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Jun 11, 2023

Zukunft der Überschwemmungen

CO2-arme Betonmischungen, die in einem Hochwasserschutzprojekt in Northumberland getestet werden, könnten eine wichtige Umweltlösung für zukünftige Projekte sein. Starke Regenfälle während des Sturms Desmond im Dezember 2015

CO2-arme Betonmischungen, die in einem Hochwasserschutzprojekt in Northumberland getestet werden, könnten eine wichtige Umweltlösung für zukünftige Projekte sein.

Starke Regenfälle während des Sturms Desmond im Dezember 2015 führten dazu, dass der Fluss Tyne nördlich des Stadtzentrums von Hexham in Northumberland über die Ufer trat. Die Industriegebiete Bridge End und Tyne Mills – die auf gegenüberliegenden Seiten des Flusses liegen – wurden überflutet, wobei 90 Grundstücke, darunter Unternehmen, örtliche Dienstleistungen und drei Häuser, betroffen waren. Es gab keinen Hochwasserschutz, der sie schützte.

Da die Industriegebiete einen wichtigen Beitrag zur lokalen Wirtschaft leisten, wurde entschieden, dass der Bau von Hochwasserschutzanlagen zu ihrem künftigen Schutz unerlässlich sei. Dies führte zum 6,5 Millionen Pfund teuren Hexham Flood Alleviation Scheme, das gerade abgeschlossen wurde.

Das Erbe könnte viel umfassender sein als nur der Schutz von Hexham, da die Umweltbehörde mit dem Bauunternehmer Bam Nuttall und dem Designer Arup zusammenarbeitete, um kohlenstoffarme Betonmischungen für das Projekt zu testen.

Kunden von Infrastrukturprojekten werden dieses Schema bei der Auswahl ihrer Betonmischungen für dauerhafte Bauwerke in Zukunft berücksichtigen, da der Versuch zum ersten Mal das Testen von Mischungen in dauerhaften Bauwerken beinhaltet.

Nach Angaben des Projektteams enthalten diese von Tarmac entwickelten Betonmischungen nur einen geringen Anteil des Kohlendioxidäquivalents, das in gewöhnlichem Portlandzement CEM 1 enthalten ist.

Beide werden derzeit nicht durch britische Standards abgedeckt.

Von der Umweltbehörde nach der Überschwemmung 2015 durchgeführte Modellierungen zeigten, dass das Tyne Mills Industrial Estate am Südufer des Tyne in jedem Jahr ein Überschwemmungsrisiko von 2 % hatte. Das Industriegebiet Bridge End am Nordufer hatte eine Überschwemmungswahrscheinlichkeit von 1,33 %.

Das Hochwasserschutzprogramm umfasst den Bau von Hochwasserschutzanlagen, um diesen Wert für beide Industriegebiete auf 1 % zu senken.

Als primäre Lösung wurden Überschwemmungswände aus Stahlbeton mit Höhen zwischen 1 m und 1,5 m identifiziert. Der Entwurf umfasste eine 195 m lange Überschwemmungsmauer zur Verbesserung des Hochwasserschutzes für das Tyne Mills Industrial Estate und eine 245 m lange Überschwemmungsmauer für das Bridge End Industrial Estate.

Zum Schutz der beiden Industriegebiete wurden Hochwasserschutzmauern aus Stahlbeton errichtet

Vanessa Collins, Projektleiterin der Umweltbehörde, sagt, dass der ursprüngliche Entwurf eine zusätzliche 100 m lange Überschwemmungsmauer vorsah, um das Industriegebiet Tyne Mills vor einem kleinen Wasserlauf namens Skinnersburn zu schützen. Wenn der Wasserstand des Flusses Tyne steigt, staut sich Wasser im Skinnersburn, das dann in das Anwesen überschwemmt.

Sie erklärt, dass kurz vor Abschluss des vollständigen Business Case die Entscheidung getroffen wurde, die Hochwassermauern neu auszurichten und eine Hochwasserschutzstruktur zu schaffen, wodurch dieser zusätzliche Abschnitt der Hochwassermauer überflüssig wurde.

Kevin Bulman, Designmanager bei Bam Nuttall, beschreibt das Hochwasserschutzbauwerk als „im Wesentlichen einen Durchlass mit einer Kopfwand an beiden Enden“ und einer Flutklappe am stromabwärtigen Ende des Durchlasses.

