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Vor 30 Jahren wurde die erste BAM-Zulassung für ein Geokunststoffprodukt in der Deponietechnik ausgestellt. Seither wurden immer wieder eigene wissenschaftliche Untersuchungen durchgeführt, neue Forschungsergebnisse herangezogen und die Prüftechnik weiterentwickelt, um die Eignung und Funktionsdauer von Kunststoffdichtungsbahnen, Schutzschichten, Kunststoff-Dränelementen, geotextilen Filtern oder Bewehrungsgittern beurteilen zu können. Einige dieser Entwicklungen werden hier diskutiert.
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.
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.
In diesem Beitrag soll in Kürze darüber informiert werden, welche Themen und Fragestellun-gen den Fachbeirat der BAM, seine Arbeitsgruppen und die BAM beschäftigt haben. Bereits in den letzten Jahren wurde an dieser Stelle über die Anforderungen an Kunststoff Drän-elemente berichtet. Vor dem Hintergrund unserer Beiträge zu diesem Thema, kam eine in-tensive Fachdiskussion im Fachbeirat der BAM und in weiteren Fachgremien in Gang. So wurden die Bemessungsgrundsätze der DGGT (Deutsche Gesellschaft für Geotechnik), die GDA (Geotechnik der Deponien und Altlasten) E (Empfehlung) 2-20 (Entwässerungsschich-ten in Oberflächenabdichtungssystemen), in einigen Punkten angepasst. Eine Musterverle-geanleitung für Kunststoff Dränelemente wurde erarbeitet. Der aktuelle Bearbeitungsstand soll hier vorgestellt werden. In diesem Zusammenhang wurde ein Untersuchungsprogramm zum Einfluss von Überlappstößen auf das Wasserableitvermögen von Kunst-stoff Dränelementen angestoßen. Die Ergebnisse sollen hier in Kürze vorgestellt und die Bedeutung für die Abminderungsfaktoren und damit für die Bemessung erläutert werden. Zu welchem Zeitpunkt muss ein Kunststoff Dränelement überbaut werden und welche weiteren Regelungen müssen hier beachtet werden? Was steckt eigentlich hinter diesen strengen Regelungen? Diese Fragen sollen im Folgenden diskutiert werden.
Die Deponieverordnung (DepV) fordert eine Akkreditierung der fremdprüfenden Stellen nach verschiedenen Normen. Die fachlichen Anforderungen an den „Fremdprüfer-Kunststoff“ legt die Richtlinie Fremdprüfer der BAM fest. Um diese Anforderungen im Akkreditierungsprozess ausreichend berücksichtigen zu können, wurde nun eine sogenannte DAkkS Regel erarbeitet, die die Anforderungen der Richtlinie spiegelt. Über den aktuellen Bearbeitungsstand soll berichtet werden.
Auch über die aktuelle Arbeit in Zusammenhang mit den Kunststoffdichtungsbahnen (KDB) soll berichtet werden. Der Prüfhinweis B14 (Bestimmung der Maßhaltigkeit von geosyntheti-schen Dichtungsbahnen aus Polyethylen hoher Dichte (PEHD)) wurde überarbeitet. Voran-gegangen war eine intensive Entwicklung der Prüfeinrichtung sowie ausgiebige Ringversuche im AK GWS (Arbeitskreis Grundwasserschutz). In diesem Zusammenhang wurden neue Anforderungen an die Produkte gestellt. Die Hintergründe dazu sollen kurz vorgestellt werden. Die DVS (Deutscher Verband für Schweißen und verwandte Verfahren) Richtlinie 2225-4 regelt das Schweißen der KDB auf der Deponiebaustelle. Werden KDB im strukturierten Bereich miteinander verschweißt, werden die Strukturen in der Regel vorher abgetragen. Die DVS Richtlinie 2225-4 sieht unter bestimmten Voraussetzungen von einem Abtragen der Strukturen ab. Vor diesem Hintergrund wurde ein Untersuchungsprogramm initiiert, das die Auswirkungen aufzeigen soll. Der Bearbeitungsstand wird vorgestellt.
Welche Themen und Fragestellungen haben den Fachbeirat der BAM, seine Arbeitsgruppen und die BAM seit der letzten Fachtagung in Leipzig beschäftigt?
