Vom Labor in die Praxis


Baustoffe für Tiefenlager müssen hohe Anforderungen erfüllen. In Zusammenarbeit mit der Firma Putzmeister ist dabei ein Durchbruch gelungen.

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Schwach- und mittelaktive Abfälle werden im Tiefenlager in Kavernen eingelagert. Zwischen den Abfallcontainern und der Tunnelwand aus Opalinuston wird als Verfüllmaterial Zement – genauer gesagt Mörtel – eingesetzt. Ein herkömmlicher Mauermörtel wird den Anforderungen in einem Tiefenlager aber nicht gerecht.

Die Abfälle produzieren über Tausende von Jahren Gase, die der Mörtel zwischenspeichern und über das Versiegelungssystem abführen soll. Dazu muss er die entsprechende Durchlässigkeit – in der Fachsprache Permeabilität – aufweisen. Gleichzeitig soll er auch zu einem hohen pH-Wert beitragen. Dieses chemische Milieu ist günstig, um unerwünschte Prozesse wie Korrosion oder mikrobakterielle Aktivitäten zu verlangsamen.

Im Labor hat man mit dem sogenannten Einkornmörtel M1 für all diese Anforderungen eine technische Lösung gefunden. Die Nagra hat sie im Sommer 2023 in Zusammenarbeit mit dem Betonpumpenhersteller Putzmeister in einem Feldversuch getestet. Die Ergebnisse sind vielversprechend: «Der Versuch hat gezeigt, dass wir den Mörtel mit zwei verschiedenen Fördertechniken gut handhaben können», sagt Lukas Martin, Projektleiter Chemische Wechselwirkungen bei der Nagra . Auch die gewünschte Porosität und Permeabilität ist gegeben, wie die herausgebohrten Proben zeigen.

Thorsten Steils, Projektleiter Bau und Umwelt bei der Nagra und ebenfalls an diesem Feldversuch beteiligt, bilanziert: «Wir können bestätigen, dass der Mörtel nicht nur im Labor funktioniert. Wir können auch auf der Baustelle damit arbeiten.»

Thorsten Steils (Zweiter von links) und Lukas Martin (Dritter von links) mit dem Team der Firma Putzmeister beim Feldversuch.

Ein zweiter Mörtel-Meilenstein

Auch im Felslabor Mont Terri werden Antworten darauf gesucht, wie Zementtypen mit dem Opalinuston interagieren. Das Wasser in den Poren des Opalinustons ist pH-neutral. Zement hingegen hat einen pH-Wert von mehr als 12, ist also basisch. Könnte dieser Unterschied zu Problemen an der Tunnelwand im Tiefenlager führen?

2007 wurde im Felslabor Mont Terri das CI-Experiment installiert. CI steht für Cement-Clay Interaction. Im Rahmen dieses Langzeitexperiments interagieren seit Jahren verschiedene Zementtypen mit dem Opalinuston.

Letztes Jahr wurde in diesem Rahmen ein neuartiger Ringspaltmörtel in ein Bohrloch gefüllt. Diesen Mörtel hat die Nagra in Zusammenarbeit mit der Firma Master Builders Solutions entwickelt. Er könnte beim Bau des Tiefenlagers verwendet werden, um die Hohlräume zwischen der Tunnelwand und den Befestigungselementen aus Zement – den sogenannten Tübbingen – zu verschliessen.

Es geht dabei aber nicht nur um die Prüfung eines Baustoffs, das Experiment ist auch sicherheitsrelevant: Die Porenwässer in Ringspaltmörtel und jene in Opalinuston weisen unterschiedliche pH-Werte auf. Als Folge davon könnte eine chemische Wechselwirkung auftreten, bei der sich eine Grenzschicht mit geringerer Durchlässigkeit bildet.

Im Experiment wird unter realistischen Bedingungen untersucht, ob die chemische Störung wirklich nur im Millimeterbereich auftritt – so, wie das Modelle prognostizieren. Erste Resultate sind für 2028 zu erwarten.

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