Die beste Lösung bestand darin, dass die Umweltbehörde das Grundstück kaufte und das Gebäude abriss

Er fügt hinzu: „Bei normaler Strömung fließt das Wasser, das von Skinnersburn herabfließt, durch die Flutklappe. Bei einer Überschwemmung, wenn das Wasser [vom Tyne] den Skinnersburn hinauf fließt, wird die Flutklappe geschlossen und das Wasser kann einfach nicht weiter flussaufwärts als bis zu diesem Punkt fließen.“

Collins identifiziert die Entfernung dieses Abschnitts der Überschwemmungsmauer als einen der Hauptgründe für die endgültige Reduzierung des CO2-Ausstoßes über die gesamte Lebensdauer des Systems um 49 % von frühen Entwurfsphasen auf 544 kg CO2e.

Die Hochwasserschutzlösung für das Bridge End Industrial Estate umfasste den Bau einer 245 m hohen Hochwassermauer aus Stahlbeton und die Erhöhung einer 125 m hohen Böschung um bis zu 400 mm.

Zu Beginn des Projekts wurde deutlich, dass das Bauteam am westlichen Ende des südlichen Flussufers, wo Überschwemmungsmauern errichtet werden mussten, mit Platzbeschränkungen konfrontiert gewesen wäre. Die Bauwerke mussten zwischen einem Deckwerk und dem „Reiver Sports“-Gebäude installiert werden, in dem sich ein Umspannwerk von Northern Powergrid befand.

„Während der Machbarkeitsstudie wurde klar, dass die beste Lösung darin bestand, dass die Umweltbehörde das Grundstück kaufte und das Gebäude abriss, was den Bau des Projekts sicherer und einfacher machte“, sagt Collins.

Das Umspannwerk wurde in ein eigenes Gebäude etwa 30 m von seiner ursprünglichen Position auf demselben Grundstück verlegt.

Collins fügt hinzu, dass es für die Umweltbehörde ungewöhnlich sei, Grundstücke zu kaufen, da sie in der Regel Vermögenswerte auf Grundstücken behalte, die anderen gehören.

Alle wesentlichen Bauarbeiten an den Hochwassermauern, Deichen und dem Hochwasserschutzbauwerk wurden im Frühjahr dieses Jahres abgeschlossen. Der Hauptbauauftrag wurde diesen Sommer abgeschlossen, sodass sich der Schwerpunkt der Arbeiten vor Ort nun auf die Wiederherstellung von Lebensräumen und die Landschaftsgestaltung verlagert hat.

Der Bau der Hochwassermauer ist zwar abgeschlossen, aber die Umweltbehörde, Bam Nuttall, Arup und Tarmac führen noch Tests auf einem 27 m langen Abschnitt durch, der für den Versuch mit kohlenstoffarmem Beton verwendet wird.

Für diesen Versuch wurde eine Finanzierung in Höhe von 88.000 £ aus dem Pilotfonds der Umweltbehörde „Net Zero Carbon Innovation Pathway“ gewährt, die nicht Teil der Finanzierung des Gesamtprojekts war.

Die Finanzierung des restlichen Projekts erfolgte aus einer Reihe anderer Quellen: 1,7 Mio. £ von der Regierung als Finanzierung für die wirtschaftliche Erholung nach der Covid-19-Pandemie, 300.000 £ vom regionalen Hochwasser- und Küstenausschuss von Northumberland sowie 200.000 £ vom Northumberland County Council. Der Rest waren Zuschüsse der Regierung.

Eine der neuen Asphaltmischungen, die verwendet werden, ist Portland Limestone Ternary Zement. Die zementären Elemente bestehen zu 35 % aus CEM I – also zu 100 % aus gewöhnlichem Portlandzement –, zu 20 % aus Kalksteinfüller und zu 45 % aus gemahlener granulierter Hochofenschlacke (GGBS). Das Kohlendioxidäquivalent dieser Mischung beträgt 119 kg/m3 und ist damit 64 % niedriger als bei Standard-CEM I.

Zwei neue kohlenstoffarme Betonmischungen werden erstmals in Dauerbauwerken getestet

Die andere getestete Betonmischung verwendet ein alkaliaktiviertes Zementmaterial (AACM), das zu 95 % aus GGBS und zu 5 % aus CEM I besteht. Diese Mischung hat 100 kg/m3 CO2e, 70 % weniger als der Standardbeton CEM I.

Beide Mischungen wurden im Labor getestet, es ist jedoch das erste Mal, dass sie für dauerhafte Arbeiten verwendet werden. „Wir haben viele Versuche und Tests in der Mischanlage durchgeführt, bevor wir das Produkt an den Standort geliefert haben“, fügt Bulman hinzu.

