DE102019114416B4 - Dry mix for obtaining an alkali-activated geopolymer salt concrete and / or a geopolymer salt mortar and use, method for preventing a pollutant from escaping from a cavity of a salt deposit which has an opening, and use of the method - Google Patents

Dry mix for obtaining an alkali-activated geopolymer salt concrete and / or a geopolymer salt mortar and use, method for preventing a pollutant from escaping from a cavity of a salt deposit which has an opening, and use of the method Download PDF

Info

Publication number
DE102019114416B4
DE102019114416B4 DE102019114416.7A DE102019114416A DE102019114416B4 DE 102019114416 B4 DE102019114416 B4 DE 102019114416B4 DE 102019114416 A DE102019114416 A DE 102019114416A DE 102019114416 B4 DE102019114416 B4 DE 102019114416B4
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
salt
geopolymer
binder
dry mix
cavity
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
DE102019114416.7A
Other languages
German (de)
Other versions
DE102019114416A1 (en
Inventor
Patrick Sturm
Hans-Carsten Kühne
Gregor J. G. Gluth
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Bundesministerium fuer Wirtschaft und Energie
Original Assignee
Bundesministerium fuer Wirtschaft und Energie
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Bundesministerium fuer Wirtschaft und Energie filed Critical Bundesministerium fuer Wirtschaft und Energie
Priority to DE102019114416.7A priority Critical patent/DE102019114416B4/en
Publication of DE102019114416A1 publication Critical patent/DE102019114416A1/en
Application granted granted Critical
Publication of DE102019114416B4 publication Critical patent/DE102019114416B4/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B14/00—Use of inorganic materials as fillers, e.g. pigments, for mortars, concrete or artificial stone; Treatment of inorganic materials specially adapted to enhance their filling properties in mortars, concrete or artificial stone
    • C04B14/02—Granular materials, e.g. microballoons
    • C04B14/04—Silica-rich materials; Silicates
    • C04B14/06—Quartz; Sand
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B14/00—Use of inorganic materials as fillers, e.g. pigments, for mortars, concrete or artificial stone; Treatment of inorganic materials specially adapted to enhance their filling properties in mortars, concrete or artificial stone
    • C04B14/02—Granular materials, e.g. microballoons
    • C04B14/04—Silica-rich materials; Silicates
    • C04B14/06—Quartz; Sand
    • C04B14/062—Microsilica, e.g. colloïdal silica
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B14/00—Use of inorganic materials as fillers, e.g. pigments, for mortars, concrete or artificial stone; Treatment of inorganic materials specially adapted to enhance their filling properties in mortars, concrete or artificial stone
    • C04B14/02—Granular materials, e.g. microballoons
    • C04B14/36—Inorganic materials not provided for in groups C04B14/022 and C04B14/04 - C04B14/34
    • C04B14/365—Gypsum
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B18/00—Use of agglomerated or waste materials or refuse as fillers for mortars, concrete or artificial stone; Treatment of agglomerated or waste materials or refuse, specially adapted to enhance their filling properties in mortars, concrete or artificial stone
    • C04B18/04—Waste materials; Refuse
    • C04B18/06—Combustion residues, e.g. purification products of smoke, fumes or exhaust gases
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B22/00—Use of inorganic materials as active ingredients for mortars, concrete or artificial stone, e.g. accelerators, shrinkage compensating agents
    • C04B22/0093—Aluminates
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B28/00—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements
    • C04B28/006—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements containing mineral polymers, e.g. geopolymers of the Davidovits type
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B40/00—Processes, in general, for influencing or modifying the properties of mortars, concrete or artificial stone compositions, e.g. their setting or hardening ability
    • C04B40/0075—Processes, in general, for influencing or modifying the properties of mortars, concrete or artificial stone compositions, e.g. their setting or hardening ability making use of a decrease in temperature
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B40/00—Processes, in general, for influencing or modifying the properties of mortars, concrete or artificial stone compositions, e.g. their setting or hardening ability
    • C04B40/06—Inhibiting the setting, e.g. mortars of the deferred action type containing water in breakable containers ; Inhibiting the action of active ingredients
    • C04B40/0608—Dry ready-made mixtures, e.g. mortars at which only water or a water solution has to be added before use
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2111/00—Mortars, concrete or artificial stone or mixtures to prepare them, characterised by specific function, property or use
    • C04B2111/00034—Physico-chemical characteristics of the mixtures
    • C04B2111/00043—Anhydrous mixtures
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2111/00—Mortars, concrete or artificial stone or mixtures to prepare them, characterised by specific function, property or use
    • C04B2111/00034—Physico-chemical characteristics of the mixtures
    • C04B2111/00215—Mortar or concrete mixtures defined by their oxide composition
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2111/00—Mortars, concrete or artificial stone or mixtures to prepare them, characterised by specific function, property or use
    • C04B2111/00474—Uses not provided for elsewhere in C04B2111/00
    • C04B2111/00663—Uses not provided for elsewhere in C04B2111/00 as filling material for cavities or the like
    • C04B2111/00698—Uses not provided for elsewhere in C04B2111/00 as filling material for cavities or the like for cavity walls
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2111/00—Mortars, concrete or artificial stone or mixtures to prepare them, characterised by specific function, property or use
    • C04B2111/00474—Uses not provided for elsewhere in C04B2111/00
    • C04B2111/00724—Uses not provided for elsewhere in C04B2111/00 in mining operations, e.g. for backfilling; in making tunnels or galleries
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2111/00—Mortars, concrete or artificial stone or mixtures to prepare them, characterised by specific function, property or use
    • C04B2111/00474—Uses not provided for elsewhere in C04B2111/00
    • C04B2111/00767—Uses not provided for elsewhere in C04B2111/00 for waste stabilisation purposes
    • C04B2111/00775—Uses not provided for elsewhere in C04B2111/00 for waste stabilisation purposes the composition being used as waste barriers or the like, e.g. compositions used for waste disposal purposes only, but not containing the waste itself
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2111/00—Mortars, concrete or artificial stone or mixtures to prepare them, characterised by specific function, property or use
    • C04B2111/00474—Uses not provided for elsewhere in C04B2111/00
    • C04B2111/00862—Uses not provided for elsewhere in C04B2111/00 for nuclear applications, e.g. ray-absorbing concrete
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2111/00—Mortars, concrete or artificial stone or mixtures to prepare them, characterised by specific function, property or use
    • C04B2111/34—Non-shrinking or non-cracking materials
    • C04B2111/343—Crack resistant materials
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P40/00—Technologies relating to the processing of minerals
    • Y02P40/10—Production of cement, e.g. improving or optimising the production methods; Cement grinding
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
    • Y02W30/00—Technologies for solid waste management
    • Y02W30/50—Reuse, recycling or recovery technologies
    • Y02W30/91—Use of waste materials as fillers for mortars or concrete

