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KTA 2501 - Bauwerksabdichtungen von Kernkraftwerken *

Fassung 11/04
Vom 20. Mai 2005
(BAnz. Nr. 133a vom 19.07.2005 S. 1)

Zur aktuellen Fassung

Grundlagen

(1) Die Regeln des KTA haben die Aufgabe, sicherheitstechnische Anforderungen anzugeben, bei deren Einhaltung die nach dem Stand von Wissenschaft und Technik erforderliche Vorsorge gegen Schäden durch die Errichtung und den Betrieb der Anlage getroffen ist ( § 7 Abs. 2 Nr. 3 Atomgesetz), um die im Atomgesetz und in der Strahlenschutzverordnung ( StrlSchV) festgelegten sowie in den "Sicherheitskriterien für Kernkraftwerke" und den "Leitlinien zur Beurteilung der Auslegung von Kernkraftwerken mit Druckwasserreaktoren gegen Störfälle im Sinne des § 28 Abs. 3 StrlSchV - Störfall-Leitlinien -" weiter konkretisierten Schutzziele zu erreichen.

(2) Gemäß Kriterium 2.3 "Strahlenexposition in der Umgebung" der Sicherheitskriterien für Kernkraftwerke müssen Anlagenteile zur Erreichung der dort genannten Schutzziele gegen Einwirkungen so geschützt werden, dass sie ihre Aufgabe im bestimmungsgemäßen Betrieb und bei Störfällen erfüllen können.

Zum Schutz gegen das Eindringen von Wasser in nicht wasserdichte Bauwerke werden im Allgemeinen Bauwerksabdichtungen nach der Normenreihe DIN 18 195 herangezogen.

Für Bauwerksabdichtungen von Kernkraftwerken sind zusätzlich zu berücksichtigen:

1. Beanspruchung durch ionisierende Strahlung (aus bestimmungsgemäßem Betrieb, anlageninternen Störfällen),
2. dynamische Beanspruchungen (aus Erdbeben, anlageninternen Störfällen),
3. Beanspruchungen aus Druckanstieg (aus Hochwasser, anlageninternen Störfällen),
4. thermische und chemische Beanspruchungen (aus anlageninternen Störfällen).

Die Lastfälle Flugzeugabsturz und Druckwellen aus chemischen Reaktionen sind keine Auslegungsstörfälle im Sinne der Störfall-Leitlinien. Für diese Lastfälle werden in dieser Regel keine Anforderungen festgelegt.

(3) Gemäß § 6 Absatz 1 der Strahlenschutzverordnung sowie dem Wasserhaushaltsgesetz und den Vorschriften der Länder zur Lagerung wassergefährdender Stoffe sind Maßnahmen zum Schutz von Wasser und Boden vorzusehen.

Beim bestimmungsgemäßen Betrieb wird im Hinblick auf die Rückhaltung radioaktiv kontaminierter Flüssigkeiten von dem Vorhandensein einer Bauwerksabdichtung kein Kredit genommen. Hierfür sind insbesondere Auffangwannen, Schwellen sowie die dekontaminierbaren Beschichtungen der Raumoberfläche im Sinne von KTA 3603 und KTA 3604 erforderlich. Bei anlageninternen Störfällen jedoch, die möglicherweise auch als Folge von Einwirkungen von außen eintreten können, wie z.B. Bruch einer druckführenden Komponente, sind die vorgenannten Maßnahmen wegen der direkten mechanischen und thermischen Einwirkungen möglicherweise nicht mehr voll wirksam. In einem solchen Fall stellt eine funktionsfähige Bauwerksabdichtung dennoch sicher, dass keine radioaktiv kontaminierten Flüssigkeiten nach außen (in das Erdreich, Grundwasser) gelangen.

