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Verfüllbaustoffe für Erdwärmesonden - Worauf kommt's an?

Dietrich, Jörg

Für einen effizienten und sicheren Betrieb von Erdwärmesonden sind die baustofftechnischen Eigenschaften des zur Ringraumverfüllung verwendeten Baustoffes wesentlich. Um alle Anforderungen zu erfüllen, die bei derartigen Verfüllmaßnahmen an den Baustoff gestellt werden, erfolgte die Entwicklung speziell abgestimmter werksfertiger Baustoffrezepturen. Diese Produkte werden auf der Baustelle nur noch mit Wasser angemischt und die so erhaltene Baustoffsuspension ist sofort einsatzfähig. Beim Anmischen der Verfüllsuspension ist der vom Hersteller auf dem technischen Merkblatt angegebene Wasser/Feststoff-Wert (Massenverhältnis zwischen Trockenbaustoff und Anmachwasser) einzuhalten. Um das richtige Mischungsverhältnis von Baustoff und Wasser zu kontrollieren, ist es in der Praxis am sinnvollsten, die Suspensionsdichte zu messen. Die Fließeigenschaften und die Stabilität der Suspension werden durch den im Baustoff enthaltenen Tonmineralanteil gesteuert. Eine hohe Fließfähigkeit und eine ausreichende Sedimentationsstabilität sind wesentlich, um eine fehlstellenfreie Verfüllung des Ringraumes zu erreichen. Nur so kann nach der Erhärtung des Baustoffes eine gute thermische Kopplung zwischen Erdreich und dem Sondenrohr sichergestellt werden. Die Beurteilung der Sedimentationsstabilität der Baustoffsuspension erfolgt anhand des Absetzmaßes. Zur Bestimmung des Absetzmaßes wird ein mit Suspension gefüllter Standzylinder (250 ml) 24 Stunden erschütterungsfrei und verdunstungsgeschützt (Folienabdeckung) gelagert. Wichtig für eine langfristige Stabilisierung der Sonde ist eine zielsichere Festigkeitsentwicklung des Baustoffes. Baustoffkörper mit einer einaxialen Druckfestigkeit von mindestens 0,2 MPa können als erosionsstabil angesehen werden. Da der Baustoffkörper zusätzlich die Aufgabe hat, die Erdwärmesonde vor punktuellen Belastungen zu schützen, sollte die Endfestigkeit der verwendeten Verfüllbaustoffe jedoch mindestens 1 MPa betragen. Bei ausreichender Wärmeleitfähigkeit des Umgebungsgesteins nimmt der Wärmefluss zwischen Erdreich und Sondenrohr bei sonst gleichen Randbedingungen mit steigender Wärmeleitfähigkeit des Verfüllbaustoffes zu. Daher sind zur Erhöhung der Systemeffizienz Baustoffrezepturen anzustreben, deren Wärmeleitfähigkeit mindestens der des umgebenden Untergrundes entspricht.