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Civil Engineering (AREA)
  • Geochemistry & Mineralogy (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geology (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Curing Cements, Concrete, And Artificial Stone (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)

Abstract

Trockenmischung zum Erhalt eines alkaliaktivierten Geopolymer-Salzbetons und/oder eines Geopolymer-Salzmörtels, bestehend aus:- einem Bindemittel, wobei das Bindemittelein silicahaltiges Material undein alkalisches Aluminat umfasst; und- einer Salzgesteinskörnung, ausgewählt unter Halit und Sylvin; wobei im Bindemittel ein molares Verhältnis von SiO2zu Al2O3, ausgedrückt in mol/mol, 2,0 bis 10,0 beträgt und ein Anteil der Salzgesteinskörnung an der Trockenmischung 30,0 - 70,0 Masse-% beträgt.Dry mix for obtaining an alkali-activated geopolymer salt concrete and / or a geopolymer salt mortar, consisting of: - a binder, the binder comprising a silica-containing material and an alkaline aluminate; and a salt rock grain selected from halite and sylvine; where in the binder a molar ratio of SiO2 to Al2O3, expressed in mol / mol, is 2.0 to 10.0 and the proportion of salt rock grains in the dry mixture is 30.0 - 70.0% by mass.

Description

Trockenmischung zum Erhalt eines alkaliaktivierten Geopolymer-Salzbetons und/oder eines Geopolymer-Salzmörtels und Verwendung, Verfahren zum Verhindern eines Austretens eines Schadstoffes aus einem, eine Öffnung aufweisenden Hohlraum einer Salzlagerstätte, und Verwendung des VerfahrensDry mix for obtaining an alkali-activated geopolymer salt concrete and / or a geopolymer salt mortar and use, method for preventing a pollutant from escaping from a cavity of a salt deposit which has an opening, and use of the method

Technisches GebietTechnical area

Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der Verschluss- und Stützbauwerke und betrifft die Sicherung von End- oder Zwischenlagern für Reststoffe.The invention is in the field of closure and support structures and relates to the securing of final or intermediate storage for residual materials.

Vorbekannter Stand der TechnikPrior art

Seit einigen Jahrzehnten werden Verschluss- und Stützbauwerke mit zementgebunden Bindemitteln (Portlandzement, HO- oder Magnesiumchloridzement) unter der Verwendung von Salz (z. B. Steinsalz als Gesteinskörnung) und Sand untersucht. Die US 2012/ 0 024 196 A1 offenbart eine Trockenmischung für ein Geopolymerbindemittel und einen daraus herstellbaren Geopolymerbeton oder -mörtel, die SiO2-haltiges Material wie Flugasche und weitere silicahaltige Gelier- und Härtungsmittel wie Metakaolin, Nanosilica, Zeolithe, Bettasche, Hüttensand etc. sowie Natriumaluminat, Calciumchlorid und Gips umfasst, jedoch kein Salz (z.B. Steinsalz) als Gesteinskörnung für den Beton beinhaltet. S. Greiser (2018) beschreibt in der Dissertation „NMR-Untersuchungen zum Reaktionsprozess von one-part Geopolymeren“; Humboldt-Universität zu Berlin; die Entwicklung von 29Si MAS NMR und 29Si-17Al TRADPOR MAS NMR Methoden zur Charakterisierung von einkomponentigen Geopolymeren.For several decades, sealing and retaining structures with cement-bound binders (Portland cement, HO or magnesium chloride cement) using salt (e.g. rock salt as aggregate) and sand have been investigated. US 2012/0 024 196 A1 discloses a dry mixture for a geopolymer binder and a geopolymer concrete or mortar that can be produced from it, the SiO 2 -containing material such as fly ash and other silica-containing gelling and hardening agents such as metakaolin, nanosilica, zeolites, bed ash, blast furnace slag etc. as well as sodium aluminate, calcium chloride and gypsum, but does not include salt (eg rock salt) as aggregate for the concrete. S. Greiser (2018) describes in the dissertation "NMR investigations on the reaction process of one-part geopolymers"; Humboldt University of Berlin; the development of 29 Si MAS NMR and 29 Si- 17 Al TRADPOR MAS NMR methods for the characterization of one-component geopolymers.

Nachteile des Standes der TechnikDisadvantages of the prior art

Aufgrund ihrer Massigkeit und der Verwendung von chloridhaltigen Salzen als Gesteinskörnung und der teilweisen Lösung von Chloriden kommt es zu einer meist sehr hohen Wärmeentwicklung während der Erhärtung dieser Baustoffe. Die thermische Dehnung und das zumeist vorhandene chemische oder Trocknungsschwinden führen zu unerwünschter Rissbildung in solchen Bauteilen. Für die Funktion eines Verschlussbauwerks in einem End- oder Zwischenlager ist die weitestgehende Rissfreiheit und die Dichtigkeit des Baustoffs aber eine grundlegende Eigenschaft. Außerdem erfordern herkömmliche Verfahren der Erzeugung von Geopolymeren den Einsatz hochalkalischer Lösungen, beispielsweise von Wasserglas. Der Umgang mit derlei hochalkalischen Lösungen (Lösungen der Salze einer starken Base und einer schwachen Säure sind hochalkalisch) ist mit entsprechenden Gefahren für die Gesundheit des Anwenders verknüpft und erfordern entsprechende Schutzvorkehrungen.Due to their bulk and the use of chloride-containing salts as aggregates and the partial solution of chlorides, there is usually a very high level of heat generated during the hardening of these building materials. The thermal expansion and the mostly existing chemical or drying shrinkage lead to undesired cracking in such components. For the function of a sealing structure in a repository or interim storage facility, however, the greatest possible freedom from cracks and the tightness of the building material are fundamental properties. In addition, conventional methods of producing geopolymers require the use of highly alkaline solutions, for example water glass. The handling of such highly alkaline solutions (solutions of the salts of a strong base and a weak acid are highly alkaline) is associated with corresponding dangers for the health of the user and requires appropriate protective measures.

