Materialcharak­terisierung von 40 Jahre altem KKW-Beton

Projektdaten

Titel | Title Charakterisierung der statischen und dynamischen Materialeigenschaften von 40 Jahre altem KKW-Beton | Characterization of the static and dynamic material properties of 40-year-old nuclear power plant concrete Förderer | Funding Bundesministerium für Umwelt, Klimaschutz, Naturschutz und nukleare Sicherheit (BMUKN) / GRS Zeitraum | Period 07/2026 – 06/2029 Projektleitung | Project leader apl. Prof. Dr.-Ing. Birgit Beckmann Bearbeiterin | Contributor Ghazaleh Taheri

Kurzfassung

Kernkraftwerke stellen zusammen mit Zwischenlagern, Endlagern und aktiven nuklearen Anlagen kritische Infrastrukturen dar, deren strukturelle Integrität über eine geplante Nutzungsdauer, die typischerweise mehr als 40 Jahre beträgt, aufrechterhalten werden muss. Da diese Anlagen größtenteils aus Stahlbeton gebaut sind, ist ein detailliertes Verständnis des Verhaltens des verwendeten Betons entscheidend, um ihre sichere und zuverlässige Funktion über lange Zeiträume zu gewährleisten.

Dieses Projekt untersucht etwa 40 Jahre alten Beton, der aus einem in Betrieb befindlichen Kernkraftwerk entnommen wurde. Ziel ist es, eine Vielzahl von Materialeigenschaften zu charakterisieren. Die Proben dafür wurden von verschiedenen Seiten einer zwei Meter dicken Betonwand entnommen. Um ein vollständiges Bild der Eigenschaften dieses 40 Jahre alten Materials zu erhalten, ist eine Reihe experimenteller Untersuchungen geplant.

Die erste Phase umfasst statische Tests. Dazu gehören einaxiale und mehraxiale Druckversuche, Zugversuche sowie die Messung des Elastizitätsmoduls des Betons, ergänzt durch Zugversuche am Bewehrungsstahl. Die Ergebnisse des gealterten Materials werden mit denen von neu produziertem Beton verglichen, um altersbedingte Veränderungen im mechanischen Verhalten zu identifizieren. Die zweite Phase beinhaltet Kriechversuche des gealterten Betons, ergänzt durch mikrostrukturelle Analysen mittels Rasterelektronenmikroskopie (REM) in Kombination mit energiedispersiver Röntgenspektroskopie (EDX). Diese Methoden liefern Einblicke in das Langzeitverformungsverhalten des Betons sowie in seine mikrostrukturellen und zusammensetzungsbezogenen Eigenschaften. Die dritte Phase umfasst dynamische Materialtests in einem Split-Hopkinson-Bar (SHB), um die dynamische Festigkeitssteigerung des gealterten Betons unter Belastung mit hohen Dehnraten zu bestimmen. Auch hier werden die Ergebnisse mit den entsprechenden dynamischen Eigenschaften von neuem Beton verglichen.​

​Die Ergebnisse dieser experimentellen Untersuchungen sollen zur Instandhaltung und zum Entwurf von Betonbauwerken beitragen. Ein tieferes Verständnis des Verhaltens von gealtertem Beton bildet eine wesentliche Grundlage für die Bewertung bestehender Strukturen sowie für die Weiterentwicklung und Verfeinerung von Reparaturmaßnahmen und analytischen Methoden. Dies ist von besonderer Bedeutung für Sicherheitsbewertungen, die sich mit der Dauerhaftigkeit und strukturellen Integrität von nuklearen Anlagen befassen.