Die Richtlinie Fremdprüfer und deren Anlagen wurden entsprechend der aktuellen Anforderungen angepasst. Die einzelnen Punkte wollen wir vorstellen. Im Zusammenhang mit Geotextilien zum Filtern und Trennen und Kunststoff Dränelementen wurden zwei Themen bearbeitet: (1) Die europäischen Anwendungsnormen und das deutsche Straßenbaumerkblatt für Geokunststoffe verwenden statistische Begriffe. Deren nur „beiläufige“ Erwähnung lässt jedoch offen, was genau im Zusammenhang gemeint ist. Produkte unterschiedlicher Hersteller können daher trotz gleicher Angaben zu den Mindestwerten in den Leistungserklärungen oder Datenblättern deutlich unterschiedliche Eigenschaften haben. Um vorschriftsmäßig bemessen zu können, muss man jedoch wissen, was sich hinter den Zahlen verbirgt. Eine Zulassung oder Zertifizierung ist nur dann sinnvoll, wenn darüber hinaus einheitlich definiert wird, was die Angaben für die werkseigene Produktionskontrolle, die Inspektion durch benannte Stellen und die Kontrolle durch Dritte bedeuten. In den vergangenen Jahren seit 2009 wurde versucht, die Zulassungen stärker auf die Vorgaben aus der europäischen Normung zu stützen. Daher musste nun diskutiert werden, welche statistische Bedeutung die Angaben in den Zulassungen für Kunststoff Dränelementen und Geotextilien zum Filtern und Trennen haben. Hier musste eine einheitliche Regelung getroffen werden. (2) Die Langzeiteigenschaften von polyolefinen Geokunststoffen sind maßgeblich von den eingesetzten Stabilisatoren abhängig. Wie kann hier eine Überwachung während der Produktion der Geokunststoffe implementiert werden, wenn die Rezepturbestandteile der Produkte sensible Firmengeheimnisse der Rohstoffhersteller sind? Hier musste eine Lösung erarbeitet werden. Über die Ergebnisse soll berichtet werden.
Wir möchten weiterhin über Entwicklungen in Zusammenhang mit Kunststoffdichtungs-bahnen (KDB) berichten. Die DVS (Deutscher Verband für Schweißen und verwandte Verfahren) Richtlinie 2225-4 regelt das Schweißen der KDB auf der Deponiebaustelle. Werden KDB im strukturierten Bereich miteinander verschweißt, werden die Strukturen in der Regel vorher abgetragen. Die DVS Richtlinie sieht unter bestimmten Voraussetzungen von einem Abtragen der Strukturen ab. Vor diesem Hintergrund wurde vom AK GWS ein Untersuchungsprogramm initiiert, das die Auswirkungen aufzeigen soll. Darüber haben wir bereits im letzten Jahr berichten. Das Untersuchungsprogramm wurde abgeschlossen. Die Ergebnisse und Schlussfolgerungen werden nun vorgestellt.
Bereits vor der vergangenen Leipziger Deponiefachtagung waren eine Reihe von Zulassungsrichtlinien für Geokunststoffprodukte verabschiedet worden. Dokumente wurden nun überarbeitet und weitere sind hinzugekommen. Die Zulassungsscheine für bereits bestehende und auch neue Zulassungen werden auf dieser Basis für die Produkte erneuert oder erstellt.
Unser Beitrag soll auch in diesem Jahr über aktuelle Diskussionsthemen und Fragestellungen im Fachbeirat der BAM, in seinen Arbeitsgruppen und in der BAM informieren. Im vergangenen Jahr wurde intensiv über die Qualitätssicherung und den Einbau von Kunststoff-Dränelementen diskutiert. In diesem Zusammenhang wurde ein Untersuchungsprogramm zum Einfluss von Überlappstößen auf das Wasserableitvermögen von Kunststoff-Dränelementen angestoßen. Die Ergebnisse sollen hier in Kürze vorgestellt und die Bedeutung für die Abminderungsfaktoren und damit für die Bemessung erläutert werden. Zu welchem Zeitpunkt muss ein Kunststoff Dränelement überbaut werden und welche weiteren Regelungen müssen hier beachtet werden? Was steckt eigentlich hinter diesen strengen Regelungen? Diese Fragen sollen im Folgenden diskutiert werden.