ProblemstellungProblem

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen Baustoff und ein Verfahren zu dessen Verwendung bereitzustellen, der zur Bereitstellung eines Verschlussbauwerks in einem End- oder Zwischenlager geeignet ist. Über die Eigenschaften des Baustoffs sollen dabei insbesondere die Rissfreiheit und die Dichtigkeit bei gleichzeitig ausreichender mechanischer Festigkeit und Dauerhaftigkeit gewährleistet werden. Außerdem soll der Arbeitsschutz im Umgang mit den erforderlichen Komponenten erleichtert werden.It is therefore the object of the present invention to provide a building material and a method for its use which is suitable for providing a closure structure in a repository or interim storage facility. The properties of the building material should in particular ensure freedom from cracks and impermeability while at the same time providing sufficient mechanical strength and durability. In addition, occupational safety should be made easier when handling the necessary components.

Erfindungsgemäße LösungSolution according to the invention

Erfindungsgemäß wird die Erzeugung von Geopolymeren aus SiO2-reichen Ausgangsstoffen und alkalischen Aluminaten, insbesondere Natriumaluminat, zur Herstellung von nahezu schwindungsfreien und damit rissfreien Verschlussbauteilen großen Volumens/Masse unter Verwendung von NaCl - umfassender Gesteinskörnung gemäß Anspruch 1 vorgeschlagen. Die mechanischen Eigenschaften, das Brandverhalten und chemische Dauerhaftigkeitsverhalten der so erhaltenen Materialien übersteigt das konventioneller Systeme zum Teil sehr deutlich. Weitere Ausführungsformen, Modifikationen und Verbesserungen ergeben sich anhand der folgenden Beschreibung und der beigefügten Ansprüche.According to the invention, the production of geopolymers from SiO 2 -rich starting materials and alkaline aluminates, in particular sodium aluminate, for the production of virtually shrinkage-free and therefore crack-free closure components of large volume / mass using NaCl -comprehensive aggregates according to claim 1 is proposed. The mechanical properties, fire behavior and chemical durability behavior of the materials obtained in this way exceed those of conventional systems in some cases very clearly. Further embodiments, modifications and improvements will become apparent from the following description and the appended claims.

Gemäß einer Ausführungsform wird eine Trockenmischung zum Erhalt eines Geopolymer-Salzbetons und/oder eines Geopolymer-Salzmörtels vorgeschlagen. Die Trockenmischung umfasst ein Bindemittel und eine Salzgesteinskörnung. Das Bindemittel weist die zwei Komponenten: SiO2-reiches Material und alkalisches Aluminat auf. So gut wie keine Gesteinskörnung aus natürlich vorkommendem Salz ist ein reinphasiges Mineral. Die Salzgesteinskörnung wird ausgewählt unter Halit und Sylvin, d.h. ein Gestein mit einem hohen Anteil an diesen Halogenid-Mineralen (Salinargestein). Dabei weist das Bindemittel ein molares Verhältnis von SiO2 zu Al2O3, ausgedrückt in mol/mol, von 2,0 bis 10,0, bevorzugt 3,5 bis 6,0 auf. Bezogen auf die Masse des silicahaltigen Materials (SiO2-reiches Material) und die Masse des alkalischen Aluminats (Alumina-Rohstoffe) entspricht das einem Masseverhältnis von 0,75 bis 3,00 im trockenen Bindemittel. In diesem Zusammenhang wird unter einem SiO2-reichen Material ein Material verstanden, das zumindest 80 Masse-% SiO2 umfasst.According to one embodiment, a dry mix for obtaining a geopolymer salt concrete and / or a geopolymer salt mortar is proposed. The dry mix comprises a binder and a granular salt rock. The binder has two components: SiO 2 -rich material and alkaline aluminate. Virtually no aggregate made from naturally occurring salt is a pure-phase mineral. The salt rock grain is selected from among halite and sylvine, ie a rock with a high proportion of these halide minerals (saline rock). The binder has a molar ratio of SiO 2 to Al 2 O 3 , expressed in mol / mol, of 2.0 to 10.0, preferably 3.5 to 6.0. In relation to the mass of the silica-containing material (SiO 2 -rich material) and the mass of the alkaline aluminate (alumina raw materials), this corresponds to a mass ratio of 0.75 to 3.00 in the dry binder. In this context, an SiO 2 -rich material is understood to mean a material which comprises at least 80% by mass of SiO 2.

Die vorgeschlagene Trockenmischung ist für die Ausbildung von Baustoffen auf der Basis von traditionell alkaliaktivierten Bindemitteln (z.B. vorbekannten Geopolymeren), insbesondere für die Herstellung von dichten und dauerhaften Verschluss- oder Stützbauwerken für End- und Zwischenlager in Salzlagerstätten geeignet. Vorteilhaft belegen experimentelle Ergebnisse der Verwendung der bezeichneten Trockenmischung, dass sowohl während der Ausbildung der Geopolymere entstehendes, als auch in der Gesteinskörnung oder als Gesteinskörnung enthaltenes Natriumchlorid die Polymerisationsreaktion zur Ausbildung von Geopolymeren nicht nachweisbar beeinflusst. Die in der vorgeschlagenen Trockenmischung enthaltene Salzgesteinskörnung, je nach Korngrößenverteilung für Salzbeton (Salzgesteinskörnung > 4 mm) und Salzmörtel (Salzgesteinskörnung < 4 mm) ist somit inert gegenüber dem Bindemittel. Zu seiner Aktivierung wird entgegen vorbekannten Methoden (Rezepturen) der Erzeugung von Geopolymeren kein Wasserglas, sondern ausschließlich Wasser benötigt.The proposed dry mix is for the formation of building materials on the basis of traditionally alkali-activated binders (eg known geopolymers), in particular for Production of tight and permanent closure or support structures suitable for final and interim storage in salt deposits. Advantageously, experimental results of the use of the specified dry mixture show that sodium chloride arising during the formation of the geopolymers and also contained in the aggregate or as aggregate does not have a detectable effect on the polymerization reaction for the formation of geopolymers. The salt rock grain contained in the proposed dry mix, depending on the grain size distribution for salt concrete (salt rock grain size> 4 mm) and salt mortar (salt rock grain size <4 mm), is therefore inert to the binding agent. Contrary to previously known methods (recipes) for the production of geopolymers, it does not require water glass to activate it, only water.

Gemäß einer Ausführungsform kommen als SiO2-reiches Material insbesondere Mikrosilica, industrielle Filterrückstände (z. B. aus der Chlorosilanherstellung), biogene Silica (z. B. Reisschalenasche) und geothermale Silica in Frage.According to one embodiment, microsilica, industrial filter residues (e.g. from chlorosilane production), biogenic silica (e.g. rice husk ash) and geothermal silica are particularly suitable as SiO 2 -rich material.

