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BETONANGRIFF DURCH SÄURE- UND SULFATHALTIGES GRUNDWASSER

Verbreitung und Schadenspotenzial surer und sulfatreicher Grundwässer in Deutschland unter besonderer Berücksichtigung des Wiederanstiegs des Grundwasserspiegels - Teil 1: Sachstandbericht

Projektdauer: 2009 bis 2010

In verschiedenen Regionen in Deutschland treten im Grundwasser erhöhte Säure- und Sulfatkonzentrationen auf. Häufig sind solche Vorkommen anthropogenen Ursprungs und treten meist nur lokal und über kurze Zeiträume auf, so dass sich i.d.R. daraus keine langzeitliche und/oder großflächige Beeinträchtigung der Dauerhaftigkeit für Betonbauwerke einstellt. Mit einem hohen Gefährdungspotenzial durch saures und sulfatreiches Grundwasser ist jedoch in erster Linie dann zu rechnen, wenn die Ursache auf die Oxidation von Eisendisulfid in ausgedehnten Bereichen zurückzuführen ist. Großflächig findet Eisendisulfidoxidation vorwiegend in Regionen von Braunkohletagebauen statt. Zum einen können durch die bergbaulich bedingte Grundwasserabsenkung Belüftungs- und damit Oxidationsprozesse in tieferen Bodenschichten initiiert werden. Zum anderen lagert oxidierendes eisendisulfidhaltiges Abraummaterial auf Tagebaukippen und setzt im Laufe der Zeit über Sickerwässer erhebliche Frachten an Schwefelsäure und Eisensulfat ins Grundwasser frei. Liegen in solchen Bereichen gleichzeitig erhöhte Carbonatvorkommen vor, kann die freigesetzte Säure teilweise oder vollständig abgepuffert werden. Während bei teilweiser Pufferung erhöhte Gehalte an Sulfat und kalklösender Kohlensäure auftreten, beschränkt sich die Belastung des Grundwassers bei vollständiger Säurepufferung auf erhöhte Sulfatkonzentrationen. In einigen Regionen ist bereits ein Stoffaustrag an solchen Oxidationsprodukten von Eisendisulfid in das Grundwasser der Umgebung von Tagebauen zu beobachten. Erste Prognosemodelle lassen darauf schließen, dass auch in den nächsten Jahrzehnten in solchen Gebieten noch mit einem nicht unerheblichen Stoffaustrag zu rechnen ist, was nicht zuletzt auf den Grundwasserwiederanstieg infolge der Einstellung bergbaulicher Sümpfungsmaßnahmen zurückzuführen ist. Am Beispiel des Lausitzer und Mitteldeutschen sowie des Rheinischen Bergbaureviers wird die Entwicklung der Grundwasserbeschaffenheit in der Umgebung von Tagebauen erläutert, wobei hierzu bislang erst ansatzweise detailliertere Kenntnisse vorliegen. Auf Basis charakteristischer Beschaffenheiten bergbaulich belasteter Grundwässer wird deren Betonaggressivität bewertet, wobei wesentliche Einflussfaktoren, wie z.B. Transportbedingungen, Betonzusammensetzung etc., berücksichtigt werden. Nicht zuletzt aufgrund fehlender umfangreicher Kenntnisse über Endgrundwasserstände (nach Abschluss des Grundwasserwiederanstiegs), Strömungsverhältnisse bzw. Orientierung des Stoffaustrags in Verbindung mit der Gründungstiefe vorhandener Bauwerke lässt sich momentan das Schädigungsausmaß infolge des Betonangriffs durch bergbaulich belastete Grundwasser quantitativ nicht genau beschreiben. Die Auswirkungen der durch Eisendisulfidoxidation mineralisierten Wässer auf deren Angriffspotenzial auf Betonbauwerke werden daher anhand aktueller Forschungsergebnisse zum kombinierten Säure-Sulfat-Angriff auf Beton sowie der Ergebnisse aus Untersuchungen an Säure- bzw. sulfatgeschädigten Bauwerken abgeleitet. Mit Hilfe bisheriger Kenntnisse über die Schädigungsmechanismen bei Einwirkung saurer und sulfatreicher Wässer auf Beton lässt sich der Korrosionsfortschritt für charakteristische Angriffsszenarien unter Berücksichtigung wesentlicher Randbedingungen jedoch näherungsweise abschätzen. Um dem Angriffspotential durch bergbaulich belastete Grundwässer auf Bauwerke wirksam zu begegnen, sind Maßnahmen zu ergreifen, die den Angriffsgrad des angreifenden Mediums verringern bzw. den Widerstand betroffener Bauwerke erhöhen. Hierzu werden im vorliegenden Bericht einzelne, in der Praxis bewährte Methoden beispielhaft aufgeführt.