Die Deponieverordnung (DepV) fordert eine Akkreditierung der fremdprüfenden Stellen nach verschiedenen Normen. Die fachlichen Anforderungen an den „Fremdprüfer-Kunststoff“ legt die Richtlinie Fremdprüfer der BAM fest. Um diese Anforderungen im Akkreditierungsprozess ausreichend berücksichtigen zu können, wurde nun eine sogenannte DAkkS Regel erarbeitet, die die Anforderungen der Richtlinie spiegelt. Über den aktuellen Stand soll berichtet werden.
Auch über die aktuelle Arbeit in Zusammenhang mit den Kunststoffdichtungsbahnen (KDB) soll berichtet werden. Der Prüfhinweis B14 (Bestimmung der Maßhaltigkeit von geosynthetischen Dichtungsbahnen aus Polyethylen hoher Dichte (PEHD)) wurde überarbeitet. Vorangegangen war eine intensive Entwicklung der Prüfeinrichtung sowie ausgiebige Ringversuche im AK GWS (Arbeitskreis Grundwasserschutz). In diesem Zusammenhang wurden neue Anforderungen an die Produkte gestellt. Die Hintergründe dazu sollen kurz vorgestellt werden. Die DVS (Deutscher Verband für Schweißen und verwandte Verfahren) Richtlinie 2225-4 regelt das Schweißen der KDB auf der Deponiebaustelle. Werden KDB im strukturierten Bereich miteinander verschweißt, werden die Strukturen in der Regel vorher abgetragen. Die DVS Richtlinie 2225-4 sieht unter bestimmten Voraussetzungen von einem Abtragen der Strukturen ab. Vor diesem Hintergrund wurde vom AK GWS ein Untersuchungsprogramm initiiert, das die Auswirkungen aufzeigen soll. Die Ergebnisse und Schlussfolgerungen werden vorgestellt.
Die europäischen Anwendungsnormen und das deutsche Straßenbaumerkblatt für Geokunststoffe verwenden statistische Begriffe. Deren nur „beiläufige“ Erwähnung lässt jedoch offen, was genau im Zusammenhang gemeint ist. Produkte unterschiedlicher Hersteller können daher trotz gleicher Angaben zu den Mindestwerten in den Leistungserklärungen oder Datenblättern deutlich unterschiedliche Eigenschaften haben. Um vorschriftsmäßig bemessen zu können, muss man jedoch wissen, was sich hinter den Zahlen verbirgt. Eine Zulassung oder Zertifizierung ist nur dann sinnvoll, wenn darüber hinaus einheitlich definiert wird, was die Angaben für die werkseigene Produktionskontrolle, die Inspektion durch benannte Stellen und die Kontrolle durch Dritte bedeuten. In den vergangenen Jahren seit 2009 wurde versucht, die Zulassungen stärker auf die Vorgaben aus der europäischen Normung zu stützen. Daher musste nun diskutiert werden, welche statistische Bedeutung die Angaben in den Zulassungen für Kunststoff-Dränelementen und Geotextilien zum Filtern und Trennen haben. Hier musste eine einheitliche Regelung getroffen werden. Über die Ergebnisse soll berichtet werden.
Durch die hydrolytische Alterung ändert sich die Zugfestigkeit eines Polyester-Bewehrungsgitters im Laufe der Zeit. Nach den Empfehlungen für den Entwurf und die Berechnung von Erdkörpern mit Bewehrung aus Geokunststoffen (EBGEO) der DGGT wird dieser Effekt durch einen Abminderungsfaktor bei der Bemessung berücksichtigt. Es ist zwar im Prinzip festgelegt, wie man bei der Bestimmung eines solchen Faktors für eine chemisch bedingte Materialveränderung vorgehen soll (ISO/TR 20432), es bleiben jedoch große Freiheiten bei der Umsetzung. Die Fragen, die sich daraus bei Bewehrungsgittern aus Polyester ergeben, werden diskutiert. Es werden Bausteine eines einheitlichen Verfahrens vorgeschlagen, das sich nicht nur auf den Festigkeitsverlust, sondern auch auf die molekulare Veränderung konzentriert.
