Untersuchungen zum Quellverhalten
von Anhydrit und quellfähigen Tonmineralen

Dissertation Florian Rauh

Seit man vor etwa 150 Jahren mit dem modernen Hohlraumbau begonnen hat, traten immer wieder gravierende Probleme mit quellendem Gebirge auf(1). Auch bei zukünftigen Bauprojekten (z. B. Stuttgart 21) wird mit Schwierigkeiten durch quellendes Material gerechnet. Ziel dieser Arbeit ist es einen weiteren Beitrag zu leisten um in der Zukunft dieses Phänomen besser beherrschen zu können.

Vorgehen:
Es wurden sowohl natürliche, quellfähige Tonproben als auch aufbereitete Na- und Ca-Bentonite für die Versuche herangezogen. Ebenso konnten 4 Anhydritproben aus aktuellen Tunnelvortrieben und je 1 Anhydritprobe aus einem Erkundungsprogramm und einem Steinbruch entnommen werden. Alle Proben werden eingehend mit unterschiedlichsten Methoden mineralogisch und geochemisch (Dünnschliffanalyse, Rasterelektronenmikroskopie, Röntgendiffraktometrie etc.) untersucht. Parallel dazu wird Ihre Quellfähigkeit mit verschieden Quellversuchen getestet.

Pulverquellversuch nach THURO (1993)(2):
Die meisten Quelluntersuchungen werden mit Hilfe des Pulverquellversuches (PQ) durchgeführt. Zum Einen kann mit diesem Versuch jegliches Probenmaterial in relativ kurzer Zeit getestet werden, zum Anderen sollte der Versuch weiterentwickelt und verbessert werden.
Beim PQ wird die getrocknete und ge-mahlene Probe in mehreren Schichten in die Ödometerzelle (s. Abb.) eingebaut. Nach der Wasserzugabe wird die Quellhebung in mm an der Messuhr abgelesen.

Abbildung: Skizze des Versuchsaufbaus beim Pulverquellversuch („Ödometerzelle“)

Ergebnisse:
Erstmals wird versucht eine Korrelation zwischen verschiedenen Arten von langwierigen Quelldruckversuchen und dem wesentlich schneller ablaufenden Pulverquellversuch herzustellen. Nach den bisherigen Erkenntnissen scheint sich eine in etwa lineare Abhängigkeit zu ergeben.
Bei den reinen Anhydritproben zeichnet sich bei identisch aufgebereitetem Material unterschiedliches Quellpotential ab. Nach dem momentanen Stand der Arbeiten lässt sich die Quelleigenschaft am besten anhand der Kristallinität(3) mithilfe von Dünnschliffen beurteilen. Bemerkenswert ist dabei der Zusammenhang zwischen Quellpotential und Metamorphosegrad bzw. ehemaliger Überlagerung.