wird u.a. durch Mineralzusammensetzung, Porenraumgeometrie und Fluideigenschaften beeinflusst. So können Materialien gleicher Porosität aufgrund verschiedener Porenarchitektur in ihrer Durchlässigkeit erheblich variieren. Dies gilt beispielsweise, wenn eine Beimengung von rigidem Tonsteingrus die feinkörnige Bentonitmatrix mechanisch vor einer Kompaktion schützt und so präferenzielle Fließwege schafft. Elektronenmikroskopie an Ionenstrahl-polierten Proben (engl. Broad-Ion-Beam, BIB-SEM) soll diese möglichen, kritischen Unterschiede aufzeigen. Unser Ziel ist es, die Durchlässigkeiten von kompaktiertem Opalinustongrus und seinen Mischungen mit Bentonit zu bestimmen und diese mit deren Mikrostruktur in Verbindung zu bringen.

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