Auch Kunststoffdränelemente sind wie alle Kunststoffprodukte für Kriechen und Stabilitätsversagen anfällig. Ein Kunststoffdränelement verformt sich unter langanhaltender Druck- und Scherbelastung allmählich. Dabei werden die Dicke und damit auch das Wasserableitvermögen reduziert. Wenn die Verformung parallel zur Ebene im Laufe der Zeit einen kritischen Wert überschreitet, kann es zum Scherversagen kommen. Das Kunststoffdränelement kann auch Zusammenbrechen, wenn die Dicke des Produktes einen kritischen Wert unterschreitet. Diese Effekte werden an Hand von Daten von Herstellern von vier verschiedenen Produkten beschrieben. Das Langzeit-Wasserableitvermögen und die akzeptable Grenzen für die Scher- und Normalspannung vor dem Hintergrund von Scherversagen und Dränkemstabilität und die Lebensdauer in Bezug auf diese Versagensmechanismen werden durch Zuhilfenahme standardisierter Prüfverfahren bestimmt. Diese Eigenschaften von Kunststoffdränelementen müssen bei der Planung dauerhafter geotechnischer Bauwerke berücksichtigt werden. Zudem wird kurz auf das Qualitätsmanagement bei dem Einbau und der Lagerung der Produkte auf der Deponiebaustelle eingegangen.
Bispidines for dual imaging
(2014)
The efficient transformation of the hexadentate bispidinol 1 into carbamate derivatives yields functional bispidines enabling convenient functionalization for targeted imaging. The BODIPY-substituted bispidine 3 combines a coordination site for metal ions, such as radioactive 64CuII, with a fluorescent unit. Product 3 was thoroughly characterized by standard analytical methods, single crystal X-ray diffraction, radiolabeling, and photophysical analysis. The luminescence of ligand 3 was found to be strongly dependent on metal ion coordination: CuII quenches the BODIPY fluorescence, whereas NiII and ZnII ions do not affect it. It follows that, in imaging applications with the positron emitter 64CuII, residues of its origin from enriched 64Ni and the decay products 64NiII and 64ZnII, efficiently restore the fluorescence of the ligand. This allows for monitoring of the emitted radiation as well as the fluorescence signal. The stability of the 64CuII–3 complex is investigated by transmetalation experiments with ZnII and NiII, using fluorescence and radioactivity detection, and the results confirm the high stability of 64CuII–3. In addition, metal complexes of ligand 3 with the lanthanide ions TbIII, EuIII, and NdIII are shown to exhibit emission of the BODIPY ligand and the lanthanide ion, thus enabling dual emission detection.
The fluorolytic sol–gel synthesis is applied with the intention to obtain two different types of core–shell nanoparticles, namely, SrF2–CaF2 and CaF2–SrF2. In two separate fluorination steps for core and shell formation, the corresponding metal lactates are reacted with anhydrous HF in ethylene glycol. Scanning transmission electron microscopy (STEM) and dynamic light scattering (DLS) confirm the formation of particles with mean dimensions between 6.4 and 11.5 nm. The overall chemical composition of the particles during the different reaction steps is monitored by quantitative Al Kα excitation X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). Here, the formation of stoichiometric metal fluorides (MF2) is confirmed, both for the core and the final core–shell particles. Furthermore, an in-depth analysis by synchrotron radiation XPS (SR-XPS) with tunable excitation energy is performed to confirm the core–Shell character of the nanoparticles. Additionally, Ca2p/Sr3d XPS intensity ratio in-Depth profiles are simulated using the software Simulation of Electron Spectra for Surface Analysis (SESSA). In principle, core–shell like particle morphologies are formed but without a sharp interface between calcium and strontium containing phases.
Surprisingly, the in-depth chemical distribution of the two types of nanoparticles is equal within the error of the experiment. Both comprise a SrF2-rich core domain and CaF2-rich shell domain with an intermixing zone between them. Consequently, the internal morphology of the final nanoparticles seems to be independent from the synthesis chronology.