Vorteilhaft können so kostengünstig oder gar zu negativen Kosten erhältliche Reststoffe großtechnischer Prozesse einer sinnvollen Verwendung zugeführt werden.In this way, residues from large-scale industrial processes that are available inexpensively or even at negative costs can advantageously be put to a meaningful use.

Gemäß einer Ausführungsform ist das alkalische Aluminat ausgewählt unter: einem Natriumaluminat (NaAlO2); einem Lithiumaluminat (LiAlO2) und einem Kaliumaluminat (KAlO2).According to one embodiment, the alkaline aluminate is selected from: a sodium aluminate (NaAlO 2 ); a lithium aluminate (LiAlO 2 ) and a potassium aluminate (KAlO 2 ).

Vorteilhaft stehen die benannten Aluminate großtechnisch zur Verfügung und fallen als Nebenprodukte an, beispielsweise beim Bayer-Verfahren zur Aluminiumproduktion und bei der Aluminiumeloxierung, sodass deren Verwertung häufig zu geringen Kosten möglich ist.The aluminates mentioned are advantageously available on an industrial scale and occur as by-products, for example in the Bayer process for aluminum production and in aluminum anodizing, so that their recycling is often possible at low cost.

Ein Anteil der Gesteinskörnung an der Trockenmischung beträgt 30,0-70,0 Masse-%.A proportion of the aggregate in the dry mix is 30.0-70.0% by mass.

Vorteilhaft kann über den bezeichneten Anteil der Salzgesteinskörnung ein Festigkeits- und Verformungsverhalten ähnlich zum umgebenden Muttergestein erzielt werden. Somit können negative Wechselwirkungen zwischen dem Verschlussbauwerk und umgebendem Gebirge minimiert werden. Die zu erwartenden Druckfestigkeiten liegen dabei nach 91 Tagen bei ≥ 20 MPa, betragen beispielsweise ≥ 22 MPa.Advantageously, a strength and deformation behavior similar to that of the surrounding bedrock can be achieved via the specified proportion of salt rock grain. In this way, negative interactions between the sealing structure and the surrounding rock can be minimized. The compressive strengths to be expected are 20 MPa after 91 days, for example 22 MPa.

Gemäß einer Ausführungsform wird die Verwendung der beschriebenen Trockenmischung zum Herstellen eines Verschlussbauwerks oder eines Stützbauwerkes vorgeschlagen, wobei das Verschlussbauwerk und das Stützbauwerk in direktem Kontakt zu einem Salzstock, einem Salinargestein oder einem Grubengebäude einer Salzlagerstätte steht.According to one embodiment, the use of the dry mix described is proposed for producing a sealing structure or a supporting structure, the sealing structure and the supporting structure being in direct contact with a salt dome, a saline rock or a mine building of a salt deposit.

Vorteilhaft haben die erhältlichen Verschluss- und Stützbauwerke neben dem zuvor ausgeführten Festigkeits- und Verformungsverhalten, vor allem eine hohe Dichtigkeit (Luftpermeabilität im trockenen Zustand < 1×10-10 m2) und damit verbunden einen hohem Abschirmungsgrad für endgelagerte Materialien. Die langsam freiwerdende Reaktionswärme begünstigt die Bildung eines dichten und rissfreien Gefüges, da nicht mit Rissbildung auf Grund von thermischer Ausdehnung bei Erhärten und nachträglichen Schwinden durch die Abbindereaktion oder Abkühlung zu rechnen ist. Der Einsatz von Natrium bei den entsprechend hohen pH-Werten der Porenlösung nach der Wasserzugabe stabilisiert NaCl (Steinsalz), bzw. KCl, weshalb nicht zwingend wie bei anderen Materialien mit einer gesättigten Salzlösung an Stelle von Wasser gearbeitet werden muss.Advantageously, in addition to the strength and deformation behavior set out above, the sealing and supporting structures available have, above all, a high level of impermeability (air permeability in the dry state <1 × 10 -10 m 2 ) and, associated with this, a high degree of shielding for stored materials. The slowly released heat of reaction favors the formation of a dense and crack-free structure, since cracking due to thermal expansion during hardening and subsequent shrinkage due to the setting reaction or cooling is not to be expected. The use of sodium at the correspondingly high pH values of the pore solution after the addition of water stabilizes NaCl (rock salt) or KCl, which is why it is not absolutely necessary to work with a saturated salt solution instead of water, as is the case with other materials.

Gemäß einer Ausführungsform wird ein Verfahren zum Verhindern eines Austretens eines Schadstoffes aus einem, eine Öffnung aufweisenden, Hohlraum einer Salzlagerstätte vorgeschlagen, wobei der Schadstoff in dem Hohlraum angeordnet ist. Das vorgeschlagene Verfahren umfasst die Verfahrensschritte:

  • - Bereitstellen einer Trockenmischung wie vorstehend beschrieben;
  • - Anmischen der Trockenmischung mit Wasser oder einer wässrigen Lösung, wobei ein massebezogener Wasser/Bindemittelwert von 0,3 bis 0,6 eingestellt wird, was Wasser/Feststoffwerten von 0,12 bis 0,24 entspricht; und
  • - Verschließen der Öffnung mit der mit Wasser oder der wässrigen Lösung angemischten Trockenmischung.
According to one embodiment, a method for preventing a pollutant from escaping from a cavity of a salt deposit that has an opening is proposed, the pollutant being arranged in the cavity. The proposed method comprises the following steps:
  • - providing a dry mix as described above;
  • - Mixing the dry mixture with water or an aqueous solution, a mass-related water / binder value of 0.3 to 0.6 being set, which corresponds to water / solids values of 0.12 to 0.24; and
  • - Sealing the opening with the dry mixture mixed with water or the aqueous solution.

Vorteile des Verfahrens erwachsen aus dem zuverlässigen Verschluss der bezeichneten Hohlräume (ehemalige Salzbergwerke) zum Verschluss und Abdichtung von Endlagern gegenüber der Umwelt, auf Grund des Festigkeits- und Verformungsverhaltens und der Dichtigkeit des Materials.Advantages of the process arise from the reliable closure of the designated cavities (former salt mines) for the closure and sealing of repositories from the environment, due to the strength and deformation behavior and the tightness of the material.

Gemäß einer Ausführungsform wird vorgeschlagen, das vorstehend beschriebene Verfahren zu verwenden für die Sicherung eines End- oder Zwischenlagers eines (u. U. radioaktiven) Reststoffs in einem Hohlraum einer Salzlagerstätte.According to one embodiment, it is proposed to use the method described above for securing a final or interim storage of a (possibly radioactive) residue in a cavity of a salt deposit.

