[0001] Die Erfindung betrifft eine Zusammensetzung, ein Verfahren zum Herstellen der Zusammensetzung
und eine Versiegelungsvorrichtung sowie ein Verfahren zum Versiegeln von Problemstoffen,
insbesondere toxischen und/oder radioaktiven Problemstoffen, oder Behältern mit Problemstoffen,
insbesondere toxischen und/oder radioaktiven Problemstoffen.
[0002] Die Lagerung von langzeitstabilen Problemstoffen stellt eine große Herausforderung
für die Menschheit dar. Es ist notwendig, nicht mehr nutzbares radioaktives Material
aus Kernreaktoren, Industrie und Medizin bis zum Abklingen der Strahlung auf biologisch
unschädliches Maß von der Biosphäre abzuschließen. Ähnliche Anforderungen ergeben
sich für nicht oder nur schwer abbaubare toxische Substanzen. Es ist unvermeidlich,
radioaktive und chemischtoxische, im wirtschaftlichen Kreislauf nicht mehr zu verwertende
Materialien temporär oder final zu entsorgen. Die enorme Zunahme dieser Problemstoffe
kontaminiert die Biosphäre.
[0003] Die bislang praktizierten Methoden zur Lagerung von Problemstoffen sind als gescheitert
zu betrachten: Die Lagerung radioaktiven Materials in Gebäuden an der Oberfläche ist
durch die permanente Strahlung (Plutonium z.B. hat eine ca. 200.000 Jahre Halbwertszeit),
den nicht zu gewährleistenden dauerhaften Schutz vor Terrorakten oder zerstörerischen
Einfluss durch Katastrophen nicht sicher. Das Ausweichen in aufgelassene Salz- oder
Erzgruben ist derzeit katastrophal. So sind 120.000 in der Salzgrube ASSE eingelagerte
Fässer, mit teilweise sogar hochradioaktivem Material, verrostet und undicht, dem
täglich eindringenden Wasser ungeschützt ausgeliefert. Die künstliche Radioaktivität
des Quell-und Grundwassers der Gegend ist dadurch zunehmend bedenklich steigend. Daraus
folgt, dass mit einem unterirdischen Lager - an sich - noch keine Sicherheit erreicht
ist. Die gängige Lagerung von chemischen Problemstoffen in Erddeponien ist inakzeptabel.
Sie belasten durch Auswaschung infolge Regen und Grundwasser die Biosphäre.
[0004] DE 23 56 253 A1 offenbart ein Verfahren zum Vorbereiten von organischen, radioaktive Stoffe enthaltenden
Abfallflüssigkeiten zur umweltfreundlichen und sicheren Handhabung, Transportierung
und Endlagerung, wobei die organischen Abfallflüssigkeiten mit organischen Feststoffen
in Kontakt gebracht werden.
[0005] Als organische, radioaktiv kontaminierte Abfallflüssigkeiten werden insbesondere
Phosphorsäureester, Organphosphorsäuren, deren Gemische mit Kohlenwasserstoffen, wie
sie bei der Wiederaufbereitung bestrahlter Kernbrennstoffe anfallen, verbrauchte Lösungsmittel
anderer Art aus radiochemischen Versuchen oder kontaminierte Maschinenöle genannt.
Insbesondere wird Tributylphosphat als einer dieser Abfallflüssigkeiten genannt. Bei
den Ausführungsbeispielen weden zwei Abfallflüssigkeiten explizit erwähnt, nämlich
Tributylphosphat/Dodecan und Motorenöl bzw. Maschinenöl. Das Motorenöl oder Maschinenöl
ist hier also eine organische Abfallflüssigkeit, die radioaktiv kontaminierte oder
radioaktive Stoffe enthält und umweltfreundlich entsorgt werden soll.
[0006] Bei dem Verfahren gemäß
DE 23 56 253 A1 wird die organische Abfallflüssigkeit zunächst in einem Verfahrensschritt a) mit
einem organischen Feststoff zu einer homogenen, bei Raumtemperatur weichen, formunbeständigen
Masse vermischt. In einem nächsten Schritt wird ein hydraulisches Bindemittel in Wasser
in einem Mischungsverhältnis hydraulisches Bindemittel zu Wasser von bis zu größenordnungsmäßig
0,4, bezogen auf die Gewichtsmengen, aufgeschlämmt. In einem dritten Verfahrensschritt
wird nun die organische Masse, die durch das Vermischen der organischen Abfallflüssigkeit
mit dem organischen Feststoff im Verfahrensschritt a) entstanden ist, in die Aufschlämmung,
die aus dem Aufschlämmen des hydraulischen Bindemittels in Wasser bei dem Verfahrensschritt
b) entstanden ist, eingebracht und verteilt und anschließend das hydraulische Bindemittel
zu einem festen, einheitlichen Formkörper abbinden gelassen.
[0007] In
DE 23 56 253 A1 wird auch beschrieben, dass man dünnes Motorenöl (als kontaminierte, organische Abfallflüssigkeit)
mit einer harten Bitumensorte wie R 135/10 mischen kann und dabei bei einem Gewichtsverhältnis
von 1 : 1 die geeignete Konsistenz erhält. Zähes Maschinenöl lässt sich gemäß
DE 23 56 253 A1 sogar im Verhältnis 2 : 1 mit Hartbitumen mischen. Mit Kunststoffen könne man wesentlich
günstigere Verhältnisse erzielen und also noch mehr Abfallflüssigkeit in den organischen
Feststoff einmischen, wie in den weiteren Beispielen beschrieben. Das Verhältnis zwischen
organischer Masse und Aufschlämmung ist bevorzugt zwischen 1 : 2 und 1 : 3 gewählt.
[0008] Hydraulische Bindemittel können insbesondere Zement oder Gips sein, insbesondere
im Gewichtsverhältnis zwischen 1 : 2 und 1 : 3. Für das Gewichtsverhältnis organische
Abfallflüssigkeit zu Bitumen wird in
DE 23 56 253 A1 bis zu ca. 2 : 1 angegeben. Es ist in
DE 23 56 253 A1 auch beschrieben, dass, falls die Vermischung bei Raumtemperatur Schwierigkeiten
bereitet, die organische Abfallflüssigkeit und der organische Feststoff zur Bildung
einer homogenen, flüssigen Mischung erhitzt werden können und die Mischung anschließend
zu einer weichen, formunbeständigen Masse erkalten gelassen wird.
[0009] DE 10 2011 011 166 A1 offenbart eine Zusammensetzung und ein Verfahren für unterirdische Endlagerung radioaktiven
Materials über lange Zeiträume. Das in unterirdische Räumlichkeiten verbrachte radioaktive
Material wird mit der Zusammensetzung, die ganz oder anteilig aus Bitumen besteht,
umhüllt und für Jahrtausende eingeschlossen. Es wird ausgeführt, dass Bitumen ein
Gemisch aus höheren Kohlenwasserstoffen und heterozyklischen Verbindungen ist und
für die Umwelt inert und ohne jegliche Toxität ist sowie langzeitstabil ist angesichts
seines natürlichen unveränderten Vorkommens in 10 Mio. Jahren alten Lagerstätten.
Bitumen wird aus natürlichen Lagerstätten oder der Erdöldestillation gewonnen.
DE 10 2011 011 166 A1 beschreibt weiter, dass durch Wassereinbruch und die dadurch bedingten chemischen
Reaktionen sowie Grundwasserkontakt zunehmende Umweltkontamination ihren Lauf nimmt.
