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Bereits auf der letzten Leipziger Deponiefachtagung wurde über die Anforderungen an Kunststoff-Dränelemente berichtet. Vor dem Hintergrund unserer Beiträge in Leipzig und Würzburg (Tagung: Die sichere Deponie) zu diesem Thema, entstand eine intensive Fachdiskussion, u. a. im Fachbeirat der BAM. Hier wurde auch über das Qualitätsmanagement beim Einbau der Produkte auf der Deponiebaustelle diskutiert. Diese verhältnismäßig "empfindlichen" Produkte können nur dann ihre volle Wirkung entfalten, wenn sie sachgemäß behandelt und eingebaut werden. Es wurde daher im Fachbeirat beschlossen, dass dieses Thema in einer Musterverlegeanweisung behandelt werden sollten. Diese wurde im Fachbeirat und in seiner Arbeitsgruppe Geotextilien und Kunststoff-Dränelemente erarbeitet und beschlossen. Auf diese Musterverleganweisung wird im Folgenden eingegangen.
Es könnte leicht der Eindruck entstehen, dass Kunststoff-Dränelemente mittlerweile in dem Sinne Stand der Technik sind, dass sie ohne weiteres in allen Bauprojekten eingesetzt werden könnten. Dies ist nicht der Fall. Eine messtechnische Analyse des mechanischen Langzeitverhaltens im Rahmen der Zulassung zeigt die Anwendungsgrenzen jedes Produkts. Das Langzeit-Wasserableitvermögen und die noch zulässigen mechanischen Beanspruchungen müssen bei der Anwendung betrachtet werden. Wir möchten daher unser Konzept zur Beurteilung der Langzeiteigenschaften der Kunststoff-Dränelemente vorstellen und auf die resultierenden Anwendungsgrenzen hinweisen. Der daraus resultierende Umfang der relevanten Produkteigenschaften, die beachtet werden müssen, ist erheblich größer als der bescheidene Umfang, der etwa einer CE-Kennzeichnung zugrunde liegt. Auch auf dieses Thema möchten wir in Kürze eingehen.
Testing of the oxidative resistance of polyolefin based geosynthetics in
autoclaves at high oxygen pressure has been suggested as an alternative method to
conventional forced-air oven aging. The intention is to shorten considerably the testing
time and to ensure that aging is performed under the condition of rate-controlled
and not diffusion-limited oxidation. We compare data from high pressure autoclave
tests (HPAT) with data from oven aging and water immersion tests at 80 °C. For this,
the stabilization of the samples has to be taken into account. Polyolefin based geosynthetics
are usually stabilized by two types of “packages” of antioxidants (AO), designated
here as P1 and P2. P1 consists of phenols and phosphites, P2 of hindered amine
stabilizers (HAS) in addition to a marginal stabilization P1 of the resin for the manufacturing
process. Phenolic and phosphite AO are quickly consumed in the HPAT.
Failure time is tremendously reduced compared to forced-air oven aging or water
immersion. The results are discussed within the framework of a basic autoxidation
scheme (Wise et al., 1997). The reduction is much greater than expected from theoretical
considerations. Therefore, a direct and degrading reaction of oxygen with the AO
has to be assumed. In case of HAS, the time dependence of the degradation of tensile
properties in the HPAT is significantly different from the dependence observed in
conventional forced-air oven aging and their effectiveness is likewise strongly reduced.
A conclusive interpretation of HPAT results needs a better understanding of
what happens to the AO at high oxygen pressure.