1 Anwendungsbereich

(1) Diese Regel gilt für Bauwerksabdichtungen, die zum Schutz von sicherheitstechnisch wichtigen Anlagenteilen gegen das Eindringen von Wasser herangezogen werden bei Beanspruchungen aus

1. ionisierender Strahlung im bestimmungsgemäßen Betrieb,
2. Erdbeben nach KTA 2201.1,
3. Hochwasser nach KTA 2207,
4. anlageninternen Störfällen, einschließlich ionisierender Strahlung.

(2) Sie gilt außerdem für Bauwerksabdichtungen nach Absatz 1, die als Ergänzung zu den Maßnahmen nach KTA 3603, KTA 3604 und KTA 2207 zusätzlich herangezogen werden zum Schutz von Wasser und Boden gegen das Austreten von radioaktiven Flüssigkeiten, freigesetzt infolge Belastungen aus Erdbeben oder anlageninternen Störfällen.

2 Begriffe

Hinweis:

Die in dieser Regel verwendeten weiteren Begriffe zu Bauwerksabdichtungen entsprechen DIN 18 195-1.

(1) Betrieb, bestimmungsgemäßer

Der bestimmungsgemäße Betrieb umfasst:

1. Betriebsvorgänge, für die die Anlage bei funktionsfähigem Zustand der Systeme (ungestörter Zustand) bestimmt und geeignet ist (Normalbetrieb),
2. Betriebsvorgänge, die bei Fehlfunktion von Anlageteilen oder Systemen (gestörter Zustand) ablaufen, soweit hierbei einer Fortführung des Betriebes sicherheitstechnische Gründe nicht entgegenstehen (anomaler Betrieb),
3. Instandhaltungsvorgänge (Inspektion, Wartung, Instandsetzung).

(2) Störfall

Ein Störfall ist ein Ereignisablauf, bei dessen Eintreten der Betrieb der Anlage oder die Tätigkeit aus sicherheitstechnischen Gründen nicht fortgeführt werden kann und für den die Anlage ausgelegt ist oder für den bei der Tätigkeit vorsorglich Schutzvorkehrungen vorgesehen sind.

(3) Zone, spannungsfreie

Unter spannungsfreier Zone wird der Flächenanteil der Sohle verstanden, in dem sich bei kurzzeitiger Ausmittigkeit der Vertikallast rechnerisch keine Druckspannungen auf die Bauwerksabdichtung ergeben.

(4) Fließweg

Der Fließweg ist der kürzeste Weg vom Zentrum einer Druckfläche zu einem Rand, an dem ein Auspressen des Bitumens möglich ist.

Hinweis:

Zur Ermittlung des Fließweges können die Gründungsflächen auch bei ungleichmäßiger Sohldruckverteilung in regelmäßige Teilflächen mit näherungsweise konstanten Druckbeanspruchungen unterteilt werden.

3 Allgemeine Anforderungen

(1) Für die Ausbildung der Bauwerksabdichtungen und deren Fugenkonstruktionen sind über die Festlegungen nach DIN 18 195 Teile 1 bis 6 und Teile 8 bis 10 hinaus die Anforderungen nach den Abschnitten 4 bis 6 zu berücksichtigen.

(2) Die Oberkante der Abdichtung ist nach DIN 18 195-1 und DIN 18 195-6 anzuordnen.

(3) Für den Schutz gegen Hochwasser ist die Bauwerksabdichtung bis auf die Höhe des Bemessungswasserstandes nach KTA 2207 auszuführen oder der Bauwerksbereich oberhalb der Abdichtungsoberkante gemäß Absatz 2 so auszuführen, dass die für die Einhaltung des Schutzumfanges nach KTA 2207 erforderliche Dichtigkeit der Baukonstruktion sichergestellt ist.

4 Schutz gegen das Eindringen von Wasser

4.1 Dynamische Beanspruchungen

4.1.1 Flächenbeanspruchung senkrecht zur Abdichtungsebene

(1) Für die dynamischen Flächenbeanspruchungen ist eine Begrenzung der senkrecht zur Abdichtungsebene wirkenden dynamischen Druckbeanspruchung nicht erforderlich, auch wenn die Grenzwerte für Druckbeanspruchungen nach der Normenreihe DIN 18 195 und Tabelle 4-1 dieser Regel überschritten werden.