Data are reported from oven aging in circulating air and water immersion tests at 80°C on various polyolefin (polyethylene (PE) and polypropylene (PP)) needle-punched nonwoven geotextiles (GTnws) and the results of these long-term tests are compared with the oxidative resistance of high-density PE geomembranes (HDPE GMs) described in a preceding paper (Polym. Degr. Stability 79(1) (2003) 161). Polyolefin fibers used in geotextiles are typically less stabilized, have a very high surface-to-volume ratio and an oriented morphology compared with HDPE GMs. Therefore, significant differences in the oxidation behavior of these products are expected which may affect their durability. Two general results can be obtained from our measurements: Firstly, while the lifetime of the HDPE GM is essentially determined by the slow loss of stabilizers, for all GTnws a rapid reduction in the oxidative induction time (OIT) and, as we conclude, in the amount of stabilizer was observed during water immersion and air aging. Secondly, the mechanical property degradation of the GTnws depended strongly on the oxidation conditions: the induction period prior to the degradation was much longer for immersion in water than for oven aging in circulating air. After antioxidant depletion, an induction time of the oxidation reaction, which depends on the draw ratio of the stretched fibers and the oxygen supply, might substantially contribute to the induction period of the mechanical property degradation of GTnws. For one PP GTnw product, a sudden reduction in the mechanical strength occurred after onset of degradation which continued rapidly until complete deterioration. For other PP samples as well as for all PE GTnws the reduction in mechanical strength proceeded slowly. Best fits were obtained by modeling the degradation process of the PE GTnws by a second-order kinetic. Using an activation energy of 60 kJ/mol (Geotextiles, Geomembranes and Related Products, Balkema, Rotterdam, 1990; Conference Proceedings of the Sixth International Conference on Geosynthetics, Industrial Fabrics Association International (IFAI), Atlanta, USA, 1998, pp. 683690; Clay Geosynthetic Barriers, Balkema, Lisse, The Netherlands, 2002, pp. 8796), lower limits of the half-live of the degradation at worst case field conditions were obtained in the range 3083 years. Some decades have to be added for the overall induction time. However, under field conditions with limited oxygen supply, the expected service lifetime might be at least half an order of magnitude longer.
This is a corrigendum to the original article "Determining the thickness and completeness of the shell of polymer core-shell nanoparticles by X-ray photoelectron spectroscopy, secondary ion mass spectrometry, and transmission scanning electron microscopy" that was published in "The journal of physical chemistry C", vol. 123 (2019), no. 49 pp. 29765-29775.
Results are reported from a pilot study under the Consultative Committee for Amount of Substance (CCQM) to compare measurements of and resolve any relevant measurement issues in, the amount of thermal SiO2 oxide on (100) and (111) orientation Si wafer substrates in the thickness range 1.5 - 8 nm. As a result of the invitation to participate in this activity, 45 sets of measurements have been made in different laboratories using 10 analytical methods: medium-energy ion scattering spectrometry (MEIS), nuclear reaction analysis (NRA), RBS, elastic backscattering spectrometry (EBS), XPS, SIMS, ellipsometry, grazing-incidence x-ray reflectrometry (GIXRR), neutron reflectometry and transmission electron microscopy (TEM). The measurements are made on separate sets of 10 carefully prepared samples, all of which have been characterised by a combination of ellipsometry and XPS using carefully established reference conditions and reference parameters.
The results have been assessed against the National Physical Laboratory (NPL) data and all show excellent linearity. The remaining data sets correlate with the NPL data with average root-mean-square scatters of 0.15 nm, half being better than 0.1 nm and a few at or better than 0.05 nm. Each set of data allows a relative scaling constant and a zero thickness offset to be determined. Each method has an inherent zero thickness offset between 0 nm and 1 nm and it is these offsets, measured here for the first time, that have caused many problems in the past. There are three basic classes of offset: water and carbonadeous contamination equivalent to ~1 nm as seen by ellipsometry; adsorbed oxygen mainly from water at an equivalent thickness of 0.5 nm as seen by MEIS, NRA, RBS and possibly GIXRR; and no offset as seen by XPS using the Si 2p peaks. Each technique has a different uncertainty for the scaling constant and consistent results have been achieved. X-Ray photoelectron spectroscopy has large uncertainties for the scaling constant but a high precision and, critically, if used correctly, has zero offset. Thus, a combination of XPS and the other methods allows the XPS scaling constant to be determined with low uncertainty, traceable via the other methods. XPS laboratories returning results early were invited to test a new reference procedure. All showed very significant improvements. The reference attenuation lengths thus need scaling by 0.986 ± 0.009 (at an expansion factor of 2) deduced from the data for the other methods. Several other methods have small offsets and, to the extent that these can be shown to be constant or measurable, then these methods will also show low uncertainty. Recommendations are provided for parameters for XPS, MEIS, RBS and NRA to improve their accuracy.