Accurate and reproducible measurement of the structure and properties of high-value nanoparticles is extremely important for their commercialization. A significant proportion of engineered nanoparticle systems consist of some form of nominally core-shell structure, whether by design or unintentionally. Often, these do not form an ideal core-shell structure, with typical deviations including polydispersity of the core or shell, uneven or incomplete shells, noncentral cores, and others. Such systems may be created with or without intent, and in either case an understanding of the conditions for formation of such particles is desirable. Precise determination of the structure, composition, size, and shell thickness of such particles can prove challenging without the use of a suitable range of characterization techniques. Here, the authors present two such polymer core-shell nanoparticle systems, consisting of polytetrafluoroethylene cores coated with a range of thicknesses of either polymethylmethacrylate or polystyrene. By consideration of surface energy, it is shown that these particles are expected to possess distinctly differing coating structures, with the polystyrene coating being incomplete. A comprehensive characterization of these systems is demonstrated, using a selection of complementary techniques including scanning electron microscopy, scanning transmission electron microscopy, thermogravimetric analysis, dynamic light scattering, differential centrifugal sedimentation, and X-ray photoelectron spectroscopy. By combining the results provided by these techniques, it is possible to achieve superior characterization and understanding of the particle structure than could be obtained by considering results separately.
Plastic products used in geotechnical engineering, so-called geosynthetics, are often made of polyolefins (polyethylene or polypropylene) and stabilized against oxidative degradation by antioxidants (AO). Three types of AO “packages” are used: (P1) phenols and phosphites/sulfides, (P2) hindered amines (HAS) with a marginal stabilization P1 of the basic resin, (P3) a combination of packages P1 and P2 with comparable amounts of phenol and HAS. We report about long-lasting oven aging and water immersion tests at 80 °C of 29 different polyolefin based products (geomembranes, geonets and geotextiles). Pronounced differences in the degradation behavior were found depending solely on the type of AO package. In case of P1, the oxidative degradation is prevented by the AO. Autocatalytic oxidation only begins after depletion of AO and may lead to catastrophic failure depending on the environmental conditions. In case of P2, degradation starts right from the beginning. However, it is decelerated and proceeds gradually. In case of P3, the degradation behavior seems to be a superposition of the characteristics obtained for P1 and P2. Plotting the fractional loss of the AO in P1 and P2 as function of the square root of aging time, we identified two regimes of AO depletion. We suggest to attribute this observation to the different mechanisms of AO depletion.
Mit der Parole „all liners leak“ fordern namhafte Protagonisten der US-amerikanischen Geo-kunststoffszene, dass man auch bei der Verwendung von Kunststoffdichtungsbahnen (KDB) die Deponieabdichtungen als Doppeldichtung mit Kontrolldränage ausführen muss. Dem wird von deutschen Fachleuten der „zero leakage approach“ entgegengesetzt. Danach kann unter bestimmten Voraussetzungen eine Kombinationsdichtung aus mineralischer Dichtung und KDB so gebaut werden, dass dieser „liner“ tatsächlich dicht ist und die KDB als eine echte „Konvektionssperre“ wirkt. Im deutschen Deponiebau ist man mit dieser Herangehensweise vertraut. Dennoch sollen hier nochmals die wesentlichen Elemente des „zero leakage approach“ herausgestellt werden. Auf eines dieser Elemente, die Zulassung von KDB, wird näher eingegangen. Anhand von Messungen mit Dichtungskontroll¬systemen wird dann gezeigt, dass dieser „approach“ auch funktioniert.
Ober die europäischen Produktnormen für Geokunststoffe (hEN) wird gestritten: Dienen sie nur einem einheitlichen Verfahren der CE-Kennzeichnung oder werden darin alle relevanten geotechnischen Eigenschaften so verbindlich festgelegt, dass darüber hinausgehende nationale Vorschriften ungültig werden? Der Streit wurde durch ein Urteil des Europäischen Gerichtshofs weiter angefacht. Davon noch nicht betroffen ist der Deponiebau. Die Deponie ist ein besonderes Bauwerk, bei dem vor allem abfallrechtliche Regelungen beachtet werden müssen. In der deutschen Deponieverordnung wurde daher eine mit der Europäischen Kommission abgestimmte Gleichwertigkeitsklausel für CE-gekennzeichnete Bauprodukte verankert, die diese Besonderheit berücksichtigt. Wir zeigen, dass das in den hEN festgelegte Eigenschaftsspektrum der Bauprodukte im Wesentlichen nicht gleichwertig zu dem Spektrum ist, das sich aus den Anforderungen der Deponieverordnung ergibt. Die Qualitätssicherung der hEN, die nur eine zertifizierte werkseigene Produktionskontrolle jedoch keine Fremdüberwachung vorsieht, entspricht ebenfalls nicht den Anforderungen der Deponieverordnung. Eine CE-Kennzeichnung kann daher eine BAM-Zulassung nicht gleichwertig ersetzen. Auch für andere geotechnische Anwendungsgebiete gilt, dass die geltenden hEN die Geokunststoffe nicht ausreichend charakterisieren. Die Antwort auf die Frage, wie verbindlich diese mangelhaften hEN werden könnten, ist daher von weitreichender Bedeutung für die gesamte Geotechnik.
