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Funktionsdauer von Kunststoff-Dränelementen für Oberflächenabdichtungen von Deponien und Altlasten
(2007)
Geokunststoffe aus Polyethylen (PE) oder Polypropylen (PP) müssen mit Antioxidantien (AO) stabilisiert werden, damit sie die für die Anwendung in der Geotechnik erforderliche Lebensdauer erreichen. Die Lebensdauer ist dann aber nicht durch die Empfindlichkeit des Polymers gegen Oxidation, sondern durch den Verlust der AO im Laufe der Zeit bedingt. AO können durch den Verbrauch bei Oxidationsreaktionen, durch den Abbau im Polymer, durch die Wanderung an dessen Oberfläche, durch den Abbau auf der Oberfläche, schließlich durch Abdampfen von der Oberfläche oder durch sich Lösen in einem umgebenden flüssigen Medium verloren gehen. Bei den Geokunststoffen aus PP und PE wie auch bei anderen polyolefinen Kunststoffprodukten findet man häufig zwei bestimmte „Pakete“ aus Antioxidantien: (1) eine Kombination von Substanzen aus bestimmten Klassen von sterisch gehinderten Phenolen und Phosphiten und (2) eine Substanz aus der Klasse der sterisch gehinderten Amine (HAS) in Verbindung mit einer geringfügigen phenolischen und phosphitischen Verarbeitungsstabilisierung der Formmasse. Der Verlust der AO wie auch der oxidative Abbau der mechanischen Eigenschaften des Geokunststoffs verläuft ganz unterschiedlich, je nachdem mit welchem Paket stabilisiert wurde. Diese Unterschiede werden im Rahmen eines „3-Stadien-Modells“ diskutiert. Stadium A: die Antioxidantien gehen verloren. Stadium B: die Oxidation läuft langsam an. Stadium C: die Oxidation wirkt sich mehr oder weniger drastisch auf die Produkteigenschaften aus. Dabei zeigt sich, dass das Modell nur auf das Paket 1 anwendbar ist. Im Falle des Pakets 2 findet in gewissem Umfang schon im Stadium A ein oxidativer Abbau statt, ln beiden Fällen ist es aber die AO-Verlustzeit die eigentlich die Lebensdauer bestimmt. Es werden dann Abschätzungen der Lebensdauer von PEHDDichtungsbahnen und von PP-Vliesstoffen gegeben. Die Prüfung und Bewertung der oxidativen Beständigkeit muss die Eigenart der Wirkung und des Verlusts unterschiedlicher Stabilisierungen berücksichtigen. Vor diesem Hintergrund wird die Hochdruck-Autoklav-Prüfung beurteilt. Es werden die Besonderheiten dieser Prüfmethode aufgezeigt, die sich jeweils bei der Anwendung auf Produkte ergeben, die entweder mit dem Paket 1 oder dem Paket 2 stabilisiert wurden. Eine Vorhersage der Lebensdauer unter Anwendungsbedingungen aus den Ergebnissen der Autoklav-Prüfung ist sehr schwierig und vermutlich nur in bestimmten Fällen überhaupt möglich. Ähnliches gilt auch für die vergleichende Bewertung der oxidativen Beständigkeit von Produkten.
Zur Basisabdichtung von Mülldeponien werden zunehmend polymere Abdichtungen mit Foliendecken zwischen 1 und 3 mm eingesetzt, die vielfach als absolut dicht gegenüber Sickerwässer und deren Inhaltsstoffen gelten. Durch Permeationsvorgänge ist jedoch mit Restdurchlässigkeiten zu rechnen, die auch bei technisch einwandfreien, intakten Folien auftreten. Es werden Meßmethoden vorgestellt, derartige Restdurchlässigkeitsraten an handelsüblichen Dichtungsbahnen für Deponiebasisabdichtungen zu messen. Als Permeenten dienen neben Sickerwasser aus einer Hausmülldeponie, konzentrierte, reine organische Lösungsmittel, deren Gemische untereinander und stark verdünnte Lösungen organischer Lösungsmittel in Wasser. Meßergebnisse werden angegeben und diskutiert.
The German Federal Institute for Materials Research and Testing (BAM) has established a testing guideline to assess the suitability of geosynthetic or geocomposite drain (GCD) elements for final landfill cover systems. In an earlier paper the uniform procedure according to the BAM guideline for determining long-term water flow capacity was described, and the structural stability of drain cores under creep was investigated. The extrapolation of creep curves is permissible only when it can be shown, over the extrapolated period (at least 100 years), that oxidative aging does not invoke any relevant changes in the polyolefin material. This can be shown by measuring antioxidant depletion and mechanical degradation of the drain cores and filter/protection geotextiles in oven aging and water immersion tests. In this paper the results of such aging studies on three different GCD products are reported. Degradation of the tensile strength of HALS-stabilized polypropylene needle-punched nonwoven geotextiles (PP NWGTs) starts right from the beginning of the oven aging. This has to be taken into account for lifetime predictions based on residual tensile strength. The rate of oxidative degradation of NWGTs decreases significantly with increasing mass per area. Therefore the expected service life sets a limit on acceptable geotextile grammage. Antioxidant depletion in the drain cores, which are made of relatively thick PP strands or HDPE ribs, is about an order of magnitude slower than in filter and protection NWGTs, which are made of thin fibers. Service life values in excess of 100 years may be obtained for the products when the geotextiles and drain cores are properly stabilized and designed.