Durch Deckeneinstürze wurden und werden Behälter mit radioaktivem Material zerstört,
das dergestalt dem eindringenden Wasser und damit unkalkulierbaren Reaktionen ausgesetzt
ist. Die Bitumen-Zusammensetzung gemäß der
DE 10 2011 011 166 A1 schließt das in unterirdische Hohlräume verbrachte radioaktive Material dauerhaft
gegen die Umwelt, insbesondere gegen Wasser, ab. Bitumen ist hydrophob und eine absolute
Diffusionsbarriere. Durch ummantelnde Ausfüllung der unterirdischen Endlager ist jeder
Kontakt des gelagerten Materials zu umgebendem Wasser unterbunden. Es kann so keine
Ausschwemmungen von Radioaktivität in die Umwelt erfolgen. Die Bitumen-Zusammensetzung
verdrängt durch ihr höheres spezifisches Gewicht das Wasser aus bereits überfluteten
Endlagern, und das bereits eingelagerte Material wird gegen jeden weiteren Kontakt
mit Grundwasser geschützt. Neue Endlager werden nach Abschluss der Bestückung mit
der Zusammensetzung gänzlich verfüllt, insbesondere über Rohre. Die Fließeigenschaften
der Bitumen-Zusammensetzung werden gemäß den Parametern vor Ort - wie Temperatur,
geologische Verhältnisse etc. - eingestellt. Die Viskosität wird mit biologischen
Ölen - wie z. B. Rapsöl, Olivenöl, Sonnenblumenöl etc. - eingestellt. Zur vorsorglichen
Verfüllung nicht genutzter Hohlräume können der Bitumen-Zusammensetzung Füllstoffe
wie Sand, Mineral-Granulat, etc. beigemengt werden, welche das spezifische Gewicht
steigern und die Mischung besser absinken lassen. Da die Viskosität des Bitumen andauernd
ist und es, gleich Flüssigkeiten, nicht komprimiert werden kann, bietet diese bekannte
Bitumen-Zusammensetzung auch den größtmöglichen Schutz vor Zerstörung der endgelagerten,
mit radioaktivem Material angefüllten Behältern bei Einstürzen. Die Bitumen-Zusammensetzung
kann mit Aktivkohle vermengt werden, welche durch den Kernzerfall entstehende radioaktive
Edelgase - wie z. B Xenon - zum Abklingen ihrer Strahlung (wenige Wochen bis Monate)
festhält. Es kann auch Bitumen aus Plattenmaterial, z.B. konfettiartig ausgestanzt,
unter Zuhilfenahme von Fließmitteln beigemengt werden und somit können poröse Stellen
umgebender geologischer Formation abgedichtet werden. Außerdem können auch Fasern
pflanzlicher oder technischer Art beigefügt werden.
[0010] Zu dem Material Bitumen sei noch Folgendes, insbesondere aus www.wikipedia.de, ergänzt:
Bitumen bezeichnet ein sowohl natürlich vorkommendes als auch durch Vakuumdestillation
aus Erdöl gewonnenes Gemisch aus verschiedenen organischen Stoffen, hauptsächlich
hochmolekularen Kohlenwasserstoffen (langkettig; aliphatisch und aromatisch) und chemisch
gebunden in geringen Anteilen Schwefel, Sauerstoff, Stickstoff und einige Spuren von
Metallen. Bitumen ist nicht toxisch und zu unterscheiden von dem krebserregenden Teer,
das aus Rückständen bei der Pyrolyse von Naturstoffen wie Steinkohle zurückbleibt.
In Wasser ist Bitumen praktisch unlöslich (hydrophob) und wird daher beispielsweise
verwendet, um empfindliche Stoffe und Bauteile gegen Wasser zu schützen. Bitumen gehört
zu den thermoplastischen Stoffen und seine Viskosität ist temperaturabhängig: Bei
Raumtemperatur ist es fest und spröde, bei Erwärmung durchläuft es stufenlos alle
Zustände von fest (glasartig) über zähflüssig bis dünnflüssig. Typische Verarbeitungstemperaturen,
um Bitumen ausreichend viskos zu machen, liegen zwischen 160 und 200 °C. Bei weiter
steigenden Temperaturen fängt es an, sich langsam zu zersetzen. Zudem verhält sich
Bitumen chemisch stabil gegenüber nichtoxidierenden Säuren und Basen, ist bei höheren
Temperaturen aber brennbar. Bitumen ist partiell löslich oder aufquellend in flüssigen
Kohlenwasserstoffen, wie z. B. Benzin, Toluol, Diesel, Ölen oder anderen unpolaren
Lösemitteln.
[0011] Nicht modifiziertes Bitumen ist bei normaler Umgebungstemperatur nicht verarbeitbar
oder förderbar. Zum Verarbeiten von Bitumen in ein Endprodukt wird es üblicherweise
bis zum flüssigen Zustand erhitzt (heißviskoses Bitumen) oder als Bitumenemulsion
(Bitumen in Wasser emulgiert), Schaumbitumen (Zugabe von Wasser und Umgebungsluft)
oder als Verschnittbitumen (Zugabe von Lösemitteln) verarbeitet. Bei Fluxbitumen werden
zur leichteren Verarbeitbarkeit Fluxmittel hinzugegeben, bei denen es sich um petrostämmige
schwerflüchtige Öle (Fluxöle) handelt. Eine Erhitzung des so entstandenen Fluxbitumen
bleibt weiterhin notwendig zur weiteren Verarbeitung, es kann nur eine Reduzierung
der Verarbeitungstemperatur auf z.B. 110 °C erreicht werden. Die petrostämmigen Fluxmittel
können durch Öle aus nachwachsenden Rohstoffen ersetzt werden.
[0012] Die Bitumenzusammensetzung nach
DE 10 2011 011 166 A1 ist, besonders unter Druck, nicht sehr formbeständig und auch zum Herstellen formstabiler
Bauteile nicht optimal.
[0013] In der
DE 10 2011 011 166 A1 wird ferner festgestellt, dass bisherige Versuche, die unterirdischen Lagerräume
in einem Salzstock mit Beton auszugießen, zum einen daran scheiterten, dass Beton
keine Diffusionsbarriere sein kann, zum anderen, dass Beton bei unvermeidlichen seismischen
Bewegungen Risse bildet.
[0014] Beton ist ein künstlicher Baustoff, der aus einem Gemisch von Bindemittel, in der
Regel Zement, und Zuschlagsstoffen, in der Regel einer Gesteinskörnung, üblicherweise
Sand und Kies und Split, und Wasser und gegebenenfalls weiteren Zusätzen durch Erhärten
(oder: Aushärten oder Abbinden) des Zement-Wasser-Gemisches entsteht. Der erhärtete
Zement ist wasserbeständig und verleiht dem Beton als Bindematrix eine hohe Druckfestigkeit
von 20 bis über 150 N/mm
2. Beton kann als unbewehrter Beton eingesetzt werden oder auch, vor allem zur Erhöhung
seiner Zugfestigkeit, in einem Verbundwerkstoff oder als bewehrter Beton mit Bewehrungselementen,
vor allem als Stahlbeton oder Spannbeton mit Bewehrungsstahlelementen oder, durch
die Zugabe von Fasern aus Stahl, Kunststoff oder Glas, als Faserbeton oder in Kombination
mit Geweben oder Gewirken als Textilbeton. Es gibt auch wasserundurchlässigen Beton,
z.B. für Kellerwände. Zu Betonen gibt es eine Vielzahl von Normen.
[0015] Mit Beton eng verwandt sind die Mörtel, die ein Gemisch aus Bindemittel und Wasser
und in der Regel auch einer feinen Gesteinskörnung sowie ggf. weiterer Zusätze bilden.
Bei Mörtel ist die Gesteinskörnung fein mit in der Regel höchstens 4 mm im Durchmesser
oder Korngröße, bei Beton ist die Gesteinskörnung gröber mit größeren Korngrößen.
Als Bindemittel für Mörtel werden in der Regel mineralische Bindemittel verwendet,
wie beispielsweise Kalk, Zement, Gips, Anhydrit, Magnesit, Puzzolane und Lehm, oder
auch organische Bindemitteln (Kunststoffe, Mauerkleber). Die Gesteinskörnung für Mörtel
ist meist Sand, es können jedoch auch andere Materialien, beispielsweise Feinkies
oder Holzspäne oder Split, zum Einsatz kommen. Mörtel wird meist für das Verbinden
von Mauersteinen (Mauermörtel) oder zum Verputzen von Wänden (Putzmörtel) verwendet.
Auch bei Mörteln gibt es viele Normen.
[0016] Beton, selbst zertifizierter Beton, kann jedoch den Durchtritt von Feuchtigkeit und
damit Diffusion von eingelagerten Problemstoffe nicht dauerhaft über lange Zeiträume
verhindern, ebenso wenig wie Mörtel.
