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Langzeitquellenverhalten von Tongesteinen und tonigen Sulfatgesteinen
Zusammenfassung
Sowohl bei Tongesteinen, wie beispielsweise Opalinuston, als auch bei Sulfatgesteinen ist nebst dem Überlagerungsdruck die mineralogische Zusammensetzung des Gesteins von massgebender Bedeutung für das Quellverhalten.
Bei den Tongesteinen wächst das Quellpotential mit zunehmendem Tongehalt und der spezifischen Oberfläche des Tons. Quelldrücke grösser als 2 MPa und Quellmasse grösser als 10 % sind aber bei Tiefen bis 300 m eher selten.
Bei den Sulfatgesteinen ist der Zusammenhang zwischen Quellverhalten und mineralogischer Zusammensetzung komplizierter, weil hier auch das Gefüge eine grosse Rolle spielt. Das Gefüge bestimmt den zeitlichen Verlauf und die Ausnützung des vorhandenen mineralogischen Quellpotentials.
Gesteine aus massigem Anhydrit sind nicht quellfähig. Anhydritgesteine mit einem Tongehalt von 5 % verursachen schon Quelldrücke grösser als 1 MPa (axiale Deformationen kleiner als 1 %). Ein Maximum an Quellvermögen haben Gesteine mit einer Zusammensetzung von 10 bis 15 % Ton und 70 bis 75 % Anhydrit. Hier wurden Quelldrücke grösser als 4 MPa gemessen (axiale Deformationen kleiner als 2.5 %). Bei Proben mit einem Tongehalt grösser als 15 %, resp. einem Anhydritgehalt kleiner als 70 %, nimmt das Quellpotential wieder ab.
Das Quellmass tonhaItiger Anhydritgesteine ist direkt von der Menge des in Gips umgewandelten Anhydrits abhängig. Auch hier spielt der Tongehalt eine grosse Rolle. Gesteine ohne Ton (massiger Anhydrit) sind trotz Versuchsdauer von bis zu sechs Jahren nicht gequollen.
J
e mehr Ton eine Ton-Anhydritprobe enthält, desto rascher wandelt sich der Anhydrit in Gips um. Bei Proben mit 5 % Ton wurden nach einer Versuchsdauer von zwei Jahren schon Quellmasse grösser als 100 % gemessen bei allseitig unbehinderter Quellung. Dabei wandelten sich 90 % des Anhydrits in Gips um.
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