(2) Bei einer Abdichtung im Bereich einer spannungsfreien Zone, welche besonders bei leichten, flachgegründeten und schlanken Gebäuden auftreten kann, ist folgendes zu beachten:

1. Eine Spaltöffnung in der Ebene der Sohlenabdichtung sollte vermieden werden.
2. Ist eine Spaltöffnung in der Abdichtungsebene nicht auszuschließen, so ist die Funktionsfähigkeit der Abdichtung nachzuweisen und es sind gegebenenfalls konstruktive oder abdichtungstechnische Maßnahmen zu treffen (z.B. Sollbruchfläche parallel zur Abdichtungsebene zwischen Unterbeton und Abdichtung).

4.1.2 Flächenbeanspruchung parallel zur Abdichtungsebene

(1) Liegen die Schubspannungen der dynamischen Flächenbeanspruchungen bei bitumenverklebten Abdichtungen parallel zur Abdichtungsebene im Bereich I von Bild 4-1, so sind keine zusätzlichen konstruktiven Maßnahmen zur Aufnahme der Schubkräfte erforderlich.

(2) Liegen die ermittelten Schubspannungen im Bereich II von Bild 4-1, so sind für die globale Standsicherheit des Bauwerks zur Aufnahme der vollen Schubkraft geeignete Maßnahmen, wie zum Beispiel Nocken oder Sporne, vorzusehen. In diesen Fällen darf die aufgrund einer Zusammendrückung der Abdichtung in der Spornwiderlagerfläche auftretende Schubverformung in der Sohlenabdichtungsfläche vernachlässigt werden.

4.1.3 Abdichtungen über Bewegungsfugen

(1) Bei Abdichtungen über Bewegungsfugen sind zusätzlich zu den langzeitigen Relativbewegungen entsprechend der Normenreihe DIN 18 195 auch die kurzzeitigen Bewegungen (Größe und Richtung) infolge dynamischer Belastungen aus Erdbeben und anlageninternen Störfällen zu berücksichtigen. Bei dynamischen Beanspruchungen sind die Fugen als Los- und Festflanschkonstruktionen entsprechend Typ II nach DIN 18 195-8 Abschnitt 6.1.2 auszubilden. Für die Abdichtungen sind elastomere Fugenbänder nach DIN 18 195-8 Abschnitt 6.4.2 vorzusehen.

(2) Die Wahl des Fugenbandes hat sich nach den maximal zu erwartenden Relativbewegungen der Fugenflanken und nach dem entsprechend Abschnitt 4.2 anzunehmenden größten äußeren Wasserdruck zu richten.

Hinweis:

Die maximal zu erwartenden Bewegungen ergeben sich aus den Relativverschiebungen zwischen den Bauteilen an der jeweiligen Stelle (Änderung der Fugenbreite, Fugenversatz, Schubverformung).

(3) Wirken die Verschiebungen zweier unabhängig schwingender Bauteile auf, eine Fugenkonstruktion, so dürfen für die Dimensionierung der Fugenkonstruktion die Verschiebungen in jeder Richtung nach der Quadratwurzelmethode überlagert werden.

(4) Schlaufenförmige Fugenbänder sind nach folgendem Bemessungsansatz auszulegen:

L_m> L*

mit

mit

Die Beanspruchungsrichtungen eines Fugenbandes mit Halbkreisschlaufe werden in Bild 4-2 verdeutlicht.

4.1.4 Durchdringungen

Durchdringungen sind als bewegliche Konstruktionen auszuführen und mit Los- und Festflanschkonstruktionen an die übrige Abdichtung anzuschließen.

Hinweis:

Es ist darauf zu achten, dass bei Bewegungsfugen und Durchdringungen der notwendige Anpressdruck der Abdichtung auf den
Festflansch langfristig erhalten bleibt.