[0017] Damit ergibt sich als eine Aufgabe der Erfindung, eine neue Zusammensetzung zu kreieren.
Die Zusammensetzung soll insbesondere zum Einschließen oder zur Lagerung, insbesondere
Endlagerung, von Problemstoffen über ausreichend lange Zeiträume geeignet sein und/oder
über längere oder ausreichend lange Zeiträume sowohl eine Feuchtigkeits- und Diffusionsbarriere
bilden als auch statische Festigkeit und Beständigkeit bieten oder garantieren können.
Ferner soll ein Verfahren zum Herstellen einer solchen Zusammensetzung angegeben werden.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine Versiegelungsvorrichtung und ein Verfahren
zum Versiegeln von Problemstoffen, insbesondere toxischen und/oder radioaktiven Problemstoffen,
oder Behältern mit Problemstoffen, insbesondere toxischen und/oder radioaktiven Problemstoffen,
auch über ausreichend lange Zeiträume anzugeben. Unter ausreichend langen Zeiträumen
sollen hier insbesondere Zeiträume verstanden werden, in denen der Problemstoff problematisch
oder gefährlich, insbesondere zu radioaktiv oder toxisch, bleibt und versiegelt werden
soll. Abhängig von dem Problemstoff können hier Zeiträume von mehreren Jahrzehnten
oder mehreren Jahrhunderten oder gar vielen Jahrtausenden betroffen sein. Die Lagerung
oder Versiegelung kann unterirdisch oder auch überirdisch oder auch außerhalb der
Erde erfolgen.
[0018] Diese Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der nebengeordneten Ansprüche. Ausgestaltungen
zur Lösung der Aufgabe ergeben sich auch aus den abhängigen Ansprüchen sowie aus der
nachfolgenden Beschreibung von Ausgestaltungen und Ausführungsbeispielen der Erfindung.
[0019] In der Ausführungsform nach Anspruch 1 wird eine Zusammensetzung vorgeschlagen, die
eine noch nicht ausgehärtete (oder: noch nicht abgebundene) fließfähige Betonmischung
oder Mörtelmischung und wenigstens ein kaltviskoses Bitumen enthält und insbesondere
aus diesen beiden Komponenten besteht.
[0020] Kaltviskos bedeutet hier, dass die für die Verarbeitung und Mischbarkeit erforderliche
niedrige Viskosität oder Fließfähigkeit des Bitumens bei Umgebungstemperaturen vorliegt,
also insbesondere bei Verarbeitungstemperaturen, welche sowohl vom Gefrierpunkt als
auch vom Bereich einer kritischen Verdampfung des Wassers, d.h. des Anmachwassers
im Beton oder Mörtel, weit genug entfernt sind, insbesondere aus einem Verarbeitungstemperaturbereich
von 5 °C bis 70 °C, insbesondere 10 °C bis 30 °C, wobei vorzugsweise die Betonmischung
oder Mörtelmischung bei dieser Verarbeitungstemperatur aushärtet. Dadurch kann das
kaltviskose Bitumen homogen eingemischt werden und beeinflusst die Homogenität und
das Aushärten des Mörtels oder Betons nicht in negativer Weise.
[0021] Gemäß der Erfindung wird auch ein Verfahren zum Herstellen einer Zusammensetzung
gemäß Anspruch 10 vorgeschlagen, bei dem eine noch nicht ausgehärtete (oder: noch
nicht abgebundene) fließfähige Betonmischung oder Mörtelmischung und wenigstens ein
kaltviskoses Bitumen gemischt werden, wobei vorzugsweise das kaltviskose Bitumen bei
einer Verarbeitungstemperatur, bei der die Betonmischung oder Mörtelmischung aushärtet,
insbesondere aus einem Verarbeitungstemperaturbereich von von 5 °C bis 70 °C, insbesondere
10 °C bis 30 °C, niedrigviskos oder fließfähig ist.
[0022] Das Bitumen wird in allen Ausführungsformen der Zusammensetzung oder des Herstellverfahrens
im Allgemeinen in an sich bekannter Weise erhalten und verwendet, z.B. als Naturbitumen
oder als Erzeugnis aus der Petroindustrie oder Erdöldestillation, wie schon vorne
ausgeführt.
[0023] Dieses an sich bekannte, bei Umgebungstemperatur nicht fließfähige Bitumen wird durch
Zugabe von oder Vermischung mit Pflanzenöl(en) kaltviskos gemacht (pflanzenölmodifiziertes
Bitumen). Dieses pflanzenölmodifizierte kaltviskose Bitumen ist sehr stabil und nicht
giftig.
[0024] Die Viskosität des pflanzenölmodifizierten kaltviskosen Bitumens ist im Allgemeinen
abhängig von der Menge bzw. dem Anteil des zugegebenen Pflanzenöls und niedriger (d.h.
höhere Fließfähigkeit), wenn mehr Pflanzenöl zugegeben wurde. Der Anteil des Pflanzenöls
in der Bitumen-Pflanzenöl-Mischung, d.h. in dem pflanzenölmodifizierten Bitumen, kann
insbesondere aus einem Bereich von 10 % bis 80 %, insbesondere von 20 % bis 60 %,
gewählt werden, wobei die Prozentangaben Massenprozent (M-%) sind.
[0025] Die Zugabe des Pflanzenöls oder Vermischung mit dem Pflanzenöl erfolgt in einer vorteilhaften
Ausführungsform nach Erhitzen des festen oder blockförmigen Bitumens zur Verflüssigung
(oder: zum Erreichen einer Fließfähigkeit) auf Temperaturen von typischerweise 140
°C bis 180 °C, bei denen das Bitumen fließfähig und gut oder homogen mischbar ist.
Das Pflanzenöl ist in dieser Ausführungsform vorzugsweise zumindest bis zu diesen
Temperaturen thermisch beständig, was für die meisten handelsüblichen Pflanzenöle,
insbesondere die vorgenannten Pflanzenöle, zutrifft. Das verflüssigte Bitumen wird
mit dem Pflanzenöl, beispielsweise in einem Behälter mittels eines Rührers, gut durchmischt
und die Mischung dann abgekühlt auf Umgebungstemperatur oder Verarbeitungstemperatur
zur Weiterverarbeitung in dem Beton oder Mörtel, bis eine kaltviskose fließfähiges
Bitumenmischung, kurz kaltviskoses Bitumen, entsteht.
[0026] Als Pflanzenöl können vorteilhafterweise Rapsöl, Sonnenblumenöl, Olivenöl, Palmöl
oder Distelöl oder Mischungen daraus verwendet werden.
[0027] Es ist aber auch grundsätzlich möglich, ein nicht erfindungsgemäßes Bitumen durch
geeignete organische Lösemittel und auch petrostämmige Öle kaltviskos zu bekommen.
Jedoch verdampfen solche chemischen Stoffe in der Regel schneller als die Pflanzenöle,
die bei Umgebungstemperaturen sehr geringe Verdampfungsraten haben und auch deshalb
für den Langzeiteinsatz vorteilhaft sind. Bitumenemulsionen erweisen sich dagegen
als eher ungeeignet.
[0028] Die Betonmischung oder Mörtelmischung und das wenigstens eine kaltviskose Bitumen
liegen vorzugsweise in einer fließfähigen Mischung vor und/oder sind miteinander homogen
vermischt.