Bei den von der Bundesanstalt für Materialforschung und ‐prüfung (BAM) zugelassenen Kunststoff‐Dränelementen sind drei verschiedene Varianten von überlappenden Querstößen nach den Einbauanleitungen zulässig. Das Wasserableitvermögen innerhalb dieser Querstöße wurde vom SKZ – Das Kunststoffzentrum und von der KIWA Deutschland GmbH in Abstimmung mit der BAM gemessen. Dabei zeigte sich bei den gewählten Prüfbedingungen (einem hydraulischer Gradienten i = 1, Auflasten von 20 und 50 kPa sowie den Bettungen hart/weich und weich/weich) praktisch keine Verringerung gegenüber dem Wasserableitvermögen im Kunststoff‐Dränelement selbst. Eine solche war insbesondere dann nicht zu beobachten, wenn die Dränkerne im Überlappungsbereich direkt aufeinandergelegt wurden (Variante A). Werden die Kunststoff‐Dränelemente als Ganzes entweder dachschindelartig hinsichtlich der Strömungsrichtung (Variante B) oder in einer gerade umgekehrten Anordnung (Variante C) übereinandergelegt, so genügt dabei eine Überlappungslänge von 20 cm, damit ausreichend Wasser durch die zwischen den Dränkernen liegende Trennschicht aus Filter‐ und Trägergeotextil strömt. Der bisher in der GDA‐Empfehlung E2‐20 für die Bemessung angesetzte Abminderungsfaktor von 1,2 für Querstöße kann daher für die hier untersuchten, zugelassenen Produkte bei einer genügend großen Überlappung entfallen. Entsprechende Hinweise werden zukünftig in den Zulassungsscheinen gegeben.
Die neue Deponieverordnung regelt im Anhang 1 auch den Einsatz von Geokunststoffen im Deponiebau. Deren Eignung muss der zuständigen Behörde gegenüber nachgewiesen werden. Auf die entsprechenden Regelungen wurde im ersten Teil dieses Aufsatzes eingegangen. Zumindest in den nächsten Jahren kommt nur ein Nachweis durch Vorlage einer Zulassung der BAM Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung in Betracht. Das Zulassungsverfahren wird in der Deponieverordnung geregelt. Die Zulassungsbehörde soll u.a. nicht nur ein bestimmtes Produkt auf der Grundlage von Zulassungsrichtlinien überprüfen, sondern auch in Zusammenarbeit mit einem Fachbeirat Anforderungen an den fachgerechten Einbau und das Qualitätsmanagement festlegen. Das Zulassungsverfahren und einige wesentliche technische Zulassungsanforderung, die für Kunststoffdichtungsbahnen, Schutzschichten, Geotextilien, Kunststoff-Dränelement, Bewehrungsgitter aus Kunststoff und Dichtungskontrollsysteme inzwischen erarbeitet und in Zulassungsrichtlinien beschrieben wurden, werden erläutert.
Der Zugversuch ist ein wichtiges Prüfverfahren für die Qualitätssicherung von Kunststoffdichtungsbahnen, die in der Geotechnik (Deponiebau, Tunnelbau usw.) verwendet werden. Für die Vergleichbarkeit und Beurteilung der Ergebnisse ist ein standardisiertes Verfahren erforderlich. Da sich Kunststoffe durch ihr ausgeprägtes viskoelastisches Verformungsverhalten von anderen Baumaterialien unterscheiden, werden die ermittelten Kennwerte sowie deren Bedeutung und Verwendbarkeit für die Praxis diskutiert. Die Einsatzmöglichkeiten und -grenzen von Extensometern werden erläutert. Am Beispiel des Zugversuchs werden zudem die Schwierigkeiten bei der Normungsarbeit aufgezeigt: Angefangen vom Einfluss unterschiedlicher Normungsorganisationen und -komitees sowie der Hersteller auf den Entstehungsprozess der Normen bis hin zu Übersetzungsfehlern. Dabei zeigt sich, dass es durchaus sinnvoll sein kann, für bestimmte Arten von Produkten, wie z. B. PEHD-Dichtungsbahnen, eine eigene Norm zu erarbeiten.
