Mit Spezialbaustoff gegen unterirdischen Haldenbrand

Auf Goslarer Deponie brennt Sodaschlacke in 13 Metern Tiefe mit 700 °C: Fachingenieure pressen eigens entwickelten Verfüllbaustoff in den Brandherd

Wasserdampf trat aus, plötzlich bildeten sich Kavernen – das waren die äußerlichen Zeichen, dass es in der Tiefe brodelte. Auch meldete einer der 504 Überwachungssensoren auf dem Haldengelände der stillgelegten Wälzschlackendeponie in Goslar-Oker beunruhigende 700 Grad Celsius aus dem Bereich der nördlichen Vorschüttung. Unter der Wälzschlacke und einem drei Meter mächtigen Tonriegel kochte die Sodaschlacke: ein Glimmbrand tief im Deponiekörper. Der Tonriegel – einst aufgebracht, um die Sodaschlackendeponie zu verschließen – zeigte schon einen Riss. Gegenmaßnahmen waren dingend geboten.

Seit 1979 begutachtet Dipl.-Ing. Michael Struve, Mitarbeiter der Braunschweiger Prof. Dr.-Ing. W. Hartung + Partner Ingenieurgesellschaft mbH, im Auftrag der Harz-Metall GmbH die Deponie in Goslar. Ein enges Netz stationärer Sensoren steht ihm zur Verfügung, um die Temperaturentwicklung und Ausgasung des Deponiekörpers zu überwachen. Der aktuelle „Hotspot“ bei Messstelle 479 erforderte ein rasches Handeln. „Sodaschlacke ist das unangenehmste Material, das wir kennen – mit Energiepotenzial für Jahre,“ meint der leitende Ingenieur. „Es bedarf eines hohen technischen Aufwands zur Lösung eines Brandproblems in großer Tiefe.“

Transportbetonmischer an Großmastpumpe: Mitarbeiter der CEMEX Deutschland AG liefern das „Löschmittel“

Kernidee des Brandbekämpfungskonzepts: dem Glimmbrand den Sauerstoff zu nehmen und ihn zu ersticken. Michael Struve und sein Team benötigten eine Suspension mit fest definierten Eigenschaften, die sie um und in den Brandherd verpressen wollten, um die Temperaturen zurückzufahren und unterirdische Hohlräume zu füllen.

„Als Herr Struve uns die gesuchten Baustoffeigenschaften beschrieb, war sofort klar: Das wird keine Standardrezeptur“, erklärt Jürgen Malcherek, Produktleiter Spezialbaustoffe im Bereich Nord-Ost der CEMEX Deutschland AG. „Gefordert war ein extrem fließfähiges, gut pumpbares Material, das auch unter höherem Pumpendruck zusammenhält. Es sollte gegen den Druck des Dampfs aus dem Bohrloch und des Deponiekörpers anarbeiten können, sich dann im Deponiekörper verteilen und seine Festigkeit sicher erreichen. Die größte Herausforderung: Der Wassergehalt im Baustoff musste extrem gering sein, maximal erlaubt waren 15 Prozent.“ Bei einem höheren Wasseranteil hätte sich beim Kontakt des Baustoffs mit der erhitzten Brandherdumgebung unter dem Tonriegel schlagartig ein Dampfdruck von einigen hundert Bar aufgebaut – mit der Folge einer akuten Explosionsgefahr.

Gut fließ- und pumpfähig: der eigens für die Brandbekämpfung konzipierte Verfüllbaustoff

Die Berliner Baustofftechnologen von CEMEX Deutschland um Oliver Koch entwickelten ein Material speziell für die Anwendung in der Deponie der Harz-Metall GmbH. Sie kombinierten den Verfüllbaustoff füma mit Eigenschaften des fließfähigen leichverdichtenden Betons aaton. Als Bindemittel verwendeten sie Zement und Flugasche mit einem anforderungsgemäß geringen Glühverlust. Mit einem Zusatzmittel von CEMEX Admixtures auf der Basis von Polycarboxylat stellten sie die Konsistenz und Fließfähigkeit exakt ein und konnten den Wasseranteil minimieren. Der neuartige Verfüllbaustoff hatte sich rigorosen Eignungsprüfungen hinsichtlich Zusammensetzung, Pumpfähigkeit, Sedimentationsverhalten, Druckfestigkeit und Rohdichte zu unterziehen. Die Mitarbeiter der Werkgruppe Börde/Harz bereiteten ihre Anlagen Bad Harzburg und Wernigerode auf eine Kapazität von bis zu 80 Kubikmeter pro Stunde vor. Da der Haldenbrand stark im Fokus der öffentlichen Aufmerksamkeit stand, präsentierten das Ingenieurbüro und die CEMEX Deutschland AG ihr Brandbekämpfungs- und Baustoffkonzept vorab den Genehmigungsbehörden, der Kommune und interessierten Bürgern.