[0029] Es ist aber auch möglich, die noch nicht ausgehärtete oder die schon ausgehärtete
Betonmischung (Beton) oder Mörtelmischung (Mörtel) einerseits und das kaltviskose
pflanzenölmodifizierte Bitumen andererseits wenigstens teilweise räumlich getrennt
anzuordnen, z.B. in verschiedenen Schichten wie einer Sandwichbauweise, oder in verschiedenen
Bereichen wie Gitterstrukturen oder dergleichen anzuordnen oder z.B. mit dem kaltviskosen
Bitumen Zwischenräume oder Hohlräume, vorzugsweise in Größen von 1 mm und größer,
in dem Beton oder Mörtel zu füllen, z.B. Blasen oder Poren von Blasen- oder Porenbeton
oder dergleichen. Die Betonmischung oder die Mörtelmischung weist im Allgemeinen wenigstens
ein Bindemittel auf, welches insbesondere aus der Zement, Kalk, Anhydrit, Magnesit,
Puzzolane und Lehm und organische Bindemittel umfassenden Gruppe von Bindemitteln
gewählt ist, und umfasst im Allgemeinen Wasser und in der Regel (außer bei Mörtelleimen,
die nur Bindemittel enthalten) wenigstens einen Zuschlag, der insbesondere wenigstens
eine Gesteinskörnung, ist, und gegebenenfalls weitere Zusatzstoffe zum Einstellen
der Eigenschaften des Betons oder Mörtel und/oder Bewehrungselemente zur Verstärkung.
[0030] Die Erfindung beruht insbesondere auf der überraschenden Überlegung und Erkenntnis,
dass man die sehr verschiedenen Materialien Mörtel oder Beton auf der einen Seite
und Bitumen auf der anderen Seite mischen kann, wenn man kaltviskoses pflanzenölmodifiziertes
Bitumen verwendet. Trotz der hydrophoben Eigenschaften des Bitumens einerseits und
des Wassergehalts des Mörtels oder Betons andererseits, die eine Vermischung eigentlich
schwer vorstellbar erscheinen lassen, erhält man überraschenderweise eine innige und
langzeitstabile Verbindung und eine völlig neuartige Zusammensetzung, die nach dem
Aushärten des oder der Bindemittel(s) des Mörtels oder Betons form- und druckbeständig
ist und über ausreichend lange Zeiträume wasser- und feuchtigkeitsundurchlässig ist.
[0031] Das kaltviskose, pflanzenölmodifizierte Bitumen zeigt eine hervorragende Affinität
und Haftvermögen zu den Gesteinskörnungen und Bindemitteln von Mörteln und Beton und
benetzt die feinen Partikel und/oder die (teil)kristallinen Gefüge im Bindemittel
praktisch vollständig, wobei die Benetzung als dünne Schicht bis hin zu nur noch molekularer
Dicke ausgebildet sein kann und hier wohl Van-der-Waals-Kräfte eine wichtige Rolle
spielen. Diese den ausgehärteten Bitumenmörtel oder Bitumenbeton in seiner Bindematrix
oder den Zwischenräumen der Zuschlagskörnung praktisch vollständig durchsetzende oder
durchdringende Oberflächenbenetzung durch das kaltviskose Bitumen ist offensichtlich
vorteilhaft für die beobachteten Eigenschaften wie die Diffusionsbarriere und die
rissfreie Verformbarkeit. Die Wasseraufnahme im Mörtel oder Beton wird durch die Zugabe
des kaltviskosen, pflanzenölmodifizierten Bitumens deutlich, insbesondere um bis zu
80 %, reduziert.
[0032] Gemäß der Erfindung wird das Bitumen in kaltviskoser Form zuzugeben oder vermischt.
Dadurch wird auch vermieden, dass bei der Zugabe von üblicherweise verarbeitetem heißviskosem
Bitumen das Wasser in der Mörtel- oder Betonmasse aufgrund der hohen Temperaturen
schlagartig verdampft und dies zu Blasen oder Hohlräumen führt und dass das Bitumen
möglicherweise zu frühzeitig erstarrt und keine vollständige Diffusionsbarriere in
den Zwischenräumen der Zuschlagskörnung oder in der Bindematrix bilden kann.
[0033] Dieser neuartige Bitumenmörtel oder Bitumenbeton gemäß der Erfindung zeigt aufgrund
des Bitumens in der Bindematrix zusammen mit dem ausgehärteten Bindemittel des Mörtels
oder Betons plastische und elastische Eigenschaften, die eine Verformung und Vibrationsfestigkeit
in weiten, über das Mischungsverhältnis einstellbaren Grenzen ohne Rissbildung zulassen.
Man könnte auch etwas ungenauer von einem nicht vollständigen Aushärten des Mörtels
oder Betons sprechen. Damit wird durch die Zugabe oder Vermischung des Bitumen zu
dem bzw. mit dem Mörtel oder Beton auch verhindert, dass über später entstehende Risse
Diffusion oder Durchtritt von Wasser und somit auch von in Wasser aufgenommenen Problemstoffen
stattfindet.
[0034] In bekanntem Mörtel oder Beton lassen sich dagegen solche Risse über längere Zeiträume
nicht vermeiden, weshalb diese ungeeignet für die Langzeitlagerung von Problemstoffen
sind. Solche Risse in bekanntem Mörtel oder Beton entstehen auch in Einsatzbereichen,
in denen mechanische Beanspruchung wie Deformationen und Vibrationen oder Setzbewegungen
auftreten, z.B. durch Fahrzeuge, wie z.B. bei Autobahnbrücken, in Gebäuden oder auch
in Erdbebengebieten.
[0035] Gemäß der Erfindung wird, mit anderen Worten, eine überraschende synergistische Wirkung
und Kombination der beiden völlig unterschiedlichen Baumaterialien Mörtel oder Beton
einerseits und Bitumen andererseits in einer neuen Zusammensetzung erreicht, die neben
einer generellen Anwendbarkeit als neuer Baustoff auch das dringliches und große Problem
der Lagerung, insbesondere Endlagerung, von Problemstoffen lösen kann. Die Mörtel-
oder Betonkomponenten bringen Formbeständigkeit und Druckfestigkeit und Herstellbarkeit
als Formteile in das neue Material ein, welche Eigenschaften durch die Zugabe von
dem Bitumen, wenn überhaupt nur unerheblich vermindert werden. Das Bitumen dagegen
bewirkt eine Verformbarkeit ohne Rissbildung und kann auch ein mechanisches Dämpfungsverhalten
bewirken, im Allgemeinen jeweils in über das Mischungsverhältnis einstellbaren Grenzen,
und sorgt zudem für eine Diffusionsbarriere und Wasserundurchlässigkeit im Material.
[0036] Die Eigenschaften der Zusammensetzung gemäß der Erfindung schon im nicht ausgehärten
Zustand, z.B. Fließverhalten, Konsistenz und Ansteifverhalten, aber vor allem im ausgehärteten
Zustand, z.B. Druckfestigkeit, Dichte, Diffusions- oder Flüssigkeitsdurchlässigkeit,
Elastizitätsmodul und Dämpfungseigenschaften, sind unter anderem abhängig von dem
Mischungsverhältnis von kaltviskosem Bitumen zu der noch nicht ausgehärteten fließfähigen
Betonmischung oder Mörtelmischung in der Zusammensetzung oder dem Anteil des kaltviskosen
Bitumens in der Zusammensetzung. Dabei nehmen in der Regel mit zunehmendem Anteil
des kaltviskosen Bitumens die Druckfestigkeit zumindest in Teilintervallen ab und
das dynamische Elastizitätsmodul ab sowie die Dämpfung zu, d.h. die ausgehärtete Zusammensetzung
wird mit mehr kaltviskosem Bitumen tendentiell weicher, weniger steif und elastischer
und dämpfender. Die Eigenschaft als Diffusionsbarriere und Feuchtigkeitssperre oder
Wasserundurchlässigkeit wird schon bei überraschend niedrigen Bitumenanteilen erreicht,
da für diese schon eine molekulare Benetzung im Gefüge ausreichen. Es haben sich folgende
Anteilsbereiche des kaltviskosen Bitumens als vorteilhaft ergeben:
Für die Massenverhältnis in der Mischung (gravimetrisches Mischungsverhältnis) der
Masse des kaltviskosen, pflanzenölmodifizierten Bitumens zu der Masse der noch nicht
ausgehärteten fließfähigen Betonmischung oder Mörtelmischung ist ein Bereich von 1:99
und 40:60, insbesondere zwischen 2:98 und 10:90, vorteilhaft.