4.1.5 Schutzschichten

Durch konstruktive Maßnahmen sind Relativbewegungen zwischen Abdichtung und Schutzschicht möglichst zu vermeiden. Relativbewegungen zwischen Abdichtung und Bauwerk sind auszuschließen.

4.1.6 Abdichtungsträger

(1) Für Abdichtungsträger (den äußeren Wasserdruck aufnehmende Bauteile) ist abweichend von DIN 18 195-6 bei dynamischen Beanspruchungen aus Störfällen sicherzustellen, dass Risse auf eine Rissbreite von 4 mm begrenzt bleiben.

(2) Die Anforderung nach Absatz 1 ist ohne weiteren Nachweis erfüllt, wenn für den Konstruktionsbeton im Bereich der Abdichtung die Höchstwerte der Stababstände nach DIN 1045-1 Tabelle 21 und Abschnitt 11.2.3 eingehalten sind.

(3) Die Anforderung nach Absatz 1 ist auch erfüllt, wenn an den Außenflächen des Konstruktionsbetons im Bereich der Abdichtung die mittlere Rissbreite auf 30 % der Grenzrissbreite, also auf 1,2 mm beschränkt ist.

Hinweis:

Dadurch ist in Verbindung mit der Auslegung nach DIN 1045-1 und DIN 25 449 sowie KTA 2201.3 "Auslegung von Kernkraftwerken gegen seismische Einwirkungen; Teil 3: Auslegung der baulichen Anlagen" (in Vorbereitung) auch sichergestellt, dass die Anforderungen aus DIN 18 195-6 Abschnitt 5.4 im Hinblick auf Rissversatz und Rissbreiten zum Entstehungszeitpunkt eingehalten werden.

(4) Der Unterbeton ist zur Sicherstellung einer gleichmäßigen Risseverteilung konstruktiv zu bewehren.

4.1.7 Abdichtungsaufbau

Die in Tabelle 4-1 beschriebenen Arten des Abdichtungsaufbaus erfüllen die Anforderungen an die Funktionsfähigkeit hinsichtlich der Sollbruchfläche bei Spaltöffnungen nach Abschnitt 4.1.1 Absatz 2, der Schubspannungen nach Bild 4-1 und der Rissüberbrückung nach Abschnitt 4.1.6 Absätze 1 und 2. Bei anderen Arten des Abdichtungsaufbaus und anderen Abdichtungsstoffen als in Tabelle 4-1 aufgeführt, ist die Eignung nachzuweisen.

4.2 Druckanstieg auf der Innenseite

Ist auf der Innenseite der Bauwerksabdichtung als Folge von Erdbeben oder anlageninternen Störfällen ein Druckanstieg zu unterstellen, ist nachzuweisen, dass die Funktion der Bauwerksabdichtung nicht gefährdet wird: Dabei darf von einem mittleren Grundwasserstand ausgegangen werden.

4.3 Thermische und chemische Beanspruchungen

(1) Die Bauwerksabdichtung ist insbesondere an Fugen gegen anlageninterne Brandeinwirkung und Einwirkung heißer oder aggressiver Medien so zu schützen, dass sie ihre sicherheitstechnische Aufgabe erfüllen kann.

Hinweis:

Brandschutzmaßnahmen sind in KTA 2101.1 bis KTA 2101.3 geregelt.

(2) Es ist Vorsorge gegen das Eindringen brennbarer Flüssigkeiten in die Bauwerksfugen zu treffen.

(3) Können chemisch aggressive Medien an die Innenseite der Abdichtung gelangen, so ist die chemische Beständigkeit der Abdichtung nachzuweisen.

4.4 Beanspruchung durch ionisierende Strahlung

(1) Grundsätzlich ist für Abdichtungsstoffe, insbesondere bezüglich der Fugenbereiche, der Nachweis der Beständigkeit gegen die am Einbauort vorhandene ionisierende Strahlung beim bestimmungsgemäßen Betrieb und bei anlageninternen Störfällen zu führen.