Um die neuen Mischungen zu testen, wurden drei 9 m lange Hochwasserwandabschnitte gebaut – einer mit AACM, der andere mit AACM. eines mit ternärem Portlandkalksteinzement; und der andere verwendet die Betonmischung, die für die übrigen Betonkonstruktionen des Projekts verwendet wird und 50 % CEM I und 50 % GGBS enthält. Die Mischungen wurden für den Sockel und die Wand dieser Elemente verwendet.

Diese Abschnitte befinden sich alle auf dem Gelände des ehemaligen „Reiver Sports“-Gebäudes. Collins sagt, dass das Eigentum der Umweltbehörde an diesem Grundstück eine Gelegenheit darstellte, den Versuch durchzuführen, wobei die Erlaubnis eines anderen Vermögenseigentümers eingeholt werden musste.

Darüber hinaus sagt sie, dass die Hochwasserlast – der Druck auf die Strukturoberfläche, der durch das Vorhandensein von Hochwasser verursacht wird – am Standort von Reiver Sports relativ gering ist, was das Risiko durch den Einsatz neuer Produkte verringert.

Seit Februar wurden eine Reihe kurz- und längerfristiger Haltbarkeitstests durchgeführt, um die Leistung der neuen Betonmischungen zu bewerten. Bam Nuttall arbeitete mit Arup an den Testspezifikationen.

Es wurden Tests zur Beschaffenheit der frisch gelieferten kohlenstoffarmen Betonmischungen, wie Setzmaßtests und Entmischungstests, durchgeführt. Bulman sagt, dass die frischen Eigenschaften den Anforderungen des Betonlieferanten entsprachen.

Die drei Betonmischungen gehören zur Druckfestigkeitsklasse C32/40. Tests zur Analyse ihrer Druckfestigkeit wurden an den Tagen eins, drei, sieben, 28 und 56 nach dem Betonieren durchgeführt.

„Jetzt liegen alle Ergebnisse vor und sie übertreffen allesamt das, was wir von beiden Produkten erwarten“, sagt Bulman.

Er fügt hinzu, dass auch die Ergebnisse für die Zugfestigkeit des Duos aus kohlenstoffarmen Betonmischungen den Anforderungen entsprachen.

Tests zur Analyse der Langzeitbeständigkeit der neuen Materialien – einschließlich Gefrier-Tau-Wechsel- und Schrumpfungstests – werden noch durchgeführt. Die endgültigen Ergebnisse werden im August erwartet.

„Das erste Feedback, das wir von den spezialisierten Testhäusern erhalten haben, ist, dass sie mit den Zielen auf dem richtigen Weg sind“, sagt Bulman.

„Sobald wir die Ergebnisse haben, werden wir eine technische Notiz erstellen, in die alle Erkenntnisse aus dem Versuch einfließen“, fügt er hinzu.

Andy Powell, Innovationsmanager der Umweltbehörde, betont, wie wichtig es ist, die Ergebnisse mit der Branche zu teilen. Er sagt, einige Projekte der Regierungsbehörde hätten von den Ergebnissen von Versuchen profitiert, die von anderen Infrastrukturkunden wie High Speed ​​2 und National Highways durchgeführt wurden.

Er verweist auf den Informationsaustausch zwischen dem Hexham-Projektteam und National Highways für eine der getesteten Betonmischungen mit niedrigem Betongehalt, da der Straßenbetreiber sie auf einer provisorischen Transportstraße getestet hat.

Ruth Young, Rahmenmanagerin der Bam Nuttall Environment Agency, fügt hinzu, dass der Austausch von Informationen über erfolgreiche Versuche Kunden und Lieferanten Vertrauen geben kann, wenn es darum geht, zu entscheiden, ob kohlenstoffarme Materialien verwendet werden sollen.

Wenn sich der Test dieser kohlenstoffarmen Betonmischungen als erfolgreich erweist, wird die Umweltbehörde sie laut Powell für dauerhafte Arbeiten an anderen Projekten in Betracht ziehen.

Die Umweltbehörde ist auch an den Bemühungen beteiligt, kohlenstoffarme Betonmischungen in die britischen Standards aufzunehmen. „Wir [die Umweltbehörde] arbeiten an einem Dreijahresprogramm, in dem wir uns auf eine Reihe kohlenstoffärmerer Materialien konzentrieren. Beton ist einer davon. Wir wollen herausfinden, was wir tun müssen, damit diese bei Projekten wie gewohnt weiterlaufen oder zumindest Teil der Überlegungen sind, wo sie geeignet sind und die Leistungsanforderungen erfüllen“, sagt Powell.

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