TY - THES A1 - Mansfeld, Thomas T1 - Das Quellverhalten von Alkalisilikatgelen unter Beachtung ihrer Zusammensetzung T1 - The swelling behaviour of alkali silicate gels considering their composition N2 - Im Rahmen dieser Arbeit wurden über verschiedene Herstellungsverfahren 48 Gelproben erzeugt und auf ihr Quellverhalten untersucht. Dabei wurde eine Wiederholbarkeit der Messungen mit anderen Bearbeitern überprüft und nachgewiesen. Es zeigt sich in den Quellversuchen, dass hohe Alkaligehalte in den Gelproben bei einer niedrigen Löslichkeit (durch geringe Mengen Calcium in der Probe hervorgerufen) hohe Quelldrücke erzeugen. Ein Einfluss des Natrium-Kalium-Verhältnisses (Alkaliverhältnis) auf das Quellverhalten der Gelproben ist nicht zu erkennen. Der Einfluss des Calciums im Gel zeichnet sich deutlich ab, ohne Calcium bauen die Proben keine Quelldrücke auf, bei zu hohen Calciumgehalten entstehen nicht quellfähige Alkali-Calcium-Silikat-Hydrate. Ein quellfähiger Bereich kann von ca. 5 % bis zu ca. 30 % Calciumanteil im Gel angegeben werden. Neben dem Einfluss des Calciumgehaltes auf das Quellverhalten der Gele ist auch ein Einfluss des Alkali-Silika-Verhältnisses in den Proben nachweisbar. Wird dieses Verhältnis in den Proben stark Richtung Kieselsäure verschoben, d. h. niedrige Alkalianteile im Gel, kommt es zu keinen Quellerscheinungen. Somit kann die Wirkung von AKR-vermeidenden Zusätzen (FA, Silika usw.) mit diesen Messungen bestätigt werden. Es kann gezeigt werden, dass die ermittelten Quelldrücke eines Alkalikiesel-Gels ein Gesteinskorn oder/und die umgebende Matrix zerstören können. Aus diesen oben genannten Erkenntnissen wird ein Bereich einer quellfähigen Zusammensetzung eines Gels in einem Dreistoffdiagramm angegeben und es können folgende Schlussfolgerungen gezogen werden: •Ein Quelldruck kann in einem AK-Gel nur bei einer bestimmten Menge an eingebautem Calcium aufgebaut werden. •Diese Quelldrücke können deutlich Werte über 10 N/mm² erreichen. •Die im Beton verwendeten Gesteinskörnungen und auch die sie umschließende Mörtelmatrix können mit Quelldrücken in den hier bestimmten Größenordnungen zerstört werden. •Die bekannten Modelle zur Alkali-Kieselsäure-Reaktion müssen um den Einbau des Calciums in ein entstandenes AK-Gel erweitert werden. N2 - In the context of this work over different manufacturing processes 48 gel samples were produced and examined for their swelling behaviour. A repeatability of the measurements with other editors was examined and proven. It shows up in the swelling tests that high alkali contents in the gel samples produce high swelling pressures. An influence of the sodium potassium relationship (alkali relationship) on the swelling behaviour of the gel samples is not to be recognized. The influence of the calcium in the gel appears clearly, without calcium develops the samples no swelling pressures, with to high calcium contents develops not swelling alkali calcium silicate hydrates. A swelling range can be indicated from approx 5% to approx 30% calcium content in the gel. Apart from the influence of the calcium content on the swelling behaviour of the gels also an influence of the alkali Silika relationship is in the samples provable. If this relationship in the samples is shifted strongly direction silicic acid, i.e. low alkali portions in the gel, it comes to no swelling pressure. Thus the effect of ASR avoiding additives (fly asch, silica etc.) with these measurements can be confirmed. It can be shown that the determined swelling pressures of an alkali silicate gel can destroy a rock grain and/or the surrounding matrix. From these realizations specified above a range of a pourable composition of a gel will be able to do it indicated in a three material diagram and the following conclusions to be pulled: •A swelling pressure can be developed in a alkali silcate gel only with a certain quantity of inserted calcium. •These swelling pressures can reach values over 10 N/mm². •The rock granulations used in the concrete and also the mortar matrix enclosing them can be destroyed with swelling pressures in the orders of magnitude determined here. •The well-known models for alkali silicic acid reaction must be extended by the installation of the calcium into a developed Alkali silcate gel. KW - Alkalilösliche Kieselsäure KW - Beton KW - Quellen KW - Quelldruck KW - Alkali-Kieselsäure-Reaktion KW - Alkali-Kieselsäure-Gel KW - alkali silicate gels KW - swelling KW - alkali silicate reaction Y1 - 2008 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:gbv:wim2-20090106-14572 ER - TY - THES A1 - Samingan, Agus Setianto T1 - An Experimental Study on Hydro-Mechanical Characteristics of Compacted Bentonite-Sand Mixtures N2 - Nuclear and hazardous waste disposal issues have become universal issues and problems related to the final disposal of these waste including finding a suitable site, natural and engineered barriers used, construction of the repository, long-term performance