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INAS: Innovativer Abbruch massiger Stahlbetonstrukturen

Stahlbetonabtrag beim Rückbau kerntechnischer Anlagen

________________ In einem vom Bundesministerium für Bildung und Forschung geförderten Verbundprojekt der Herrenknecht AG und dem KIT wird ein Verfahren zum Abtrag von Stahlbeton entwickelt. Speziell beim Rückbau kerntechnischer Anlagen stellt der definierte Abtrag von Stahlbeton einen zentralen Punkt dar. Dabei wird das Ziel verfolgt, das kontaminierte Material selektiv abzutragen, um das verbleibende Material, das bezogen auf die Gesamtmasse den überwiegenden Anteil bildet, dem normalen Recyclingkreislauf zuführen zu können.

Mit Hartgesteinsschneidtechnik-Erfahrung im Einsatz beim Stahlbetonabtrag

Schematische Darstellung des entwickelten Verfahrens.

Das Entfernen von radioaktiv verunreinigten Stahlbetonstrukturen (d.h. Stahlbetonoberflächen, Rissen in der Bauwerksstruktur sowie Einbauten) ohne den Einsatz von Personen ist eine große Herausforderung beim Rückbau kerntechnischer Anlagen. Dabei müssen alle Bereiche des Containments, des Schutzbereiches der das Umfeld im Falle einer Störung vor radioaktiver Kontaminierung schützt, dekontaminiert werden. Hauptziel ist es, das kontaminierte Material selektiv abzutragen und der Deponierung zuzuführen. Anschließend kann das verbleibende Material, das bezogen auf die Gesamtanlage bzw. Gesamtmassen den überwiegenden Anteil darstellt, dem normalen Recyclingkreislauf zugeführt werden. Es muss ermöglicht werden, dass alle Oberflächen der Bauwerksstruktur gereinigt werden, damit sie freigemessen werden können und so eine klare Trennung von kontaminierten und nicht kontaminierten Baumaterial stattfinden kann.

In einer Kooperation des Instituts für Fahrzeugtechnik und Mobile Arbeitsmaschinen (Mobima) und des Instituts für Technologie und Management im Baubetrieb (TMB) des Karlsruher Institut für Technologie sowie der Herrenknecht AG wird die Entwicklung eines Verfahrens ermöglicht. Im Rahmen des vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) geförderten Verbundprojektes „Innovativer Abbruch massiger Stahlbetonstrukturen“ wird ein System zum räumlich begrenzten, fernhantierten und definierten Abtrag hochbewehrter Stahlbetonstrukturen entwickelt.

Für die wenige Millimeter tiefe Oberflächendekontamination, die an allen Innenwänden kerntechnischer Anlagen durchgeführt werden muss, stehen heute mehrere Verfahren zur Verfügung. Dabei wird in der Regel reiner Beton abgetragen.

Ein Problem besteht aktuell in dem Abbruch und selektiven Tiefenabtrag von Stahlbetonstrukturen im Bereich von Einbauten oder Ausbrüchen. Es existiert bisher kein automatisiertes oder automatisierbares Verfahren, mit dem Beton samt Bewehrung in die Tiefe abgetragen werden kann. Auch gibt es kein Verfahren, das in Rissen angewendet werden kann, in denen Stahlbeton sehr begrenzt, beispielsweise 30 cm tief, ausgefräst werden muss.

Die Hauptproblematik besteht beim gleichzeitigen Schneiden des spröden und abrasiven Betons und des zähen Bewehrungsstahls. Einige Verfahren ermöglichen es, beide Werkstoffe getrennt voneinander zu bearbeiten. Eine gleichzeitige, effiziente Bearbeitung von Stahl und Beton ist unter den erschwerten Bedingungen in kerntechnischen Anlagen momentan jedoch nicht möglich.

Durch eine ausgiebige Analyse von Abtragstechnologien und deren Zusammenwirkung konnte ein Verfahren gefunden werden, dass einen automatisierten Prozessablauf unter den strengen Anforderungen in kerntechnischen Anlagen ermöglicht. Enge Platzverhältnisse schränken allerdings Baugröße und Masse des Gesamtsystems stark ein. Zudem ist der Einsatz von Hilfs- und Kühlmedien wie z.B. Wasser durch die Gefahr der Kontaminations-Verschleppung ebenso wenig möglich wie der Einsatz großer, leistungsstarker Trägergeräte. Diese und noch eine Vielzahl weiterer Anforderungen dienten als Basis zur Ermittlung geeigneter Schneidtechniken.

Kombination aus Hinterschneidtechnologie und Frästechnologie bringt Lösung

Durch die Verbindung einer aktivierten Hinterschneidtechnologie (ähnlich eines angeregten Meißels) zum effizienten Abtrag von reinem Beton mit einer Frästechnologie (bekannt aus der mechanischen Stahlbearbeitung) zum Abtrag von bewehrten Bereichen konnte eine automatisierbare Verfahrenskombination gefunden werden. Beide Technologien können in einem Werkzeugträger integriert werden und ermöglichen bei verhältnismäßig geringen Schnittkräften, Stahlbeton definiert abzutragen. In einem ersten Versuchsdemonstrator konnten auf dem Versuchsgelände des TMB erste Grundlagenversuche durchgeführt werden.

Das Verfahren kombiniert eine aktivierte Hinterschneidetechnologie und eine Frästechnoloie.

Die kontinuierliche Weiterentwicklung des Systems und der Schneidtechnologie durch Einbringung neuster Erkenntnisse aus Versuchsreihen soll das System hinsichtlich Effizienz und Prozesssicherheit für den praktischen Einsatz in einer kerntechnischen Anlage weiter verbessern. Damit ist das Ziel näher gerückt, den zuständigen Unternehmen beim Rückbau kerntechnischer Anlagen zum ersten Mal zu ermöglichen, hochbewehrten, radioaktiv stark kontaminierten Stahlbeton automatisiert und fernhantiert abzutragen und dabei den Einsatz von Personal in aktivierten Bereichen zu reduzieren.

Der große Erfahrungsschatz der Herrenknecht AG im Schneiden von Gestein und speziell bei Hartgesteinsschneidtechniken schafft die Voraussetzungen für das Projekt. Dabei ermöglicht es, das bestehende Know-How in andere technische Bereiche (abseits des Tunnelbaus) einzusetzen und zu erweitern.

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