Bekanntermaßen kommen Salzlagerstätten zur Deponierung bestimmter (u. U. radioaktiver) Reststoffe möglicherweise in Betracht. Vor diesem Hintergrund ermöglicht die vorgeschlagene Verwendung der Trockenmischungen die Errichtung von Stütz- und Verschlussbauwerken in/an End- und Zwischenlagern von gefährlichen Stoffen in Salzlagerstätten.It is known that salt deposits may be used for landfilling certain (possibly radioactive) residues. Against this background, the proposed use of the dry mixes enables the erection of support and closure structures in / on end and Interim storage of hazardous substances in salt deposits.

Die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen können beliebig miteinander kombiniert werden. Die Erfindung ist jedoch nicht auf die konkret beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern kann in geeigneter Weise modifiziert und abgewandelt werden. Es liegt im Rahmen der Erfindung, einzelne Merkmale und Merkmalskombinationen einer Ausführungsform mit Merkmalen und Merkmalskombinationen einer anderen Ausführungsform geeignet zu kombinieren, um zu weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsformen zu gelangen.The embodiments described above can be combined with one another as desired. However, the invention is not limited to the specifically described embodiments, but can be modified and modified in a suitable manner. It is within the scope of the invention to suitably combine individual features and feature combinations of one embodiment with features and feature combinations of another embodiment in order to arrive at further embodiments according to the invention.

Neben wasserfreien Natriumaluminat (NaAlO2) hat auch Hydroxid (NaAl(OH)4) in wässriger Lösung eine große technische Relevanz.In addition to anhydrous sodium aluminate (NaAlO 2 ), hydroxide (NaAl (OH) 4 ) in aqueous solution is also of great technical relevance.

Geopolymere zeichnen sich während der Erhärtung durch eine deutlich langsamere Freisetzung der Reaktionswärme aus als herkömmliche Zemente. Der eigentliche Erhärtungsvorgang (Kondensationsreaktion) findet nahezu ohne das Einbinden von chemisch gebundenem Wasser statt und das Trocknungsschwinden kann über die Rezepturparameter (Salz zu Bindemittel- und Wasser zu Bindemittel- bzw. Wasser zu Feststoff-Verhältnis) minimiert bzw. vermieden werden. Grundsätzlich begünstigen möglichst hohe Salz- und möglichst geringe Wassergehalte das geringe Schwindverhalten.Geopolymers are characterized by a significantly slower release of the heat of reaction than conventional cements during hardening. The actual hardening process (condensation reaction) takes place almost without the binding of chemically bound water and drying shrinkage can be minimized or avoided via the recipe parameters (salt to binder and water to binder or water to solids ratio). Basically, the highest possible salt and the lowest possible water content promote the low shrinkage behavior.

Die Verarbeitungstechnologie ist im Prinzip gleich wie für normalen Beton, insofern ist eine technische Umsetzbarkeit ohne hohe Zusatzinvestitionen gegeben.In principle, the processing technology is the same as for normal concrete, so it can be technically implemented without high additional investments.

FigurenlisteFigure list

  • 1 zeigt Resultate der Röntgenbeugungsanalyse (eng. X-Ray Diffraction; XRD) an zwei verschiedenen Salzmörteln, basierend auf einkomponentigen alkaliaktivierten Bindemitteln. 1 shows the results of the X-ray diffraction (XRD) analysis on two different salt mortars, based on one-component alkali-activated binders.
  • 2 zeigt eine Platte des erfindungsgemäß beschriebenen alkaliaktivierten Salzbetons mit einem molaren SiO2/Al2O3-Verhältnis von 6 im Bindemittel, einem massebezogenem Verhältnis Wasser: Bindemittel = 0,5 und einem massebezogenen Verhältnis Bindemittel: Salz = 1:2 und einer Druckfestigkeit von 22 MPa nach 91 Tagen Lagerung bei 23°C und 50% relativer Luftfeuchtigkeit in einem Lagerraum mit Klimasteuerung. Die Salzkörnung (NaCl) besteht zu je 50 M.-% aus einem gröberen Anteil (d ≤ 4 mm) und einem feineren Anteil (d ≤1 mm). 2 shows a plate of the alkali-activated salt concrete described according to the invention with a molar SiO 2 / Al 2 O 3 ratio of 6 in the binder, a mass-related ratio of water: binder = 0.5 and a mass-related ratio of binder: salt = 1: 2 and a compressive strength of 22 MPa after 91 days of storage at 23 ° C and 50% relative humidity in a storage room with climate control. The salt grain (NaCl) consists of 50 mass% each of a coarser part (d ≤ 4 mm) and a finer part (d ≤ 1 mm).
  • 3 zeigt einen Würfel desselben alkaliaktivierten Salzbetons mit einem massebezogenen Verhältnis Bindemittel: Salz = 1:2 und einer Druckfestigkeit von 22 MPa nach 91 d Lagerung bei 23°C und 50% relativer Luftfeuchtigkeit. 3 shows a cube of the same alkali-activated salt concrete with a mass-related ratio of binder: salt = 1: 2 and a compressive strength of 22 MPa after 91 d storage at 23 ° C. and 50% relative humidity.
  • 4 zeigt einen Zylinder des alkaliaktivierten Salzbetons mit einem molaren SiO2/Al2O3-Verhältnis von 6 im Bindemittel, einem massebezogenem Verhältnis Wasser: Bindemittel = 0,5 einem massebezogenen Verhältnis Bindemittel: Salz = 1:2 und einer Druckfestigkeit von 10 MPa nach 28 Tagen Lagerung bei 23°C und 50% relativer Luftfeuchtigkeit in einem Lagerraum mit Klimasteuerung. Die Salzkörnung besteht vollständig aus groben NaCl (d ≤4 mm) 4th shows a cylinder of alkali-activated salt concrete with a molar SiO 2 / Al 2 O 3 ratio of 6 in the binder, a mass-related water: binder ratio = 0.5, a mass-related binder: salt ratio = 1: 2 and a compressive strength of 10 MPa 28 days of storage at 23 ° C and 50% relative humidity in a storage room with climate control. The salt grain consists entirely of coarse NaCl (d ≤4 mm)

Detaillierte BeschreibungDetailed description

Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, SiO2-reiche Ausgangsstoffe (z.B. Mikrosilica, biogene Reisschalenasche, industrielle Filterrückstände aus der Chlorosilanherstellung, geothermale Silica, also aus geothermalen Flüssigkeiten ausgefälltes SiO2) mit alkalischen Aluminaten, insbesondere mit Natriumaluminat, zu vermischen und unter Verwendung einer NaCl-haltigen Gesteinskörnung und Wasser einen alkaliaktivierten (Geopolymer)-Baustoff auszubilden, der die eingangs genannten Anforderungen erfüllt.According to the invention, it is proposed to mix SiO 2 -rich starting materials (e.g. microsilica, biogenic rice husk ash, industrial filter residues from chlorosilane production, geothermal silica, i.e. SiO 2 precipitated from geothermal liquids) with alkaline aluminates, in particular with sodium aluminate, and to use an NaCl-containing one Aggregates and water to form an alkali-activated (geopolymer) building material that meets the requirements mentioned above.

