Dichtheit von Heißwasser-Langzeitspeichern aus Hochleistungsbeton

Abstract

Das BMBF-Forschungsvorhaben 'Dichte Heißwasser-Wärmespeicher aus Hochleistungsbeton', soll das Durchlässigkeitsverhalten des Betons unter Beaufschlagung von Temperatur und Druck untersuchen. Die bisherigen Untersuchungen an Wärmespeichern wurden nur mit Normalbeton durchgeführt und hatten keine experimentellen Untersuchungen zur Dampf- und Wasserdurchlässigkeit beinhaltet. Es bestand also dringender Forschungsbedarf zum Verhalten der Transportkoeffizienten bei Druck- und Temperaturbeaufschlagung. Die Zielsetzung dieses Forschungsvorhabens war es insgesamt, den Nachweis zu erbringen, dass Betonbehälter ohne Innenauskleidung mit Edelstahl alle Anforderungen an Wärmespeicher erfüllen. Damit sollten die Baukosten für unterirdische Heißwasser-Wärmespeicher um mindestens 25 gesenkt werden können. Zunächst wurden Eignungsversuche zur Festlegung der Betonrezeptur durchgeführt und praktische Erfahrung mit der Verarbeitbarkeit gesammelt. Danach wurden die Materialversuche durchgeführt. Damit wurden die wesentlichen Kennwerte für Feuchtetransport und Diffusionswiderstand einer direkt mit bis zu 80° C heißem Wasser bzw. Wasserdampf ausgesetzten Betonwand ohne Innendichtung ermittelt. Zusätzlich wurden Auslaugversuche bei unterschiedlichen Temperaturen durchgeführt. In einem weiteren Teil des Forschungsprogramms sollte die Dichtheit gerissener Stahlbetonproben untersucht werden. Die Rissbreite wurde auf 0,05, 0,10 und 0,15 mm eingestellt. Diese Prismen wurden anschließend auf Permeabilität und Diffusion untersucht. Ein weiterer wichtiger Aspekt ist der möglichst wartungsarme Betrieb der Wärmespeicher, der wiederum voraussetzt, dass die Auslaugung des eingesetzten Betons bestimmte Maximalwerte nicht überschreitet. Den Abschluss der Arbeit bildet die numerische Simulation des Feuchtedurchgangs durch die Speicherwand. Hierbei wurde sowohl der Temperatureinfluss als auch die mögliche Rissbildung in der Speicherwand in Ansatz gebracht.

The BMBF research project 'Durability of Hot Water Storage Systems made of High Performance Concrete' shall analyze permeability in concrete dependant on temperature. The prevailing studies for the heat reservoir were only conducted with normal concrete and only dealt with the effects of an increased temperature and moisture on the mechanical properties of the concrete (such as pressure and traction stability, E-module or creep reaction); no experimental studies that dealt with vapour and water permeability were carried out. Research work became urgent concerning the reaction of the transport coefficient in consideration of pressure and temperature. The objective of this research project was to prove that concrete tanks without a lining of high-grade steel meet all requirements for heat reservoirs. Using a concrete system can reduce construction costs for underground hot water reservoirs by more than 25 percent. Applicability tests were first conducted to determine the concrete formulation and experiences from practice were gathered. The material tests were subsequently executed on test specimens. The significant parameters for moisture transport and diffusion resistance of a concrete wall without an interior seal, which is directly exposed to water or water vapour with a temperature of up to 80° C, were determined. In addition, leaching tests were con-ducted at different temperatures. In another part of the research program, the imperviousness of cracked samples of reinforced concrete were be tested. The width of the cracks was adjusted to 0.05, 0.10 and 0.15 mm. Afterwards, these prisms were tested for permeability and diffusion. The operation of a heat reservoir with minimal required service demands, that the leaching of the concrete does not exceed particular maximum values. Numerical simulation of the moisture permeation through the storage wall forms the conclusion of this work.