[0037] Für den gravimetrischen Anteil des kaltviskosen, pflanzenölmodifizierten Bitumens
in der Zusammensetzung sind Werte zwischen 0,7 M-% und 40 M-%, insbesondere zwischen
1 M-% und 20 M-% und vorzugsweise zwischen 2 M-% und 10 M-% bevorzugt.
[0038] Die Zusammensetzung gemäß der Erfindung ist als neuartiger Bitumenmörtel oder Bitumenbeton
generell in der Bautechnologie einsetzbar, insbesondere aber ohne Beschränkung der
Allgemeinheit in Anwendungen, in denen Verformungen, insbesondere durch Vibrationen,
auftreten und möglichst keine Rissbildung entstehen soll, und/oder eine Undurchlässigkeit
gegenüber Feuchtigkeit gefordert ist und/oder eine Beständigkeit gegenüber Säuren
oder Salz gewünscht ist. Solche Anwendungen finden sich z. B. in der Bautechnologie,
in denen eine Vermeidung von Rissen und/oder eine Undurchlässigkeit gegenüber Wasser
oder Feuchtigkeit erwünscht ist, wie z.B. im Stahlbeton oder in Kellerwänden (WU-Wannen)
oder Fundamenten.
[0039] Eine besonders bevorzugte spezielle Anwendung findet die Zusammensetzung gemäß der
Erfindung für das Einschließen oder Umhüllen oder Versiegeln oder die Lagerung von
Problemstoffen, insbesondere toxischen und/oder radioaktiven Problemstoffen.
[0040] Vor allem bei der Lagerung radioaktiver Problemstoffe ist es dabei vorteilhaft, wenn
die Betonmischung oder die Mörtelmischung oder die Zusammensetzung wenigstens einen
Zuschlag aufweist, der gegen Radioaktivität wirksam oder abschirmend ist, insbesondere
Aktivkohle, die radioaktive Gase festhält, und/oder Baryt (Schwerspat), das die radioaktive
Strahlung abschirmt. Außerdem kann die Zusammensetzung oder die Betonmischung oder
die Mörtelmischung der Zusammensetzung gut wärmeleitende Zuschlagskörnungen oder Stoffe
oder auch eingebettete Teile enthalten, beispielsweise aus Metall oder Metallerz,
insbesondere mit Eisen, Stahl oder Kupfer, insbesondere zum Ableiten von Wärme, die
infolge der Radioaktivität oder auch chemischer Reaktionen entsteht.
[0041] Weiter wird gemäß der Erfindung eine Versiegelungsvorrichtung zum Versiegeln von
Problemstoffen oder Behältern mit Problemstoffen, insbesondere toxischen und/oder
radioaktiven Problemstoffen gemäss Anspruch 12 vorgeschlagen, wobei die Versiegelungsvorrichtung
wenigstens teilweise gebildet ist aus einer ausgehärteten Zusammensetzung gemäß der
Erfindung oder einer ausgehärteten Zusammensetzung, die mit einem Verfahren gemäß
der Erfindung hergestellt ist.
[0042] Die Versiegelungsvorrichtung hüllt im Allgemeinen den Problemstoff oder den Behälter
ein. Dies kann durch Eingießen mit der noch nicht ausgehärteten Zusammensetzung bewerkstelligt
werden, wobei sich Problemstoff oder Behälter und dann auch die Versiegelungsvorrichtung
insbesondere innerhalb einer natürlichen oder künstlichen Umhausung befinden können,
beispielsweise innerhalb eines unterirdischen Hohlraums in Gestein oder eines Gebäudes.
Ferner kann die Versiegelungsvorrichtung auch in Form von vorgefertigten Bauelementen
oder einer vorgefertigten Einhausung mit oder aus der ausgehärteten Zusammensetzung
gebildet sein.
[0043] Außerdem kann die Versieglungsvorrichtung gut wärmeleitende, in die ausgehärtete
Zusammensetzung eingebettete Wärmeleitelemente enthalten, die beispielsweise wenigstens
teilweise aus Metall oder Metallerz, insbesondere mit Eisen oder Stahl oder Kupfer,
bestehen, zum Ableiten von Wärme, die im oder am Problemstoff infolge der Radioaktivität
oder auch chemischer Reaktionen entsteht.
[0044] Weiterhin wird gemäß der Erfindung ein Verfahren zum Versiegeln von Problemstoffen,
insbesondere toxischen und/oder radioaktiven Problemstoffen, oder von Behältern mit
Problemstoffen, insbesondere toxischen und/oder radioaktiven Problemstoffen gemäss
Anspruch 14 vorgeschlagen bei dem die Problemstoffe oder Behälter, insbesondere an
einer Lagerstätte, beispielsweise innerhalb einer natürlichen oder künstlichen Umhausung
wie eines unterirdischen Hohlraums in Gestein oder eines Gebäudes, mit einer Versiegelungsvorrichtung
gemäß der Erfindung oder mit einer ausgehärteten Zusammensetzung gemäß der Erfindung
und/oder mit einer ausgehärteten Zusammensetzung, die mit einem Verfahren gemäß der
Erfindung hergestellt ist, eingehüllt oder umgeben werden. Alternativ oder zusätzlich
kann zum Versiegeln die noch nicht ausgehärtete Zusammensetzung gemäß der Erfindung
in den mit den Problemstoffen belasteten Erdboden oder Bereich der Erdoberfläche oder
Erdkruste injiziert werden.
[0045] Sind die Problemstoffe in Wasser vorhanden, so können die Problemstoffe zunächst
aus damit belastetem Wasser mit einem Bindemittel wie z.B. Gips gebunden werden und
danach in gebundener Form oder Blöcken versiegelt werden.
[0046] Z.B. im Rahmen des Rückbaus von Kernkraftwerken kann auch Bauschutt oder abgebrochener
und geschredderter ggf. kontaminierter Beton, z.B. aus dem Kraftwerk, in der Betonmischung
oder Mörtelmischung recycelt werden, insbesondere als Zuschlag zugegeben werden.
[0047] Der Betonzusammensetzung können Ergänzungsstoffe - wie z.B. erzhaltige Mineralien
- für Strahlenschutz oder Stoffe zu Neutralisierung von Chemikalien beigemengt werden.
Ferner können die im Betonbau üblichen Armierungen verwendet werden.
[0048] Durch Beimengung eines der spezifischen Nutzung entsprechenden variablen Anteils
an kaltviskosem Bitumen, kann die Undurchlässigkeit und das Diffusionsverhalten des
Beton eingestellt werden.
[0049] Der Beton behält dabei - entsprechend der Mischverhältnisse - seine erprobte Festigkeit.
Das ermöglicht neben den üblichen Armierungs- und Gussverfahren auch die Herstellung
von Baukomponenten.
[0050] Die erfindungsgemäße Zusammensetzung ist für alle Arten Betonbau nutzbar. Der erfindungsgemäße
Vorteil besteht insbesondere darin, durch dauerhafte bauliche Strukturen die bewährten
Eigenschaften von Beton und Bitumen - in der Zusammensetzung - synergetisch zu nutzen.
[0051] Die erfindungsgemäße crossing over Zusammensetzung ermöglicht einen Schutz bis in
geologische Zeiträume.
1. Zusammensetzung, insbesondere geeignet und bestimmt zum Einschließen oder Versiegeln
von Problemstoffen, insbesondere toxischen und/oder radioaktiven Problemstoffen, oder
insbesondere geeignet und bestimmt zur Verwendung in der Bautechnologie, vorzugsweise
für Stahlbeton oder Betonbaukomponenten wie Kellerwände und Fundamente,
enthaltend
a) eine noch nicht ausgehärtete fließfähige Betonmischung oder Mörtelmischung und
b) wenigstens ein kaltviskoses Bitumen,
c) wobei das kaltviskose Bitumen bei einer Verarbeitungstemperatur aus einem Temperaturbereich
von 5 °C bis 70 °C niedrigviskos oder fließfähig ist,
d) wobei die Betonmischung oder Mörtelmischung bei dieser Verarbeitungstemperatur
aushärtet,
e) wobei das kaltviskose Bitumen ein pflanzenölmodifiziertes Bitumen ist und Pflanzenöl(e)
enthält,
f) wobei der Anteil des Pflanzenöls in dem pflanzenölmodifizierten Bitumen zwischen
10 M-% und 80 M-% eingestellt ist, und
g) wobei der Anteil des kaltviskosen Bitumens in der Zusammensetzung zwischen 0,7
M-% und 40 M-% gewählt ist.