Das molare SiO2/Al2O3-Verhältnis (X), dem dabei eine Schlüsselrolle zukommt, kann hierbei in einem weiten Rahmen 2 < X ≤ 10 mol/mol variiert werden. Der Wasser/Feststoff Wert ist auf 0,12 (w/b = 0,3) bis 0,24 (w/b = 0,6), beispielsweise auf 0,15 bis 0,2, zu begrenzen.The molar SiO 2 / Al 2 O 3 ratio (X), which plays a key role here, can be varied within a wide range 2 <X ≤ 10 mol / mol can be varied. The water / solids value is to be limited to 0.12 (w / w = 0.3) to 0.24 (w / w = 0.6), for example to 0.15 to 0.2.

zeigt im oberen Bildteil (A) einen Ausschnitt aus dem Diffraktogramm der Röntgenbeugungsanalyse eines Salzmörtels mit hohem Al-Gehalt (SiO2/Al2O3 = 2 mol/mol). Im unteren Bildteil (B) sind betreffende XRD Resultate für einen Salzmörtel mit hohem Si-Gehalt (SiO2/Al2O3 = 6 mol/mol) gezeigt. In den gezeigten Ausschnitten belegt der mit „g“ gekennzeichnete Peak das Vorhandensein von Gibbsit, der mit „q“ bezeichnete Peak kennzeichnet das Quarz zuzuordnende Signal. „NaCl“ kennzeichnet durch Halit bedingte Signale. Die Ergebnisse belegen, dass in der Rezeptur eingesetzte halitische Gesteinskörnung (NaCl) nach einer 56 tägigen Erhärtung bei 23 °C und 50 % relativer Luftfeuchtigkeit weiter vorliegt. shows in the upper part of the picture (A) a section from the diffractogram of the X-ray diffraction analysis of a salt mortar with a high Al content (SiO 2 / Al 2 O 3 = 2 mol / mol). The lower part of the picture (B) shows the relevant XRD results for a salt mortar with a high Si content (SiO 2 / Al 2 O 3 = 6 mol / mol). In the excerpts shown, the peak marked with “g” indicates the presence of gibbsite, the peak marked with “q” marks the signal to be assigned to quartz. “NaCl” indicates signals caused by halite. The results show that the halitic aggregates (NaCl) used in the recipe are still present after 56 days of hardening at 23 ° C and 50% relative humidity.

Untersuchungen zu weiteren technischen Anwendungen (z.B. hinsichtlich der Anwendung als säurebeständige Instandsetzungsmörtel oder als Feuerfestmaterialien) der hier beschriebenen alkaliaktivierten Bindemittel haben gezeigt, dass in dem beschriebenen hochalkalischen Milieu, das nach Wasserzusatz zu Aluminaten vorliegt, und Verwendung von Halit als Gesteinskörnung bei hohem Natriumgehalt der Aluminate Chloride der SiO2-reichen Ausgangsmaterialien als NaCl ausgefällt werden.Investigations into further technical applications (e.g. with regard to the use as acid-resistant repair mortar or as refractory materials) of the alkali-activated binders described here have shown that in the described highly alkaline environment, which is present after the addition of water to aluminates, and the use of halite as aggregate with a high sodium content of the aluminates Chlorides of the SiO 2 -rich starting materials are precipitated as NaCl.

Dieser Umstand erklärt die beobachtete Stabilität des als Gesteinskörnung verwendeten Mineralsalzes (Halit), auch ohne den Einsatz von gesättigten NaCl-Lösungen an Stelle von Wasser.This fact explains the observed stability of the mineral salt (halite) used as aggregate, even without the use of saturated NaCl solutions instead of water.

AusführungsbeispieleEmbodiments

Erfindungsgemäß dient eine Geopolymerbindemittelmatrix in der Verbindung mit Salzgestein als Sand bzw. Gesteinskörnung als Basis für massige Bauwerke, die rissfrei erhärten.According to the invention, a geopolymer binder matrix in connection with salt rock serves as sand or aggregate as a basis for massive structures that harden without cracks.

Für eine beschleunigte Erhärtung ist eine initiale Wärmebehandlung vorteilhaft. Eine langsame Erhärtung bei niedrigeren Temperaturen (z. B. 23 °C) kann je nach gewünschten Eigenschaften weitere Vorteile aufweisen, insbesondere frei sein von jeglichen makroskopischen Rissen. Mörtel mit einem Verhältnis SiO2/Al2O3 = 6 mol/mol im Bindemittel, einem Verhältnis Salz/Bindemittel von 2 g/g und einem Wasser/Bindemittelwert (w/b) von 0.5 g/g erreichen eine Würfeldruckfestigkeit von ca. 10 MPa in einem Alter von 28 Tagen. Die Festigkeit wird im Anschluss bis zu einem Alter von 91 Tagen mehr als verdoppelt und erreicht Werte bis 22 MPa (Bestimmung der Würfeldruckfestigkeit nach DIN EN 12390-3:2001). Gleichzeitig zeichnen sich die langsam erhärteten Proben durch eine hohe Dichtigkeit aus. Im Exsikkator getrocknete Proben (Lagerung über getrocknetem Silicagel bei 23 °C) weisen ohne weitere Optimierung einen Permeabilitätskoeffizienten von 1,10 × 10-17 m2 auf. Eine langsame Reaktion führt zudem zu einer nur langsam freigesetzten Reaktionswärme und verhindert vorteilhaft unerwünschte thermische Verformungen, sodass die Ausbildung makroskopischer Risse oder eine Rissweitenzunahme zuverlässig ausgeschlossen werden kann.An initial heat treatment is advantageous for accelerated hardening. A slow hardening at lower temperatures (e.g. 23 ° C) can have further advantages depending on the desired properties, in particular being free of any macroscopic cracks. Mortars with a SiO 2 / Al 2 O 3 ratio = 6 mol / mol in the binder, a salt / binder ratio of 2 g / g and a water / binder value (w / b) of 0.5 g / g achieve a cube compressive strength of approx. 10 MPa at 28 days of age. The strength is then more than doubled up to an age of 91 days and reaches values of up to 22 MPa (determination of the cube compressive strength according to DIN EN 12390-3: 2001). At the same time, the slowly hardened samples are characterized by a high level of impermeability. Samples dried in the desiccator (stored over dried silica gel at 23 ° C.) have a permeability coefficient of 1.10 × 10 -17 m 2 without further optimization. A slow reaction also leads to the heat of reaction being released only slowly and advantageously prevents undesired thermal deformations, so that the formation of macroscopic cracks or an increase in crack width can be reliably excluded.

