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Technischer Bericht NTB 82-05
Herstellung und Homogenität hochverdichteter Bentonitproben
Eine im Auftrag der Nagra durchgeführte Projektstudie für die Endlagerung hochaktiver Abfälle in tiefen geologischen Formationen sowie Literaturstudien haben gezeigt, dass sich Bentonit für das von der Nagra vorgesehene Endlagerkonzept für hochaktive Abfälle und schweizerische Verhältnisse als Verfüll- und Versiegelungsmaterial eignen könnte.
In der Folge hat die Nagra das Institut für Grundbau und Bodenmechanik an der ETH-Zürich (IGB) mit der Untersuchung von verschiedenen Bentoniten beauftragt.
Die Untersuchungen konzentrieren sich auf den durch die Schweden vorgesehenen Na-Bentonit MX-80 aus Wyoming und den geographisch günstiger gelegenen Ca-Bentonit Montigel aus Bayern. Beim Montigel werden sowohl das Pulver wie auch das Granulat, welches in der Verarbeitung gewisse Vorteile zeigt, untersucht.
Im Rahmen der vorgesehenen Arbeiten wurde zur Herstellung von hochverdichteten Bentonitproben eine neue Verdichtungsmulde entworfen und in der Werkstatt des IGB konstruiert. Diese Mulde ist im Bericht beschrieben und das Vorgehen bei der Verdichtung erläutert. Die Proben werden mit zwei beweglichen Verdichtungsstempeln bei Pressdrücken von bis 500 kN (200 MN/m2) und mehr statisch zusammengepresst, wobei Trockendichten von über 2.0 Mg/m3 erreicht werden können.
Eine grosse Anzahl von Verdichtungsversuchen – meist zur Herstellung von Probekörpern für Quellversuche – wurde durchgeführt und ausgewertet mit dem Ziel, die Verdichtungseigenschaften von Bentoniten im hochverdichteten Bereich abzuklären. Insbesondere wurden die Beziehungen zwischen dem Einbauwassergehalt, dem Pressdruck und der erreichten Trockendichte für die drei Bentonite MX-80 (Granulat), Montigel (Pulver) und Montigel K (Granulat) untersucht. Es zeigte sich dabei, dass die Anlieferungswassergehalte der drei Bentonite von ca. 8 – 10 % günstig liegen für die Herstellung von hochverdichteten Proben mit Trockendichten um 2.0 Mg/m3. Der Vergleich der drei Bentonitsorten ergibt, dass die beiden Bentonite in der Granulatform sich mit geringeren Pressdrücken verdichten lassen als der pulverförmige Bentonit.
Aufgrund von röntgenographischen und druckporosimetrischen Untersuchungen kann gesagt werden, dass die hochverdichteten Bentonitprobekörper als weitgehend homogen betrachtet werden dürfen, sowohl bezüglich ihrer Dichte wie auch bezüglich ihrer Porenradienverteilung.