V3.2 Gesundheit und Arbeitsschutz

Im Vorhaben V 1.3 entwickelter Trennstaubgenerator zur Charakterisierung von Carbonbeton (Foto © Vitrocell Systems GmbH)

Das in V1.3 aufgebaute vielseitig einsetzbare Messsystem zur umfassenden Charakterisierung der beim Umgang mit Carbonbeton freigesetzten Stäube soll in diesem weiterführenden Vorhaben auf neu entwickelte C³-Materialien angewendet werden. Dies betrifft Carbonbeton mit angepassten Betonrezepturen, stabförmige Carbonarmierungsbauteile mit Verankerungslösungen und Gelege mit neu entwickelten Beschichtungen zur Erhöhung der Temperaturbeständigkeit. Darüber hinaus sollen die Untersuchungen auf freigesetzte Stäube bei thermischer Belastung von Carbonbetonmaterialien ausgedehnt werden. Während momentan bei den bisher getesteten Szenarien die eingetragene mechanische Energie bei der Materialbearbeitung keine Zerkleinerung von Carbonfasern auf kritische Größenbereiche nachweisbar ist, kann bei einer thermischen Vorbelastung der Fasern dieses Problem nicht ausgeschlossen werden. Daher soll dieses Phänomen auch im Zusammenhang mit Abrissprozessen genauer untersucht werden.

Es wurden relevante Carbonbetonmaterialien i) ausgewählt (Absprache mit C3-Vorhaben V2.3), ii) beschafft, iii) definiert thermisch behandelt (unkontrollierte Atmosphäre, Muffelofen: 20 min von 20°C auf 120°C, 60 min @ 120°C, 120 min von 120°C auf 700°C, 180 min @ 700°C) hinsichtlich der Freisetzung infolge mechanischer Beanspruchung (zeitversetzte thermische / mechanische Belastung; Trennschleifversuchsstand) voruntersucht. Im elektrostatisch präzipitierten Schleifstaub wurden dabei Faserfragmente mit verschieden Oberflächenmorphologien und unterschiedlichen Faserenden identifiziert. Auch konnten sehr vereinzelt kritische Fasern entsprechend der WHO-Definition wiedergefunden werden. Aufgrund der Erfahrungen aus dem Vorhaben V1.3 wurden einige Optimierungsschritte am Zellexpositionssystem herausgearbeitet, um den Transport der Partikel zu den Zellkulturen zu verbessern, insbesondere im Hinblick auf die thermisch behandelten Carbonfasern.

Die Umbauarbeiten am Expositionssystem ermöglichen nun eine sehr gut reproduzierbare Durchführung der Versuche. Insbesondere das Schneiden und die Eigenschaften der dadurch freigesetzten Partikel zeigten sehr geringe Abweichungen von Experiment zu Experiment.

Für die Zellexpositionen wurden neue Zellkulturen getestet. Neben den bereits in V1.3 eingesetzten Lungenepithelzellen A549 wurde eine Co-Kultur aus A549 und Fibroblasten angelegt. Fibroblasten sind eine Art „Erste-Hilfe-Zellen“, die bei Beschädigung des Lungengewebes eingreifen. Werden sie anschließend aber nicht vollständig wieder durch Lungenzellen ersetzt, kommt es zum Krankheitsbild der Fibrose (z. B. bei Asbest). Es werden zwei Ansätze gefahren, zum einen eine Exposition von zwei Stunden, zum anderen Exposition von zwei Stunden gefolgt von 24 Stunden Post-Inkubation, bei denen die Partikel auf den Zellen verbleiben. Damit sollen sehr kurzfristige Effekte und sich erst deutlich später einstellende Effekte besser erfasst und unterschieden werden.

Lungenzellexpositionen wurden mit Partikeln aus dem Schneiden von Carbonstäben, Carbonbeton und thermisch behandeltem Carbonbeton durchgeführt. Die Partikelgrößenverteilung wurde parallel in Echtzeit gemessen. Das Schneiden der Carbonstäbe ergab eine größere Anzahl von Nanopartikeln, während bei Carbonbeton sich wesentlich größere Partikel in höherer Anzahl bildeten. Die thermische Behandlung änderte die Größenverteilung nur unwesentlich, die Partikelanzahl nahm aber deutlich ab.
Die toxikologische Analyse ergab für die Carbonstäbe eine etwas größere Reaktion als bei
Carbonbeton bei der Analyse auf Zelltod, bei der Zellvitaltiät ergaben sich bei allen untersuchten
Proben keine signifikanten Änderungen. Beim Comet-Assay (untersucht DNA-Schädigungen) ergab sich keine signifikante DNA-Schädigung bei Carbonbeton, die Carbonstäbe zeigten leicht erhöhte Signale.

Verbundkoordinator
Universität Rostock, Institut für Analytische Chemie

Vorhabenleiter
Prof. Dr. Ralf Zimmermann

Ansprechpartner
Dr. Thorsten Streibel
+49 381 498 6536
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Beteiligte C³-Partner

  1. Technische Univeristät Dresden
    – Institut für Verfahrenstechnik und Umwelttechnik
    – Institut für Baubetriebswesen

Laufzeit: 01.08.2018 – 31.07.2020