Untersuchungen zur mechanischen Dekontamination von Betoninnenkanten

Dekontaminationsarbeiten sind für den Rückbau kerntechnischer Anlagen unerlässlich, da nur so eine Trennung und anschließende Klassifizierung der Reststoffe möglich ist und somit eine Kontaminationsfreiheit sichergestellt werden kann. Neben den rein metallischen Bauteilen besteht ein wesentlicher Teil der zu dekontaminierenden Gebäudestruktur aus Stahlbeton. Diese trägt den Hauptteil ihrer Kontamination an der Oberfläche oder wenige Millimeter tief eingedrungen. Der Abtrag bei ebenmäßigen, großen Flächen erfolgt nach aktuellem Stand der Technik maschinell, komplexere Stör- und Engstellen werden teilautomatisiert durch Personal vor Ort bearbeitet. ... mehrDie technische Problematik an diesen Rückbaumaßnahmen stellen die unterschiedlichen geometrischen Bauwerksstrukturen dar, da neben den zahlreichen Innenkanten und -ecken auch statisch und bautechnisch relevante Geometrien wie Rücksprünge, Unterzüge, Vertiefungen und Durchführungen zu dekontaminieren sind. Bei der Dekontamination von Geometrien wie Innenkanten geraten großflächige Maschinenentwicklungen an ihre Grenzen, was durch teilautomatisierte Handwerkzeuge kompensiert werden muss. Die Werkzeuganforderungen für die Aufgabe der Innenkantendekontamination sind hoch, momentan werden hierfür universelle Werkzeuge und Arbeitsgeräte aus dem konventionellen Rückbaubereich verwendet, die nicht speziell für diesen Anwendungsfall entwickelt wurden.
Für die Problematik der Innenkantendekontamination wurden in einem vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) geförderten Forschungsprojekt mehrere Demonstratorwerkzeuge und ein zugehöriger Versuchsstand entwickelt, um neuartige Ansätze zur mechanischen Dekontamination von Innenkanten zu untersuchen. Der Fokus lag hierbei auf dem Abtrag durch Diamantscheiben, die in unterschiedlichen Konstellationen angetrieben und zum Abtrag von Beton eingesetzt wurden. Durch die Untersuchung zur mechanischen Dekontamination von Betoninnenkanten soll die Handhabbarkeit des Werkzeugs erhöht werden, die Emissionen für den Nutzer verringert und eine möglichst große Abtragsleistung erreicht werden. Es soll zum einen ein exakterer Abtrag der Kontamination ermöglicht werden, um eine leichtere Separation von Abfällen aus dem kerntechnischen Bereich zu erreichen. Zum anderen sollen durch die Untersuchungen Möglichkeiten aufgezeigt werden, den Zeitbedarf für die Dekontamination von Innenkanten und anderen Störstellen zu verringern. Ein weiterer Untersuchungspunkt dieser Arbeit ist die Oberflächenqualität der bearbeiteten Stelle im Hinblick auf die Freimessbarkeit, da eine Freigabe von dekontaminierten Oberflächen nach der Strahlenschutzverordnung nur nach erfolgter Freimessung erfolgen kann (StrlSchV 2018).
Es erfolgt eine experimentelle Untersuchung zur mechanischen Dekontamination von Betoninnenkanten durch die inneren Einflussfaktoren:
- Eindringtiefe (Zustellung) - Zeitbedarf (Vorschub)
- Bearbeitungsrichtung (Laufrichtung) - Antriebsrichtung (Laufrichtung)
- Typ des Demonstrators

Die äußeren Anforderungsfaktoren wurden am Versuchsstand durch ein Versuchsprogramm untersucht und bestanden aus:
- Kraftbedarf für den Nutzer - Auftretende Vibrationen
- Lärmentwicklung (Schallpegel) - Abtragsleistung
- Staubmengenentwicklung - Werkzeuggewicht
- Staubkorngrößenmessung - Oberflächenqualitätsbestimmung

Diese Faktoren wurden ermittelt und anschließend experimentell an den verschiedenen Betonfestigkeiten C25/30 und C30/37 in der Innenkante als auch der horizontalen Ebene untersucht und ausgewertet.
Die Demonstratoren wurden auf Grundlage der Ergebnisse in den verschiedenen Ausgangskategorien unter Berücksichtigung der Einflussfaktoren bewertet. Die Kategorien der einzelnen Faktoren wurden gewichtet und zu einem Gesamtergebnis zusammengefasst. Die Arbeit trägt zu einem besseren Verständnis der Dekontamination von Innenkanten und Störstellen bei.

Decontamination is essential for dismantling nuclear facilities, as this is the only way to separate and subsequently classify the deconstruction materials and therefore ensure that they are free of contamination. In addition to the metallic components, a significant part of the building structure to be decontaminated consists of reinforced concrete, which bears the bulk of its contamination on the surface or a few millimeters below. According to the current state of the art, the removal of even, large areas is carried out mechanically, while more complex bottlenecks are processed semi-automatically by personnel on site. ... mehrThe technical problems associated with these deconstruction measures are the different geometric structures of the building, since in addition to the numerous inner edges and corners, statically and structurally relevant geometries such as recesses, beams, and penetrations also have to be decontaminated. This is where large-scale machine and tool developments reach their limits, which has to be compensated for by semi-automated hand tools. The tool requirements for the application of inner edge decontamination are high, at the moment universal tools and equipment from the conventional dismantling sector are used for this purpose, which have not been specially developed for this application.
For this purpose of decontaminating inner edges, several demonstrator tools and an associated test rig were developed in a research project funded by the German Federal Ministry of Education and Research (BMBF) to research new approaches for mechanical decontamination of complexe structures. The focus was on the removal by diamond discs, which were driven in different constellations and used for the removal of concrete.
The investigation of the mechanical decontamination of concrete inner edges is intended to increase the manageability of the tool, reduce emissions for the user and achieve the highest possible removal rate. This research should identify ways to reduce the time required for decontamination of inner edges and other trouble spots. Another research focus of this work is the surface quality of the processed area with regard to clearance measurability, since, according to the Radiation Protection Ordinance (Strahlenschutzverordnung), decontaminated surfaces can only be released after clearance measurement has been carried out.
The experimental research was carried out on the mechanical decontamination of inner edges on concrete structures through internal influencing factors
- Penetration depth (infeed) - Time requirement (feed rate)
- Process direction (running direction) - Drive direction (rotation direction)
- Type of demonstrator

The external requirement factors were investigated on the test bench by means of a test programme and consisted of:
- Occurring forces for the user - Occurring vibrations
- Noise development (sound level) - Removal rate
- Dust quantity - Tool weight
- Dust particle size - Surface quality

These factors were determined and then experimentally investigated and evaluated on the different concrete strengths C25/30 and C30/37 in the inner edge as well as the horizontal level.
The demonstrators were evaluated on the basis of the results in the different initial categories, taking into account the influencing factors. The categories of the individual factors were weighted and combined into an overall result. The overall goal is to improve decontamination of inner edges and other imperfections.