(2) Der Nachweis nach Absatz 1 muss nur geführt werden, wenn zu besorgen ist, dass am Einbauort entweder beim bestimmungsgemäßen Betrieb oder bei einem der der Auslegung der Anlage nach § 49 Absatz 1 Strahlenschutzverordnung zugrunde zu legenden Störfälle, beim Einsatz von Bitumenwerkstoffe die Energiedosis von 10⁴ Gy oder beim Einsatz von Kunststoffen die Energiedosis von 10² Gy überschritten wird.

5 Schutz gegen das Austreten von radioaktiven Flüssigkeiten

Werden Bauwerksabdichtungen mit herangezogen zum Schutz von Wasser und Boden gegen das Austreten von Flüssigkeiten, die infolge eines gemäß § 49 Absatz 1 Strahlenschutzverordnung der Auslegung der Anlage zugrunde zu legenden Störfalles freigesetzt werden, ist deren Funktion auch in einem solchen Fall sicherzustellen. Dabei sind die

1. Druckbeanspruchungen nach Abschnitt 4.2,
2. thermischen und chemischen Beanspruchungen nach Abschnitt 4.3,
3. Beanspruchungen durch ionisierende Strahlung nach Abschnitt 4.4

zusätzlich zu berücksichtigen.

Hinweis:

Praxis ist es, bei Störfällen die Rückhaltefunktion der Bauwerks-, abdichtungen gegen das Austreten von radioaktiven Flüssigkeiten heranzuziehen.

6 Prüfungen

6.1 Prüfung der Planung

Es sind zu prüfen:

1. die Berücksichtigung der sicherheitstechnischen Anforderungen an die Abdichtung bei den zu unterstellenden Lastfällen und Lastfallkombinationen,
2. die Beanspruchungen, die von der Abdichtung bei bestiemuhrungemäßem Betrieb und Störfällen sowie bei Bauzuständen aufzunehmen sind,
3. die Unterlagen über die vorgesehene Abdichtung, z.B.
   ca) Darstellung des Abdichtungsverlaufs (Übersichtsplan),
   cb) Abdichtungsaufbau,
   cc) Ausbildung und Lage von Kehlen, Kanten und Ecken,
   cd) Anordnung und Aufbau von Fugenabdichtungen,
   ce) Ausbildung von Einbauteilen und Durchdringungen,
   cf) Abdichtungsstöße,
   cg) Ausbildung von Schutzschichten.

6.2 Baubegleitende Prüfung und Überwachung

(1) Für die Abdichtungsstoffe ist der Nachweis einer Überwachung, bestehend aus einer Eigenüberwachung und Fremdüberwachung, nach DIN 18 200 zu erbringen.

(2) Im Rahmen der für die Baustelle festgelegten Qualitätssicherungsmaßnahmen nach KTA 1401 Abschnitt 6. ist eine Eingangsprüfung der auf der Baustelle angelieferten Stoffe auf Einhaltung der Qualitätsmerkmale durchzuführen.

(3) Die Eingangsprüfung, Überwachung der Ausführung, Abnahme und Dokumentation sind nach den Grundsätzen der Regel KTA 1401 durchzuführen.

Hinweis:

Zur Dokumentation siehe KTA 1404 "Dokumentation beim Bau und Betrieb von Kernkraftwerken".

Tabelle 4-1: Arten des Abdichtungsaufbaus

Bild 4-1: Schubspannung τ gemäß Abschnitt 4.1.2 und zugehörige mittlere Normalspannung σ bei dynamischer Flächenbeanspruchung

Bild 4-2: Beanspruchungsrichtungen eines Fugenbandes (Beispiel) Mit Halbkreisschlaufe

.

(Die Verweise beziehen sich nur auf die in diesem Anhang angegebene Fassung.

