Projekt 29617/01

Untersuchungen zur Möglichkeit, den chemischen Angriff von Bauteilen der Biogasanlagen durch den Einsatz optimierter mineralischer Faserverbund-werkstoffe zu reduzieren und Entwicklung eines entsprechenden Betons

Projektträger

MFPA Leipzig GmbH Gesellschaft für Materialforschung und Prüfungsanstalt für das Bauwesen Leipzig mgH
Hans-Weigel-Str. 2b
04319 Leipzig
Telefon: 0341/65 82-186

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Die Berechnung des Bedarfs an Wasser, Strom, Wärme und Chlorgas und die daraus resultierenden jährlichen Betriebskosten zeigen die Einsparpotenziale am Beispiel der Rutschenanlage deutlich auf.
Hier werden neben der Reduzierung von jährlich 63.510 kg CO2 auch die Betriebskosten (Netz- und Abwasser – Strom – Wärme – Chemikalien) um rund 41.000,- €/a und die Investitionskosten (Bau + TGA) um 138.000,- € gemindert. Die Vergleichsrechnung zeigt deutlich den ökologischen und ökonomischen Vorteil von Kombinationen Unterdruckfiltern mit vorgeschalteten Trommel- bzw. Scheibenfiltern gegenüber konventionellen Drucksandfiltern auf.



Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenDie in Biogasfermentern ablaufenden Schädigungsprozesse wurden an bereits im Vorfeld eingelagerten Materialproben analysiert. Zusätzlich wurde exemplarisch eine bereits geschädigte Fahrsiloanlage in-situ (vor Ort) sowie durch die Entnahme von Betonproben in Form von Bohrkernen ex-situ (im Labor) hin-sichtlich der abgelaufenen Schädigungsprozesse untersucht. Es wurden Methoden aus dem Bereich der Mikrobiologie zur Charakterisierung der Mikroorganismen und der Materialwissenschaft zur Analyse der sich veränderten Materialien eingesetzt.
Im zweiten Schritt wurden aus alkalisch-aktivierten-Bindemitteln Betone bzw. Faserbetone mit u.a. einem sehr hohen Säurewiderstand entwickelt. Die Systeme unterscheiden sich durch die Wahl der Ausgangs-stoffe und deren Wirkungsprinzipien grundlegend von gängigen Beton unter Verwendung von Nor-malzementen nach DIN EN 197-1:11.2004.



Ergebnisse und Diskussion

Das in der Fahrsiloanlage eingelagerte Substrat besitzt spez. bei regenreichen Perioden und bei hohen Einbauhöhen hochkonzentrierte organische Säuren (pH<4,0). Der auf das Bauwerk einwirkende chemi-sche Angriff wird durch die regelmäßige Abrasion zusätzlich verstärkt. Das eingesetzte Beschichtungs-system bietet für einen derartigen Angriff keinen ausreichend Schutz. Ein lösender Angriff auf die Betone ist die Folge. In Fermenter, in den intern mit Luftsauerstoff entschwefelt wird, entsteht durch chemische/mikrobiologische Oxidationsprozesse Schwefelsäure (pH<3,8). Sofern das eingesetzte Beschichtungssystem auf Grund thermischer in Kombination mit mechanischen Prozessen beschädigt wird, kommt es zu einem treibenden und lösenden Betonangriff.

Durch eine alkalische und ggf. thermische Aktivierung von Sekundärrohstoffen wie Flugaschen und Hüt-tensanden gelang die Herstellung von Bindemitteln, mit denen Betone und Faserbetone entwickelt wer-den konnten. Diese Betone zeichnen sich durch u.a. durch einen sehr hohen Säurewiderstand und aus-reichend rheologische sowie mechanischen Eigenschaften aus.



Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Die Ergebnisse der interdisziplinären Schadensanalyse wurden im Rahmen des Promotionsvorhabens von Herr Dr. Andreas KÖNIG verwendet und am 01.02.2013 öffentlich am Institut für Mineralogie, Kris-tallographie und Materialwissenschaft verteidigt sowie am 24.09.2013 im DBV-Arbeitskreis „Chemischer Angriff auf Beton“ vorgestellt


Fazit

Auf Grundlage der interdisziplinären Schadensanalyse konnte das anlagenspezifische Schädigungspo-tential bewertet und Hinweise zur zukünftigen Schadensminderung (durch Veränderung der Anlagenbe-dingungen) gegeben werden.

Flugaschen in ggf. Kombination mit Hüttensanden können durch alkalische und ggf. thermische Aktivie-rung zur Herstellung fließfähiger faserverstärkter Betone auch ohne Portlandzementklinker eingesetzt werden. Die neuartigen Betonen zeichnen sich durch eine ausreichend gute Verarbeitbarkeit und me-chanische Kenngrößen sowie durch einen im Vergleich zu gängigen Betonen sehr hohen chemischen Widerstand aus. Für die praktische Umsetzung müssen die sich mit fortschreitender Zeit veränderte Al-kalität und das Verhalten unter Frost-Taumittel-Beanspruchung weitergehend untersucht werden.