Ende Oktober 2007 stand die Bewährungsprobe an, die Harz-Metall GmbH rief den neuen Spezialbaustoff ab. Die Prof. Dr.-Ing. W. Hartung + Partner Ingenieurgesellschaft mbH ließ Bohrlöcher in den Deponiekörper treiben und Verpressrohre einrammen, die alle bis unter den Tonriegel und von denen einige selbst bis unter den 13 Meter tief liegenden Brandherd reichten. Die Mitarbeiter der Pumpenabteilung von CEMEX Deutschland hatten einen Spezialflansch gefertigt, um die Mastspitze einer 36-Meter-Großmastpumpe an die Verpressrohre anzuschließen. In dem hochsensiblen Deponiebereich galten strenge Arbeitsschutzbestimmungen; so hielten die Fahrer der Transportbetonmischer und die Pumpenmaschinisten einen Sicherheitsabstand zum Verrohrungsbereich ein, und laufende Messungen überwachten, ob nur unbedenkliche Wasserdampfschwaden oder auch Gase aus den Bohrlöchern austraten.

Für den Anschluss der Betonpumpe an die Verpress-rohre hat die Pumpenabteilung von CEMEX Deutschland einen Spezialflansch entwickelt

Als eine neue Bohrung länger dauerte als geplant, sagte CEMEX-Vertriebsmitarbeiter Dieter Koch am Rande der Verfüllungsmaßnahme: „Irgendwann wird der Baustoff natürlich auch hart.“ Damit beschrieb er lakonisch die Spitze eines logistischen Eisbergs: Wie lang die einzelnen Arbeitsschritte dauern würden, wie viele Bohrlöcher notwendig sein und wie viel Baustoff sie jeweils aufnehmen würden, das war selbst für Experten im Vorfeld schwer abzuschätzen. Drei Transportbetonmischer, die Großmastpumpe und das Lieferwerk Bad Harzburg standen für den Auftraggeber Harz-Metall GmbH abrufbereit.

Der Fachingenieur Michael Struve hauste den Brandherd zunächst mit Bohrungen von der Seite und von oben ein. Als es gelungen war, die Sauerstoffzufuhr zu drosseln, folgten zusätzliche senkrechte Bohrungen in den Haldenkörper, um den Verfüllbaustoff ins Zentrum des Brandes zu pressen und Hohlräume zu schließen. Nach einer Woche und acht Bohrungen meldeten die Messstationen deutlich niedrigere Temperaturen aus dem Untergrund. 300 Kubikmeter der füma-aaton-Kombination hatten ausgereicht, um die Ruhe im Berg wiederherzustellen.

Der 36-Meter-Mastarm der Betonpumpe gewährleistet einen ausreichenden Sicherheitsabstand

„Für die Harz-Metall GmbH war das eine sehr erfolgreiche Maßnahme, der Zeit- und Baustoffbedarf fiel weit geringer aus als gedacht“, meint Jürgen Malcherek. Nach der Besonderheit dieses Auftrags gefragt, muss er nicht lang überlegen: „Wir haben einen Baustoff speziell für einen Kunden kreiert und damit einen Brand gelöscht. Es ist uns gelungen, das Material mit unserem technologischen Know-how an die besondere Situation anzupassen. Dabei freut uns besonders, dass der Auftraggeber uns als Systemlieferanten gefordert hat und wir die angestrebte Problemlösung von der Baustoffkonzeption bis hin zum Einbau begleiten konnten.“

In seiner Dokumentation des Sachstands vom 20. November 2007 konnte Dipl.-Ing. Michael Struve berichten: „Die Temperaturauswertungen und die Gasanalysen zeigen den erfolgreichen Verlauf der Brandbekämpfungsmaßnahme unter der nördlichen Vorschüttung.“ Die aktuell gemessenen Temperaturen gäben keinen Hinweis auf einen weiteren Brandherd in diesem Bereich, und das Einbringen des Verfüllbaustoffs mit Betonpumpe über Spezialflansch an ein gerammtes Rohr habe sich bewährt. „Der Verfüllbaustoff der Fa. CEMEX hat alle gestellten Anforderungen erfüllt. In die Schrägbohrung B 7 mit 89 mm Querschnitt sind allein 146 Kubikmeter Material gepumpt worden, was für die hervorragenden Fließeigenschaften des Materials spricht.“