Der beschriebene Syntheseweg der einkomponentigen alkaliaktivierten Bindemittel (Geopolymere), das heißt die Synthese aus den festen Ausgangsstoffen Silica und Alumina sowie Wasser generiert eine höhere soziale und ökonomische Akzeptanz, als für die klassischen zweikomponentigen alkaliaktivierten Bindemittel. Dabei werden alumosilicatische Ausgangsstoffe (z. B. Metakaolin, Flugasche) mit hochalkalischen Lösungen (z.B. Natriumhydroxid oder Natriumsilicat-Lösungen) aktiviert.The described synthesis route of the one-component alkali-activated binders (geopolymers), i.e. the synthesis from the solid starting materials silica and alumina as well as water generates a higher social and economic acceptance than for the classic two-component alkali-activated binders. Here, aluminosilicate raw materials (e.g. metakaolin, fly ash) are activated with highly alkaline solutions (e.g. sodium hydroxide or sodium silicate solutions).

Zusammenfassend wird die Erzeugung von neuartigen Salzmörteln und -betonen auf der Basis von einkomponentigen alkaliaktivierten Bindemitteln (Geopolymeren) aus (Silica-)SiO2-reichen Ausgangsstoffen und alkalischen Aluminaten, insbesondere Natriumaluminat, zur Herstellung von nahezu schwindungsfreien und damit rissfreien Bauteilen großen Volumens/Masse unter Verwendung von Salzgesteinskörnung vorgeschlagen. Der resultierende Salzmörtel bzw. Salzbeton ist auf Grund seiner niedrigen Permeabilität bei guten mechanischen Kennwerten potentiell als Baustoff für Verschlussbauwerke von Endlagern im Salzgestein geeignet. Die Verarbeitung kann dabei unter Einsatz von konventioneller Technik erfolgen, weshalb keine zusätzlichen Anpassungskosten anfallen.In summary, the production of new types of salt mortars and concretes on the basis of one-component alkali-activated binders (geopolymers) made from (silica) SiO 2 -rich starting materials and alkaline aluminates, especially sodium aluminate, for the production of almost shrinkage-free and therefore crack-free components of large volume / mass proposed using salt rock grain. The resulting salt mortar or salt concrete is, due to its low permeability and good mechanical properties, potentially suitable as a building material for sealing structures for repositories in salt rock. The processing can be done using conventional technology, which is why there are no additional adjustment costs.

Kurz zusammengefasst bietet die vorgeschlagene Lösung die folgenden Vorteile:

  • 1. Geopolymer
  • 2. Salzgesteinskörnung
  • 3. Salzsand
  • 4. Verschlussbauwerke
  • 5. Stützbauwerke
  • 6. Rissfreie Erhärtung ― kein chemisches Schwinden bei geringster Wärmeentwicklung
  • 7. Wenig bzw. kein chemisch gebundenes Wasser
  • 8. Permeabilität
  • 9. Trocknungsschwinden
  • 10. Dauerhaftigkeit
In a nutshell, the proposed solution offers the following advantages:
  • 1. geopolymer
  • 2. Salt rock grain
  • 3. Salt sand
  • 4. Lock structures
  • 5. Support structures
  • 6. Crack-free hardening - no chemical shrinkage with the slightest heat development
  • 7. Little or no chemically bound water
  • 8. Permeability
  • 9. Drying shrinkage
  • 10. Durability

Claims (8)

Trockenmischung zum Erhalt eines alkaliaktivierten Geopolymer-Salzbetons und/oder eines Geopolymer-Salzmörtels, bestehend aus: - einem Bindemittel, wobei das Bindemittel ein silicahaltiges Material und ein alkalisches Aluminat umfasst; und - einer Salzgesteinskörnung, ausgewählt unter Halit und Sylvin; wobei im Bindemittel ein molares Verhältnis von SiO2 zu Al2O3, ausgedrückt in mol/mol, 2,0 bis 10,0 beträgt und ein Anteil der Salzgesteinskörnung an der Trockenmischung 30,0 - 70,0 Masse-% beträgt.Dry mix for obtaining an alkali-activated geopolymer salt concrete and / or a geopolymer salt mortar, consisting of: a binder, the binder comprising a silica-containing material and an alkaline aluminate; and - a salt rock grain selected from halite and sylvine; wherein in the binder a molar ratio of SiO 2 to Al 2 O 3 , expressed in mol / mol, is 2.0 to 10.0 and a proportion of the salt rock grain in the dry mixture is 30.0-70.0% by mass. Trockenmischung nach Anspruch 1, wobei das molare Verhältnis von SiO2 zu Al2O3 3,5 bis 6,0 beträgt.Dry mix after Claim 1 , the molar ratio of SiO 2 to Al 2 O 3 being 3.5 to 6.0. Trockenmischung nach Anspruch 1 oder 2, wobei das silicahaltige Material ausgewählt ist unter: Mikrosilica, einem industriellen Filterrückstand, einer biogenen Silica und/oder einer geothermalen Silica.Dry mix after Claim 1 or 2 , wherein the silica-containing material is selected from: microsilica, an industrial filter residue, a biogenic silica and / or a geothermal silica. Trockenmischung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das alkalische Aluminat ausgewählt ist unter: Natriumaluminat NaAlO2; Lithiumaluminat LiAlO2 und einem Kaliumaluminat KAlO2.Dry mix according to one of the Claims 1 until 3 , the alkaline aluminate being selected from: sodium aluminate NaAlO 2 ; Lithium aluminate LiAlO 2 and a potassium aluminate KAlO 2 . Verwendung der Trockenmischung gemäß zumindest einem der Ansprüche 1 bis 4 zum Herstellen eines Verschlussbauwerks oder eines Stützbauwerks, wobei das Verschlussbauwerk und das Stützbauwerk in direktem Kontakt zu einem Salzstock, einem Salinargestein und/oder einem Grubengebäude einer Salzlagerstätte steht.Use of the dry mix according to at least one of Claims 1 until 4th for the construction of a sealing structure or a supporting structure, the sealing structure and the supporting structure in direct contact with a salt dome, a saline rock and / or a mine building of a salt deposit. Verfahren zum Verhindern eines Austretens eines Schadstoffes aus einem, eine Öffnung aufweisenden Hohlraum einer Salzlagerstätte, wobei der Schadstoff in dem Hohlraum angeordnet ist, umfassend: - Bereitstellen einer Trockenmischung nach zumindest einem der Ansprüche 1-4; - Anmischen der Trockenmischung mit Wasser oder einer wässrigen Lösung, wobei ein Wasser/Feststoffwert von 0,12 bis 0,24, entsprechend einem w/b-Wert von 0,3 bis 0,6 eingestellt wird; und - Verschließen der Öffnung mit der mit Wasser oder der wässrigen Lösung angemischten Trockenmischung.Method for preventing a pollutant from escaping from a cavity of a salt deposit having an opening, the pollutant being arranged in the cavity, comprising: - providing a dry mixture according to at least one of the Claims 1 - 4th ; Mixing the dry mixture with water or an aqueous solution, setting a water / solids value of 0.12 to 0.24, corresponding to a w / b value of 0.3 to 0.6; and sealing the opening with the dry mixture mixed with water or the aqueous solution. Verwendung eines Verfahrens gemäß Anspruch 6 zum Sichern eines End- oder Zwischenlagers für einen Reststoff in einem Hohlraum einer Salzlagerstätte.Use of a method according to Claim 6 to secure a final or interim storage facility for a residue in a cavity of a salt deposit. Verwendung gemäß Anspruch 7, wobei der Reststoff ein radioaktiver Reststoff ist.Use according to Claim 7 , the residue being a radioactive residue.
DE102019114416.7A 2019-05-29 2019-05-29 Dry mix for obtaining an alkali-activated geopolymer salt concrete and / or a geopolymer salt mortar and use, method for preventing a pollutant from escaping from a cavity of a salt deposit which has an opening, and use of the method Active DE102019114416B4 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102019114416.7A DE102019114416B4 (en) 2019-05-29 2019-05-29 Dry mix for obtaining an alkali-activated geopolymer salt concrete and / or a geopolymer salt mortar and use, method for preventing a pollutant from escaping from a cavity of a salt deposit which has an opening, and use of the method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102019114416.7A DE102019114416B4 (en) 2019-05-29 2019-05-29 Dry mix for obtaining an alkali-activated geopolymer salt concrete and / or a geopolymer salt mortar and use, method for preventing a pollutant from escaping from a cavity of a salt deposit which has an opening, and use of the method