2. Zusammensetzung nach Anspruch 1, bei der die Betonmischung oder Mörtelmischung einerseits
und das wenigstens eine kaltviskose Bitumen andererseits in einer fließfähigen Mischung
miteinander, vorzugsweise homogen, vermischt sind
und/oder
bei der mit dem kaltviskosen Bitumen Zwischenräume oder Hohlräume, vorzugsweise in
Größen von 1 mm und größer, in der noch nicht ausgehärteten oder in der ausgehärteten
Betonmischung oder Mörtelmischung gefüllt sind, z.B. in verschiedenen Schichten wie
einer Sandwichbauweise oder Gitterstrukturen oder Blasen oder Poren.
3. Zusammensetzung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, bei der das pflanzenölmodifizierte
Bitumen hergestellt ist, indem die Vermischung mit dem Pflanzenöl nach Verflüssigung
von festem oder blockförmigen Bitumen durch Erhitzen auf wenigstens eine Fließtemperatur
von typischerweise 140 °C bis 180 °C, bei der das Bitumen fließfähig ist, erfolgt,
wobei das Pflanzenöl zumindest bis zu dieser Fließtemperaturen thermisch beständig
ist, und das verflüssigte Bitumen mit dem zugegebenen Pflanzenöl, beispielsweise in
einem Behälter mittels eines Rührers, homogen durchmischt wird und die Mischung dann
auf Umgebungstemperatur oder die Verarbeitungstemperatur abgekühlt wird.
4. Zusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
bei der das kaltviskose Bitumen bei einer Verarbeitungstemperatur aus einem Temperaturbereich
von 10 °C bis 30 °C niedrigviskos oder fließfähig ist
und/oder
bei der der Anteil des Pflanzenöls in dem pflanzenölmodifizierten Bitumen zwischen
30 M-% und 60 M-% eingestellt ist
und/oder
bei der der Anteil des kaltviskosen Bitumens in der Zusammensetzung zwischen 1 M-%
und 20 M-%, vorzugsweise zwischen 2 M-% und 10 M-%, gewählt ist und/oder
bei der das kaltviskose Bitumen als Pflanzenöl(e) Rapsöl, Sonnenblumenöl, Olivenöl,
Palmöl oder Distelöl oder Mischungen daraus enthält.
5. Zusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Betonmischung
oder die Mörtelmischung wenigstens ein Bindemittel aufweist, welches insbesondere
aus der Zement, Kalk, Anhydrit, Magnesit, Puzzolane und Lehm und organische Bindemittel
umfassenden Gruppe von Bindemitteln gewählt ist, und vorzugsweise Wasser umfasst.
6. Zusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Betonmischung
oder die Mörtelmischung wenigstens einen Zuschlag aufweist, insbesondere wenigstens
eine Gesteinskörnung, und gegebenenfalls weitere Zusatzstoffe und/oder Bewehrungselemente.
7. Zusammensetzung nach Anspruch 6, bei der die Betonmischung oder die Mörtelmischung
wenigstens einen Zuschlag aufweist, der gegen Radioaktivität wirksam oder abschirmend
ist, insbesondere Aktivkohle und/oder Baryt (Schwerspat) oder einen anderen Ergänzungsstoff
- wie z.B. erzhaltige Mineralien - für Strahlenschutz, und/oder wenigstens einen Zuschlag
aufweist zur Neutralisierung von Chemikalien im Problemstoff,
und/oder
wobei die Zusammensetzung oder die Betonmischung oder die Mörtelmischung der Zusammensetzung
gut wärmeleitende Zuschlagskörnungen oder Stoffe oder auch Elemente oder Teile enthalten,
beispielsweise aus Metall oder Metallerz, insbesondere mit Eisen, Stahl oder Kupfer,
insbesondere zum Ableiten von Wärme, die infolge der Radioaktivität oder auch chemischer
Reaktionen entsteht.
8. Verwendung einer Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 7 zum Einschließen
oder Versiegeln von Problemstoffen, insbesondere toxischen und/oder radioaktiven Problemstoffen.
9. Verwendung einer Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 7 in der Bautechnologie
für Stahlbeton oder Betonbaukomponenten wie Kellerwände und Fundamente, insbesondere
mit Bewehrungselementen oder Armierungen und/oder insbesondere zur Vermeidung von
Rissen und/oder für eine Undurchlässigkeit gegenüber Wasser oder Feuchtigkeit.
10. Verfahren zum Herstellen einer Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
bei dem eine noch nicht ausgehärtete fließfähige Betonmischung oder Mörtelmischung
und kaltviskoses Bitumen vermischt werden,
wobei der Anteil des kaltviskosen Bitumens in der Zusammensetzung zwischen 0,7 M-%
und 40 M-%, insbesondere zwischen 1 M-% und 20 M-% und vorzugsweise zwischen 2 M-%
und 10 M-% gewählt wird, wobei das kaltviskose Bitumen bei einer Verarbeitungstemperatur,
bei der die Betonmischung oder Mörtelmischung aushärtet,
aus einem Verarbeitungstemperaturbereich von von 5 °C bis 70 °C, insbesondere 10 °C
bis 30 °C, niedrigviskos oder fließfähig ist,
wobei das kaltviskose Bitumen ein pflanzenölmodifiziertes Bitumen ist und Pflanzenöl(e)
enthält, insbesondere Rapsöl, Sonnenblumenöl, Olivenöl oder Distelöl oder eine Mischung
daraus, und
wobei der Anteil des Pflanzenöls in dem pflanzenölmodifizierten Bitumen aus einem
Bereich von 10 M-% bis 80 M-%, vorzugsweise von 20 M-% bis 60 M-% gewählt ist.
11. Verfahren nach Anspruch 10, bei dem das pflanzenölmodifizierte Bitumen hergestellt
wird, indem
- festes oder blockförmigen Bitumen durch Erhitzen auf wenigstens eine Fließtemperatur
von typischerweise 140 °C bis 180 °C verflüssigt wird oder in einen fließfähigen Zustand
gebracht wird,
- das verflüssigte Bitumen mit dem Pflanzenöl, welches zumindest bis zu der Fließtemperatur
thermisch beständig ist, homogen durchmischt wird, beispielsweise in einem Behälter
mittels eines Rührers, und die Mischung dann auf Umgebungstemperatur oder die Verarbeitungstemperatur
abgekühlt wird.
12. Versiegelungsvorrichtung zum Versiegeln von toxischen und/oder radioaktiven Problemstoffen
oder Behältern mit toxischen und/oder radioaktiven Problemstoffen, wenigstens teilweise
gebildet aus einer ausgehärteten Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 7
und/oder einer ausgehärteten Zusammensetzung, die mit einem Verfahren nach einem der
Ansprüche 10 oder 11 hergestellt ist.
13. Versiegelungsvorrichtung nach Anspruch 12, die den Problemstoff oder den Behälter
einhüllt,
durch Eingießen mit der noch nicht ausgehärteten Zusammensetzung, insbesondere innerhalb
einer natürlichen oder künstlichen Umhausung, beispielsweise innerhalb eines unterirdischen
Hohlraums in Gestein oder eines Gebäudes,
oder in Form von vorgefertigten Bauelementen oder einer vorgefertigten Einhausung
mit oder aus der ausgehärteten Zusammensetzung,
wobei insbesondere gut wärmeleitende Wärmeleitelemente, die beispielsweise wenigstens
teilweise aus Metall oder Metallerz, insbesondere mit Eisen oder Stahl oder Kupfer,
bestehen, in die ausgehärtete Zusammensetzung eingebettet sind zum Ableiten von Wärme,
die im oder am Problemstoff infolge der Radioaktivität oder auch chemischer Reaktionen
entsteht.
