Festigkeit von deponierten Kalisalzrohstoffen

Leitung: Prof. Dr.-Ing. Werner Blümel
Bearbeiter: Dipl.-Ing. Dominik Schäfer
Laufzeit: Abschluss 2009

Einfführung

Abb. 1: Mit REKAL-Asche-Material abgedeckter und begrünter Haldenhang

Der Abraum aus dem Kali- und Salzbergbau wird in Deutschland überwiegend oberirdisch in hügelförmigen Halden abgelagert, deren Höhe bis zu 200 m erreichen kann und deren Böschungen steil geneigt sind. Zwecks Reduktion der niederschlagsbedingten Elution von Salzen und damit verbundenen Gefährdungen sowie zur Verbesserung des Landschaftsbildes sind begrünbare Abdeckungen sinnvoll. Die Ausbildung kostengünstiger, platzsparender, begrünbarer und dauerhaft standsicherer Abdeckungen bei Böschungswinkeln von bis zu 40° ist eine geotechnische Herausforderung. Die Festigkeit des Abdeckmaterials aus REKAL-Asche-Mischungen (REcycling von Kalium und ALuminium), einem salzhaltigen Reststoff aus der Aluminiumherstellung vermengt mit Kraftwerksasche und spezieller Konditionierung, ist die zentrale Fragestellung unserer Untersuchungen. Das Material wird nach ersten Grundsatzuntersuchungen in den neunziger Jahren im Rahmen eines wissenschaftlichen Begleitprogramms unter Beteiligung von Fachleuten und Institutionen der ökologischen Agrarwissenschaften, der Bodenkunde und der Geotechnik in einem Testfeld sowie ab 2003 in situ auf einer rd. 100 m hohen Kali-Abraumhalde in Norddeutschland untersucht.

Bodenmechanische Untersuchungen

Abb. 2: Schematische Darstellung und beispielhafte Ergebnisse eines Flügelscher- und eines Penetrationsversuches

Am REKAL-Asche-Material werden im Hinblick auf die Standsicherheit der Haldenabdeckung verschiedene bodenmechanische Untersuchungen vorgenommen, deren Ziel es ist die Stoffeigenschaften des Materials, insbesondere die Scherfestigkeit abhängig von einfach zu bestimmenden Klassifikationskennwerten (wie beispielsweise vom Wassergehalt) sowie unter Berücksichtigung der Ablagerungsbedingungen bei Einwirkung von Niederschlag, Temperaturänderungen etc., zu beurteilen. Es werden Flügelscher-, Penetrations-, einaxiale Druckversuche und direkte Scherversuche an entnommenen Sonderproben im Labor sowie Flügelscher- und Rammsondierungen in situ an dem Abdeckmaterial durchgeführt.

Abb. 3: Penetrationswiderstand w50 abhängig vom Wassergehalt w

Infolge der Lagerungsdauer bei unterschiedlichen Witterungseinflüssen, die auf das Material einwirken, verändern sich dessen Festigkeitseigenschaften. Hauptsächliche Ursachen hierfür sind die Bildung von Salzkristallen, puzzolanische Reaktionen sowie Dichte- und Wassergehaltsänderungen. Es werden Korrelationsanalysen zwischen Festigkeits- und einfach zu bestimmenden Klassifizierungsparametern, wie Dichte und Wassergehalt, durchgeführt, um ein möglichst einfaches und zuverlässiges Testinstrumentarium für die baubegleitende Kontrolle des Materialverhaltens verfügbar zu machen. Die Abb. 2 und 3 zeigen exemplarisch Ergebnisse derartiger Versuche und Korrelationsanalysen.

Publikationen

[1] Blümel, W., Heinemann, M., Nachtigall, T., Diekmann, R. (2005). Abdeckung von Kalihalden mit Reststoffen zur Begrünung. 2. Symposium Umweltgeotechnik, 29./30. September 2005, Freiberg, Seite 161-174.

[2] Blümel, W., Heinemann, M. et al (seit 1995). Diverse IGBE-Forschungsberichte zum wissenschaftlichen Begleitprogramm. "Abdeckung einer Kalihalde in Norddeutschland".

[3] Blümel, W., Schäfer, D. (2006). Jahresbericht 2006 zu den bodenmechanischen Feld- und Laboruntersuchungen von abgelagertem REKAL-Asche-Material.