assessment have gained increasing attention all over the world. High-level radioactive and hazardous waste are required to be buried in deep geological repositories. In Germany, the ongoing researches have assessed the suitability of salt-stone formation in the country as a host rock candidate for its nuclear waste repository. Bentonite-based materials have been proposed to be used as sealing and buffer elements for the nuclear waste repository. Several hydro-mechanical processes will take place in the field and influence behaviour of the sealing and buffer elements of the repository. In this dissertation, a study on the hydro-mechanical characterisation of bentonite-sand mixtures is presented. Mixtures of a calcium-type bentonite, named Calcigel, and quartz sand were used in the investigation. Series of experiments including basic and physico-chemical characterisation, microstructure and fabric studies, suction and swelling pressure measurements, wetting and drying test, one-dimensional compression-rebound test, one-dimensional cyclic wetting-drying test under constant vertical stress, and saturated permeability test were conducted. The experimental data obtained are analysed and several characteristics of the material are brought out in this dissertation. Conclusions regarding basic behaviour of the materials are drawn based on the results of microstructure and fabric studies. Factors influencing the magnitude of suction and swelling pressure of the materials are outlined and discussed. The suction-induced compression and rebound characteristics of the material are described. The wetting and drying behaviour as influenced by the material boundary conditions are discussed. Permeability characteristics of the materials are examined based on several available permeability models. Several mechanical and hydraulic parameters that can be used in modelling using some available constitutive modelling approaches are derived based on the experimental data. At the end, conclusions regarding the hydro-mechanical characteristics of the materials are drawn and suggestions for future studies are made. N2 - Die (End-) Verwahrung von hoch toxischem chemischen und radioaktiven Abfällen hat aktuell weltweit an Bedeutung gewonnen und insbesondere Fragen bezüglich der „optimalen Einlagerung“, der Art der Versiegelung, die Konstruktion der Endlagerstätten sowie das Verhalten während „langer“ Zeiträume, sind Schwerpunkte der Forschung. Hoch radioaktive und chemische Abfälle sollen in der Mehrzahl der Konzepte in Kanistern versiegelt und unterirdisch in großer Tiefe in geeigneten geologischen Schichten gelagert werden. Aktuelle Forschungen in Deutschland haben ergeben, dass z.B. Salz-Gestein ein zuverlässiger Wirtsgesteins-Kandidat für die sicher Endlagerung des radioaktiven Abfalls ist. Bentonit basierendes Material wird derzeit als Versiegelung bzw. als Puffermaterial für hoch toxisches und radioaktives Abfallmaterial genutzt. Komplexe, gekoppelte hydromechanische Prozesse beeinflussen das Verhalten der Versiegelung sowie die Pufferwirkung der Endlagerstätte. In der vorliegenden Dissertation wird eine Studie über die hydromechanischen Eigenschaften von Betonit- Sand-Gemischen dargestellt. Die untersuchten Mischungen bestehen aus unterschiedlichen Anteilen von Kalzium-Bentonit, das so genannte Calcigel, und Quarzsand. Porosimetrieuntersuchungen und Studien mit dem ESEM ergaben Aufschluss über die Struktur und die physikalisch-chemischen Kennwerte des Gefüges auf der Mikroskala. Auf der Makroskala wurde u.a. die Saugspannungs-Wassergehaltsbeziehung der Gemische untersucht. Außerdem wurden zyklische Trocknungs- und Bewässerungsversuche, Kompressionsversuche im Ödometergerät und gesättigte Permeabilitätsversuche durchgeführt. Der Quelldruck und das Quellpotential wurden für unterschiedliche Belastungspfade untersucht. Die erzielten experimentellen Ergebnisse wurden im Rahmen der zu Grunde liegenden theoretischen Modelle ausgewertet und interpretiert. Wegweisende Erkenntnisse der Arbeit beziehen sich auf die Saugspannungs-Wassergehaltsbeziehung für unterschiedliche Versuchsrandbedingungen (freie Volumenänderung versus vollständig behinderte Volumenänderung) und die Entwicklung des Quelldrucks in Abhängigkeit der Saugspannung. Die erzielten Ergebnisse wurden zur Kalibrierung von zwei unterschiedlichen konstitutiven Ansätzen benutzt. Zusätzlich durchgeführte Versuche konnten abschliessend erfolgreich simuliert werden. T2 - Eine experimentelle Untersuchung zu den hydromechanischen Eigenschaften von verdichteten Bentonit-Sandmischungen KW - hydro-mechanics KW - unsaturated soils KW - bentonite-sand mixtures KW - suction KW - swelling KW - Hydromechanik KW - teilgesättigte Böden KW - Bentonit-Sandgemische KW - Saugspannung KW - Quellen KW - hydro-mechanics KW - unsaturated soils KW - bentonite-sand mixtures KW - suction KW - swelling Y1 - 2005 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:gbv:wim2-20051007-7082 ER -