14. Verfahren zum Versiegeln von toxischen und/oder radioaktiven Problemstoffen oder Behältern
mit toxischen und/oder radioaktiven Problemstoffen,
bei dem die Problemstoffe oder Behälter, vorzugsweise an einer Lagerstätte, mit einer
Versiegelungsvorrichtung nach Anspruch 12 oder 13 oder mit einer ausgehärteten Zusammensetzung
nach einem der Ansprüche 1 bis 7 und/oder mit einer ausgehärteten Zusammensetzung,
die mit einem Verfahren nach einem der Ansprüche 10 und 11 hergestellt ist, eingehüllt
oder umgeben werden
und/oder
bei dem die Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 7 in den mit den Problemstoffen
belasteten Erdboden oder Bereich der Erdoberfläche oder Erdkruste injiziert wird.
15. Verfahren nach Anspruch 14, bei dem die Problemstoffe zunächst aus damit belastetem
Wasser mit einem Bindemittel wie z.B. Gips gebunden werden und danach in gebundener
Form versiegelt werden.
1. A composition, particularly suitable and intended for enclosing or sealing hazardous
substances, in particular toxic and/or radioactive hazardous substances, or particularly
suitable and intended for use in construction technology, preferably for reinforced
concrete or concrete construction components such as basement walls and foundations
containing
a) a fluid concrete mixture or mortar mixture, which has not yet hardened, and
b) at least one cold-viscous bitumen,
c) wherein the cold-viscous bitumen is of low viscosity or fluid at a processing temperature
from a temperature range of 5 °C to 70 °C,
d) wherein the concrete mixture or the mortar mixture hardens at this processing temperature,
e) wherein the cold-viscous bitumen is a vegetable oil-modified bitumen and contains
vegetable oil(s),
f) wherein the fraction of vegetable oil in the vegetable oil-modified bitumen is
adjusted between 10 m% and 80 m%, and
g) wherein the fraction of cold-viscous bitumen in the composition is chosen between
0.7 m% and 40 m%.
2. The composition according to claim 1, wherein the concrete mixture or the mortar mixture
on the one hand and the at least one cold-viscous bitumen on the other hand are mixed
together, preferably homogeneously, in a fluid mixture
and/or
wherein the cold-viscous bitumen fills interstices or cavities, preferably in sizes
of 1 mm and larger, in the as yet uncured or in the cured concrete mixture or mortar
mixture, in, for example, different layers such as a sandwich construction or lattice
structures or bubbles or pores.
3. The composition according to claim 1 or claim 2, wherein the vegetable oil-modified
bitumen has been produced by the mixing with the vegetable oil taking place after
liquefying or solid or block bitumen by heating to at least a flow temperature of
typically 140°C to 180°C at which the bitumen is fluid, the vegetable oil being thermally
stable at least up to these flow temperatures, and the liquefied bitumen being thoroughly
mixed homogeneously with the added vegetable oil, by means of a stirrer in a receptacle,
for example, and the mixture being then cooled to ambient temperature or the processing
temperature.
4. The composition according to any of the preceding claims,
wherein the cold-viscous bitumen is of low viscosity or fluid at a working temperature
in the range of 10 °C to 30 °C
and/or
wherein the fraction of vegetable oil in the vegetable oil-modified bitumen is adjusted
between 30 m% and 60 m%
and/or
wherein the fraction of cold-viscous bitumen in the composition is chosen between
1 m% and 20 m%, preferably between 2 m% and 10 m%, and/or wherein the cold-viscous
bitumen contains, as vegetable oil(s), rapeseed oil, sunflower oil, olive oil, palm
oil or safflower oil or mixtures thereof.
5. The composition according to any of the preceding claims, wherein the concrete mixture
or the mortar mixture features at least one binder selected in particular from the
group of binders encompassing cement, lime, anhydrite, magnesite, pozzolans and loam
and organic binders, and preferably comprises water.
6. The composition according to any of the preceding claims, wherein the concrete mixture
or the mortar mixture comprises at least one aggregate, more particularly at least
one particulate rock, and optionally further additives and/or reinforcing elements.
7. The composition according to claim 6, wherein the concrete mixture or the mortar mixture
comprises at least one additive which is effective or shielding against radioactivity,
in particular activated carbon and/or barite or another additive - such as ore-containing
minerals - for radiation protection, and/or at least one additive for neutralising
chemicals in the hazardous material, and/or
where the composition or the concrete mixture or the mortar mixture of the composition
comprises highly thermally conducting particulate aggregates or substances or else
elements or parts, made of metal or metal ore, for example, in particular with iron,
steel or copper, more particularly for carrying away heat which comes about as a result
of the radioactivity or else of chemical reactions.
8. Use of a composition according to any of claims 1 to 7 for enclosing or sealing hazardous
substances, in particular toxic and/or radioactive hazardous substances.
9. The use of a composition according to any of claims 1 to 7 in building technology
for reinforced concrete or concrete construction components such as basement walls
and foundations, in particular with reinforcing elements or reinforcements and/or
in particular for avoiding cracks and/or for impermeability to water or moisture.
10. A method for preparing a composition according to any of claims 1 to 7,
wherein a not yet hardened fluid concrete mixture or mortar mixture and cold-viscous
bitumen are mixed,
wherein the fraction of cold-viscous bitumen in the composition is chosen between
0.7 m% and 40 m%, in particular between 1 m% and 20 m% and preferably between 2 m%
and 10 m%,
wherein the cold-viscous bitumen is of low viscosity or fluid at a processing temperature
at which the concrete mixture or the mortar mixture hardens, from a processing temperature
range of 5°C to 70°C, in particular 10°C to 30°C,
wherein the cold-viscous bitumen is a vegetable oil-modified bitumen and contains
vegetable oil(s), in particular rape oil, sunflower oil, olive oil or safflower oil
or a mixture thereof, and
wherein the fraction of vegetable oil in the vegetable oil-modified bitumen is chosen
from a range from 10 m% to 80 m%, preferably from 20 m% to 60 m%.
11. The method according to claim 10, wherein the vegetable oil-modified bitumen is produced
by
- solid or block shaped bitumen is liquefied or brought into a fluid state by heating
it to at least a flow temperature of typically 140 °C to 180 °C,
- the liquefied bitumen is homogeneously mixed with the vegetable oil, which is thermally
stable at least up to the flow temperature, for example in a container by means of
a stirrer, and the mixture is then cooled to ambient temperature or the processing
temperature.
12. A sealing device for sealing toxic and/or radioactive hazardous substances or containers
with toxic and/or radioactive hazardous substances, at least partially formed from
a cured composition according to any of claims 1 to 7 and/or a cured composition produced
by a process according to any of claims 10 or 11.
13. The sealing device according to claim 12, which wraps the hazardous substance or the
container,
by pouring with the composition not yet hardened, in particular within a natural or
artificial enclosure, for example within an underground cavity in rock or a building,
or in the form of prefabricated structural elements or a prefabricated enclosure with
or from the cured composition,
wherein in particular heat conducting elements with good thermal conductivity, which
for example consist at least partially of metal or metal ore, in particular with iron
or steel or copper, are embedded in the cured composition for dissipating heat which
is generated in or on the hazardous substance as a result of radioactivity or also
chemical reactions.
14. A method for sealing toxic and/or radioactive hazardous substances or containers with
toxic and/or radioactive hazardous substances,
wherein the hazardous substances or containers are wrapped or surrounded, preferably
at a storage site, with a sealing device according to claim 12 or 13 or with a cured
composition according to any of claims 1 to 7 and/or with a cured composition produced
by a process according to any of claims 10 and 11
and/or
wherein the composition according to any of claims 1 to 7 is injected into the soil
or area of the earth's surface or crust contaminated with the hazardous substances.
15. The method according to claim 14, wherein the hazardous substances are first bound
from water contaminated with them with a binding agent such as gypsum and then sealed
in bound form.