Darin enthaltene Zitate von Bestimmungen beziehen sich jeweils auf die Fassung, die vorlag, als die verweisende Bestimmung aufgestellt oder ausgegeben wurde.)

Stichwortverzeichnis

Abdichtungsaufbau 4.1.7, 6.1c)

Abdichtungsebene 4.1.1, 4.1.2

Abdichtungsstoffe 4.1.7, 4.4 (1), 6.2 (1)

Abdichtungsstöße 6.1 cg)

Abdichtungsträger 4.1.6

Abdichtungsverlauf 6.1 ca)

Anlagenteile, sicherheitstechnisch wichtige 1 (1)

Austreten

• von Flüssigkeiten 5 (1)
• von radioaktiven Flüssigkeiten 1 (2), 5

Bauwerksfugen 4.3 (2)

Bauzustände 6.1 b)

Beanspruchungen

• -, dynamische 4.1, 4.1.3 (1), 4.1.6 (1)
• -, thermische und chemische 4.3, 5 b)

Bemessungswasserstand 3 (2)

Bemessungshochwasserstand 3 (2)

Beständigkeit, chemische 4.3 (3)

Betrieb, bestimmungsgemäßer 1 (1) a), 2 (1), 4.4 (1), 4.4 (2), 6.1 b)

Bewegungsfugen 4.1.3

Brandeinwirkung 4.3 (1)

Dokumentation 6.2 (3)

Druckanstieg 4.2, 5 a)

Druckbeanspruchung 4.1.1 (1), Tabelle 4-1

Durchdringungen 4.1.4, 6.1 cf)

Einbauort 4.4 (1), 4.4 (2)

Eindringen von Wasser 1 (1), 4

Eingangsprüfung 6.2 (2), 6.2 (3)

Eintauchtiefe Tabelle 4-1

Erdbeben 1 (1) b), 1 (2), 4.1.3 (1), 4.2

Flächenbeanspruchung 4.1.1, 4.1.2, Bild 4-1

Fließweg 2 (4), Tabelle 4-1

Fugen 4.1.3 (1), 4.3 (1)

Fugenband 4.1.3 (1), 4.1.3 (2), 4.1.3 (4), Bild 4-2

Fugenbereiche 4.4 (1)

Fugenflanken 4.1.3 (2)

Fugenkonstruktion 3 (1), 4.1.3 (3)

Grenzrissbreite 4.1.6 (3)

Grundwasserstand 4.2

Hochwasser 1 (1) c), 3 (3)

Konstruktionsbeton 4.1.6 (2), 4.1.6 (3), Tabelle 4-1

Prüfung

• der Planung 6.1
• und Überwachung, baubegleitende 6.2

Quadratwurzelmethode 4.1.3 (3)

Qualitätssicherungsmaßnahmen 6.2 (2)

Risseverteilung 4.1.6 (4)

Rissbreite 4.1.6 (1), 4.1.6 (3)

Schubspannung 4.1.2 (1), 4.1.2 (2), 4.1.7, Bild 4-1

Schutzschichten 4.1.5, 6.1 cg)

Sollbruchfläche 4.1.1 (2) b), 4.1.7

Spaltöffnung 4.1.1 (2), 4.1.7

Störfall 2 (2), 4.1.3 (1), 4.1.6 (1), 4.4 (2), 5, 6.1 b)

Störfälle, anlageninterne 1 (1) d), 1 (2), 4.1.3 (1), 4.2, 4.4 (1)

Strahlung, ionisierende 1 (1) a), 1 (1) d), 4.4 (1)

Strahlung, Beanspruchung durch ionisierende 4.4, 5 c)

Unterbeton 4.1.1 (2) b), 4.1.6 (4), Tabelle 4-1

Überwachung 6.2 (1), 6.2 (3)

Wasserdruck, äußerer 4.1.3 (2), 4.1.3 (4), 4.1.6 (1)

Zone, spannungsfreie 2 (3), 4.1.1 (2)

*