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE102019114416A1 DE102019114416A1 (en) 2020-12-03
DE102019114416B4 true DE102019114416B4 (en) 2021-10-07

Family

ID=73264701

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102019114416.7A Active DE102019114416B4 (en) 2019-05-29 2019-05-29 Dry mix for obtaining an alkali-activated geopolymer salt concrete and / or a geopolymer salt mortar and use, method for preventing a pollutant from escaping from a cavity of a salt deposit which has an opening, and use of the method

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102019114416B4 (en)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102020134133A1 (en) 2020-12-18 2022-06-23 Technische Universität Bergakademie Freiberg, Körperschaft des öffentlichen Rechts Residue-based composition for the production of a lightweight geopolymer brick; Geopolymer lightweight stone, as well as a method for its production and its use
AU2022262661A1 (en) * 2021-04-23 2023-11-09 Material. Evolution Ltd. Alkaline activated cement precursor forming cementitious dry and wet mixture, methods and systems

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20120024196A1 (en) 2009-01-22 2012-02-02 The Catholic University Of America Tailored geopolymer composite binders for cement and concrete applications

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20120024196A1 (en) 2009-01-22 2012-02-02 The Catholic University Of America Tailored geopolymer composite binders for cement and concrete applications

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
GREISER, S.: NMR-Untersuchungen zum Reaktionsprozess von One-part Geopolymeren, unv. Diss., Humboldt-Universität zu Berlin, 2018.

Also Published As

Publication number Publication date
DE102019114416A1 (en) 2020-12-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Alsaif Utilization of ceramic waste as partially cement substitute–A review
US7537655B2 (en) Slag concrete manufactured aggregate
EP2404885B1 (en) New construction material mixtures
EP2313352B1 (en) Galvanic metal anode embedded in a hydraulic binder comprising a latent-hydraulic alumosilicate glass and an alkaline activator
EP3415481A1 (en) Composite cement and method of manufacturing composite cement
WO2010006987A1 (en) Siliceous building material mixture
Maghsoodloorad et al. Efflorescence formation and control in alkali-activated phosphorus slag cement
DE202010010080U1 (en) New building material mixtures
DE102019114416B4 (en) Dry mix for obtaining an alkali-activated geopolymer salt concrete and / or a geopolymer salt mortar and use, method for preventing a pollutant from escaping from a cavity of a salt deposit which has an opening, and use of the method
Reddy et al. Partial replacement of cement in concrete with sugarcane bagasse ash and its behaviour in aggressive environments
US5928420A (en) Cement composition for alkali-reactive aggregate and for sulphate resistance
DE202012011152U1 (en) Catalyst composition for use in pozzolan compositions
EP4015480A2 (en) Residual material-based composition for the preparation of a geopolymer light stone; geopolymer light stone, method for its preparation and its use
JP3382754B2 (en) Cement composition, hardened cement body using the same, and method for producing the same
DE102013007937B4 (en) Use of a mineral, hydraulic binder in fresh water-containing masses, as well as in mineral, hydraulic dry mortar, in mineral fresh mortar and fresh concrete
DE3049003A1 (en) Hydraulic binder comprising blast furnace slag and calcium sulphate - with alkali(ne earth) cpd. set accelerator and chloride or sulphate as hardener
DE102010061456A1 (en) Producing building material composition, which is provided as part of binder or as part of building material mixture with binding agent, comprises coarse crushing, burning coarsely crushed raw clay materials and finely crushing
WO2022012795A1 (en) Method for producing a building material
EP0540552B1 (en) Process for producing lime hydrate-rich binders for concretes and mortars, and use of the binders thus produced
WO2021185734A1 (en) Process for producing a geopolymer concrete and/or mortar
JP6819740B1 (en) concrete
JP2001122650A (en) Cement admixture and cement composition
US20210094879A1 (en) Self-healing and durable cement paste, mortars, and concretes
DE2953652C1 (en) Hydraulic inorganic mass
Ekaputri et al. An application of Rice husk ash (RHA) and calcium carbonate (CaCO3) as materal for self-healing cement

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed
R016 Response to examination communication
R016 Response to examination communication
R018 Grant decision by examination section/examining division
R020 Patent grant now final