1. Composition, particulièrement appropriée et destinée à enfermer ou à sceller des substances
problématiques, en particulier des substances problématiques toxiques et/ou radioactives,
ou particulièrement appropriée et destinée à être utilisée dans la technologie de
la construction, de préférence pour le béton armé ou les éléments de construction
en béton tels que les murs et les fondations de sous-sol
contenant
a) un mélange de béton ou de mortier fluide non encore durci ; et
b) au moins un bitume visqueux à froid,
c) dans laquelle le bitume visqueux à froid est de faible viscosité ou fluide à une
température de traitement comprise entre 5 °C et 70 °C,
d) dans laquelle le mélange de béton ou de mortier durcit à cette température de traitement,
e) dans laquelle le bitume visqueux à froid est un bitume à l'huile végétale modifiée
et contient une ou plusieurs huiles végétales,
f) dans laquelle la fraction d'huile végétale dans le bitume à l'huile végétale modifiée
est ajustée entre 10 M-% et 80 M-%, et
g) dans laquelle la fraction de bitume visqueux à froid dans la composition est choisie
entre 0,7 M-% et 40 M-%.
2. Composition selon la revendication 1, dans laquelle le mélange de béton ou de mortier,
d'une part, et le bitume visqueux à froid , au nombre d'au moins un, d'autre part,
sont mélangés ensemble, de préférence de manière homogène, en un mélange fluide
et/ou
dans laquelle les interstices ou les cavités, de préférence de taille égale ou supérieure
à 1 mm, sont remplis avec le bitume visqueux à froid du mélange de béton ou de mortier
non encore durci ou durci, par exemple dans différentes couches telles qu'une construction
en sandwich ou des structures en grille, ou encore des bulles ou des pores.
3. Composition selon la revendication 1 ou la revendication 2, dans laquelle le bitume
à l'huile végétale modifiée est préparé par mélange avec l'huile végétale après liquéfaction
du bitume solide ou en bloc par chauffage à au moins une température d'écoulement
de typiquement 140°C à 180°C à laquelle le bitume est fluide, dans laquelle l'huile
végétale est thermiquement stable au moins jusqu'à cette température d'écoulement,
et le bitume liquéfié est mélangé de manière homogène avec l'huile végétale ajoutée,
par exemple dans un récipient au moyen d'un agitateur, et le mélange est ensuite refroidi
à la température ambiante ou à la température de traitement.
4. Composition selon l'une des revendications précédentes,
dans laquelle le bitume visqueux à froid est de viscosité faible ou fluide à une température
de traitement comprise entre 10 °C et 30 °C et/ou
dans laquelle la fraction d'huile végétale dans le bitume à l'huile végétale modifiée
est ajustée entre 30 M-% et 60 M-%
et/ou
dans laquelle la fraction de bitume à viscosité à froid dans la composition est choisie
entre 1 M-% et 20 M-%, de préférence entre 2 M-% et 10 M-%, et/ou dans laquelle le
bitume visqueux à froid contient, comme huile(s) végétale(s), de l'huile de colza,
de l'huile de tournesol, de l'huile d'olive, de l'huile de palme ou de l'huile de
carthame ou des mélanges de celles-ci.
5. Composition selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle le mélange de
béton ou de mortier présente au moins un liant choisi en particulier dans le groupe
comprenant le ciment, la chaux, l'anhydrite, la magnésite, la pouzzolane et l'argile
et des liants organiques, et comprend de préférence de l'eau.
6. Composition selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle le mélange de
béton ou de mortier contient au moins un additif, en particulier au moins un granulat,
et éventuellement d'autres additifs et/ou éléments de renforcement.
7. Composition selon la revendication 6, dans laquelle le mélange de béton ou le mélange
de mortier comprend au moins un additif qui est efficace ou qui protège contre la
radioactivité, en particulier du charbon actif et/ou de la barytine ou un autre additif
- tel que des minéraux contenant du minerai - pour la radioprotection, et/ou au moins
un additif pour neutraliser les produits chimiques dans le matériau problématique,
et/ou
la composition ou le mélange de béton ou le mélange de mortier de la composition contenant
des agrégats ou des matériaux ou également des éléments ou des pièces qui sont de
bons conducteurs thermiques, par exemple en métal ou en minerai métallique, en particulier
avec le fer, l'acier ou le cuivre, notamment pour dissiper la chaleur générée par
la radioactivité ou également par des réactions chimiques.
8. Utilisation d'une composition selon l'une des revendications 1 à 7 pour enfermer ou
sceller des substances problématiques, en particulier des substances problématiques
toxiques et/ou radioactives.
9. Utilisation d'une composition selon l'une des revendications 1 à 7 dans la technique
du bâtiment pour le béton armé ou les éléments de construction en béton tels que les
murs et les fondations de sous-sol, en particulier avec des éléments de renforcement
ou des armatures et/ou en particulier pour éviter les fissures et/ou pour l'imperméabilité
à l'eau ou à l'humidité.
10. Procédé de préparation d'une composition selon l'une des revendications 1 à 7,
dans lequel on mélange un mélange de béton ou de mortier fluide non encore durci et
du bitume visqueux à froid,
dans lequel la fraction de bitume visqueux à froid dans la composition est choisie
entre 0,7 M-% et 40 M-%, en particulier entre 1 M-% et 20 M-% et de préférence entre
2 M-% et 10 M-%,
dans lequel le bitume visqueux à froid est de viscosité faible ou fluide à une température
de traitement à laquelle le mélange de béton ou de mortier durcit, dans une plage
de température de traitement de 5°C à 70°C, en particulier de 10°C à 30°C,
dans lequel le bitume visqueux à froid est un bitume à l' huile végétale modifiée
et contient une ou plusieurs huiles végétales, en particulier de l'huile de colza,
de l'huile de tournesol, de l'huile d'olive ou de l'huile de carthame ou un mélange
de ces huiles, et
dans laquelle la fraction d'huile végétale dans le bitume à l'huile végétale modifiée
est choisie dans une plage allant de 10 M-% à 80 M-%, de préférence de 20 M-% à 60
M-%.
11. Procédé selon la revendication 10, dans lequel le bitume à l'huile végétale modifiée
est produit par
- Le bitume solide ou en blocs est liquéfié ou mis à l'état fluide en le chauffant
à une température d'écoulement d'au moins 140 °C à 180 °C,
- le bitume liquéfié est mélangé de manière homogène avec l'huile végétale, qui est
thermiquement stable au moins jusqu'à la température d'écoulement, par exemple dans
un récipient au moyen d'un agitateur, et le mélange est ensuite refroidi à la température
ambiante ou à la température de traitement.
12. Dispositif de scellement pour sceller des substances toxiques et/ou radioactives problématiques
ou des conteneurs contenant des substances toxiques et/ou radioactives problématiques,
formés au moins partiellement d'une composition durcie selon l'une des revendications
1 à 7 et/ou d'une composition durcie produite par un procédé selon l'une des revendications
10 ou 11.
13. Dispositif de scellement selon la revendication 12, qui enveloppe la substance problématique
ou le conteneur,
par coulée avec la composition non encore durcie, notamment dans une enceinte naturelle
ou artificielle, par exemple dans une cavité souterraine dans la roche ou dans un
bâtiment, ou
sous la forme d'éléments structurels préfabriqués ou d'une enceinte préfabriquée avec
ou à partir de la composition durcie,
dans lequel des éléments conducteurs de chaleur ayant une bonne conductivité thermique,
qui sont par exemple constitués au moins partiellement de métal ou de minerai métallique,
en particulier de fer ou d'acier ou de cuivre, sont incorporés dans la composition
durcie pour dissiper la chaleur qui est générée dans ou sur la substance problématique
en raison de la radioactivité ou également de réactions chimiques.
14. Procédé de scellage de substances toxiques et/ou radioactives problématiques ou de
conteneurs contenant des substances toxiques et/ou radioactives problématiques,
dans lequel les substances ou conteneurs problématiques sont enveloppés ou entourés,
de préférence sur un site de stockage, d'un dispositif de scellement selon la revendication
12 ou 13 ou d'une composition durcie selon l'une des revendications 1 à 7 et/ou d'une
composition durcie produite par un procédé selon l'une des revendications 10 et 11
et/ou
dans lequel la composition selon l'une des revendications 1 à 7 est injectée dans
le sol ou la zone de la surface terrestre ou de la croûte terrestre contaminée par
les substances problématiques.
15. Procédé selon la revendication 14, dans lequel les substances problématiques sont
d'abord liées à partir d'eau contaminée par un agent liant tel que le gypse, puis
scellées sous forme liée.