„nachhaltige technologien 04 | 2024"

Fertigteilbauweise Das statische Konzept von unterirdischen Betontank- wärmespeichern besteht darin, große, gekrümmte UHPC-Betonfertigteilelemente vertikal und horizon- tal vorzuspannen, um den Beanspruchungen aus Wasserdruck und Temperaturbelastungen standzu- Hochleistungsbeton für Tankwärmespeicher Im Forschungsprojekt TESconcrete wird die Material- entwicklung von Ultra-Hochleistungsbetonen (UHPC) für den Einsatz in Tankwärmespeichern, der zugehö- rige Ingenieurbau sowie die Fertigteilentwicklung untersucht. Bei der Materialentwicklung durch die Smart Mine- rals GmbH wird neben den hohen Druckfestigkeiten des Ultra-Hochleistungsbetons (150 bis 200 MPa) besonderes Augenmerk auf die Reduktion des Poren- raums gelegt, da die Verringerung des Porenraums eine druckdichte Heißwasser-Barriere für das Spei- chermedium Wasser ermöglicht. Durch den Einsatz von Feinstfüllern, optimierten Zementgehalten und einer angepassten Kornzusammensetzung wird diese druckdichte Heißwasser-Barriere erreicht. Eine Wärmebehandlung von UHPC nach dem Ausschalen kann die Porosität zusätzlich verringern und die Materialfestigkeit weiter erhöhen 2 . Durch das dadurch erzielte dichte Gefüge werden Wasserverluste ver- ringert und zusätzliche Abdichtungsmaßnahmen wie beispielsweise Edelstahlliner können entfallen. Um den Einsatz ohne Abdichtungsmaßnahmen zu gewähr- leisten wurde ein umfassendes Vorprüfprogramm durchgeführt, wie beispielsweise Frischbetonprüfun- gen, Alkali-Kieselsäurereaktionstests, Wärmeaus- dehnungsprüfungen sowie das Untersuchungen des Schwindverhaltens des UHPC. Abbildung 1: Druck- und Biegezugfestigkeit des GWS-UHPC (Ultrahochleistungsbeton für Großwärmespeicher) in Abhängigkeit der Nachbehandlungstemperatur. Die Zunahme der Druck- und Biege- zugfestigkeit weist auf eine Änderung des Gefüges und eine Zunahme der Dichtigkeit der Betone mit der Nachbehandlungstemperatur hin Quelle: Smart Minerals GmbH Festigkeit (MPa) Temperatur Nachbehandlung (°C) Druckfestigkeit Biegezugfestigkeit 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 160 120 80 40 0 Konventionelle Druckfestigkeitsklassen (C20/25 bis C30/37) halten. Der Anschluss zur Bodenplatte wird weitest- gehend gelenkig ausgebildet, um die Spannungen aus lokalen Schalenbiegemomenten auszugleichen. Die Fertigteilentwicklung erfordert ein komplexes Schalungsbauverfahren, bei dem höchste Präzision und die Einhaltung enger Toleranzen gefordert wird. Eine wesentliche Herausforderung ist die erforderli- che 24-stündige Wassernachbehandlung bei 60 °C. Die Dichtung in den Elementstößen erfolgt mit speziellen verdeckten Schlauchdichtungen. Durch die integrierten Kammern passt sich der Schlauch je nach anliegendem Druck flexibel an die Innenwände der Hohlkehle an und gewährleistet so eine optimale Dichtheit. Zudem ist die EPDM-Schlauchkammer- dichtung thermisch belastbar und hält auch hohen Temperaturen stand, was sie besonders widerstands- fähig und vielseitig einsetzbar macht. Wechselwirkungen mit dem Untergrund Neben der Entwicklung der Fertigteilbauweise wird im Zuge des Projektes auch die Interaktion zwischen dem GWS und dem Untergrund betrachtet. Besonderer Fokus liegt dabei einerseits auf der Entkopplungsebene zwischen den Fertigteilen und der Baugrubensicherung sowie der Aufstandsfläche des GWS. Ein umlaufender Luftspalt ermöglicht Wartungs- und Instandhaltungsmaßnahmen und verringert außerdem die Wärmeabgabe an die Umgebung. An der Aufstandsfläche werden die Einflüsse aus dem Untergrund wie die Gründung zur Setzungsreduktion oder der Auftrieb untersucht. Zudem ist die Interakti- on zwischen dem Speicher und dem Boden bzw. dem Grundwasser Untersuchungsgegenstand, um eine unzulässige thermische Beeinflussung 3 zu verhindern. Dazu kommen numerische Modelle zum Einsatz, welche sowohl die geotechnischen als auch thermo- dynamischen Effekte entsprechend abbilden können. Abbildung 2: Vorgespannte Ultrahochleistungsbeton (UHPC)-Fertigteile mit Wärmedämmung, Vertikalschnitt Quelle: Wörle Sparowitz Ingenieure Ziviltechniker GmbH Geländeoberkante Abdeckung Speichermedium Wasser Baugrubensicherung Luftspalt für Wartungszwecke Vorgespannte UHPC Fertigteile mit Wärmedämmung Bodenplatte mit Drainage