Seit dem Jahr 1989 erteilt die BAM Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung Zulassungen für Geokunststoffe im Bereich der Deponieabdichtungssysteme. Diese Zulassungen etablierten sich seitdem zunehmend und wurden in Genehmigungsverfahren gefordert, Das Produktportfolio der im Deponiebau verwendeten Geokunststoffe und damit das Aufgabengebiet der BAM wurden in den vergangenen Jahren stark erweitert. Zudem entwickelten sich die Arbeitsschwerpunkte von der chemischen Beständigkeit von Kunststoffdichtungsbahnen über die Schadstoffpermeation bis hin zu der Alterung und Lebensdauer der Produkte. Um den hohen Anforderungen der Deponieverordnung (DepV) zu entsprechen, mussten darüber hinaus die Qualitätssicherung bei der Produktion und dem Einbau der Produkte betrachtet werden. Ein historischer Abriss der Arbeit der BAM und ihrer Zulassungsrichtlinien findet sich z. B. unter. Geokunststoffe müssen ihre Funktion über einen Zeitraum von mindestens 100 Jahren erfüllen. Bei der Beurteilung müssen alle relevanten und damit zu erwartenden Einwirkungen auf die Produkte berücksichtigt werden. Dies gilt im besonderen Maße für Produkte, die befristetet zugelassen werden. Bei der Beurteilung der Produkte reicht es nicht ausschließlich, den reinen chemischen Abbau des Grundwerkstoffes zu betrachten. Weitergehende Fragestellungen müsse geklärt werden. Was die erteilten Zulassungen selbst anbelangt, so kann sich jeder an Hand einer Liste im Internet1 informieren. Dort findet man auch alle Dokumente zur Zulassung.
An approach to achieve 'zero leakage' is discussed with respect to experience in Germany, where strict regulations for landfill lining and capping Systems have been developed and issued because of large environmental Problems related to landfills that accumulated in the 1970s and 1980s. Using a thick, high-quality high-density Polyethylene (HDPE) geomembrane (GM) that is installed free of residual waves and wrinkles in intimate contact with a compacted clay liner or geosynthetic clay liner of very low permeability, by a qualified, experienced, well-equipped and properly third-party-controlled installer, and which is protected by heavy protection layers designed with respect to the long-term performance of the GM may result in a liner or capping system of practically no leakage. This is demonstrated by analysing results of measurements obtained from permanently installed leak-detection Systems in combination with HDPE GMs. The survey was based on 32 German landfills with 1.276.500 m² of installed GMs.
Designing the performance of geogrids in reinforce soil constructions usually does not consider long-term behavior and possible failure modes of junctions between longitudinal and transverse ribs. How could behavior of junctions be included? To which extend is it necessary? On the conference Geo-Chicago 2016, Swan and Yuan presented an ultimate limit state equation for the short-term material resistance of junctions. We discuss limitations and suggest improvements to include long-term behavior of junctions. Nevertheless, the approach applies only to a specific mode of shear-tensile failure of junctions and only to strictly rigid geogrids. A new design concept presented in the same year by Jacobs on the conference GeoAmerica for the special case of the anchorage of geogrids, which reinforce capping system on long and steep slopes of landfills, tried to overcome these drawbacks. We discuss the aspects of this concept related to the long-term behavior
of junctions and the interplay between the load applied to junctions and the flexibility of longitudinal ribs. This interplay and the long-term junction strength determine the long-term behavior of geogrids.