Core–shell nanoparticles (CSNPs) have become indispensable in various industrial applications. However, their real internal structure usually deviates from an ideal core–shell structure. To control how the particles perform with regard to their specific applications, characterization techniques are required that can distinguish an ideal from a nonideal morphology. In this work, we investigated poly(tetrafluoroethylene)–poly(methyl methacrylate) (PTFE–PMMA) and poly(tetrafluoroethylene)–polystyrene (PTFE–PS) polymer CSNPs with a constant core diameter (45 nm) but varying shell thicknesses (4–50 nm). As confirmed by transmission scanning electron microscopy (T-SEM), the shell completely covers the core for the PTFE–PMMA nanoparticles, while the encapsulation of the core by the shell material is incomplete for the PTFE–PS nanoparticles. X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) was applied to determine the shell thickness of the nanoparticles. The software SESSA v2.0 was used to analyze the intensities of the elastic peaks, and the QUASES software package was employed to evaluate the shape of the inelastic background in the XPS survey spectra. For the first time, nanoparticle shell thicknesses are presented, which are exclusively based on the analysis of the XPS inelastic background. Furthermore, principal component analysis (PCA)-assisted time-of-flight secondary-ion mass spectrometry (ToF-SIMS) of the PTFE–PS nanoparticle sample set revealed a systematic variation among the samples and, thus, confirmed the incomplete encapsulation of the core by the shell material. As opposed to that, no variation is observed in the PCA score plots of the PTFE–PMMA nanoparticle sample set. Consequently, the complete coverage of the core by the shell material is proved by ToF-SIMS with a certainty that cannot be achieved by XPS and T-SEM.
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.
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.
Funktionsdauer von Kunststoff-Dränelementen für Oberflächenabdichtungen von Deponien und Altlasten
(2007)
Geosynthetics are planar polymeric products, which are used in connection with soil, rock or other soil-like materials to fulfill various functions in geoenvironmental engineering. Geosynthetics are of ever-growing importance in the construction industry. Sealing of waste storage facilities to safely prevent the emission of wastewater, landfill gas and contaminated dust as well as the diffusion of pollutants into the environment and coastal protection against storms and floods and reconstruction after natural disaster are important fields of application. We will give an overview of the various geosynthetic products. Two examples of the material problems related to geosynthetics are discussed in detail: the effect of creep on the long-term performance of geocomposite drains and the numerical simulation of the interaction of soil with geogrids. Both issues are of importance for the use of these products in landfill capping systems. The various functions, which geosynthetics may fulfill in the protection of coastal lines, are illustrated by case studies. The geosynthetic market is evaluated and economical and environmental benefits, as well as environmental side effects related to the use of geosynthetics, are discussed.
Mit PE-HD-Dichtungsbahnen kann eine sehr wirksame, endgültige Oberflächenabdichtung auf einer Deponie gebaut werden. Dies setzt zwei Dinge voraus: die Dichtungsbahnen müssen fehlerfrei eingebaut werden und sie müssen lange genug halten. Die Lebensdauern von PE-HD-Dichtungsbahnen können sich jedoch je nach Werkstoff, Verarbeitung und Installation um Größenordnungen unterscheiden. Für die Auswahl sind daher spezielle Untersuchungen zur Alterung entscheidend und die Herstellungs-, Schweiß- und Verlegetechnik müssen bestimmte technische Standards erfüllen.
The shape memory functionality of a segmented poly(ester urethane) and its hydrolytically aged specimens has been studied by cyclic thermo-mechanical measurements with an imposed strain of 100%. The shape memory effect was triggered by a melting transition in the soft segment phase. Aging was enforced by immersion in hot de-ionized water. In the course of the immersion the tensile properties (secant moduli, stress and strain at yield and break) were impaired by hydrolysis. Advanced specimen embrittlement finally led to rupture during the first thermo-mechanical cycle. This happened after 68 days of aging at 55 °C and correspondingly after 8 days at 80 °C. The residual strain after the first cycle, which was about 25%, increased significantly with aging time. Therefore, the total strain recoverability became ever smaller: aged specimens needed conditioning by at least two cycles for a full development of shape recoverability. Likewise the recovery force decreased continuously. Despite these degradation effects, it was observed that the shape fixity and the cycle-related shape recovery of appropriately conditioned specimens (number of cycles N > 2) remained on a constant high level (at round 100% and between 90% and 100%, respectively) throughout the whole aging period. These observations are discussed within the framework of a simplified model of the behavior of crystallizable shape memory polymers. The amorphous state of the polymer is described by the equation of the linear visco-elastic solid. As for the semi-crystalline state the material is assumed to react elastically with respect to deviations from the configuration, which was frozen up under constraint conditions. The curves of the dependence of the material behavior on aging time at 55 °C match perfectly those at 80 °C when the time axis is adjusted by a factor of 8.5, from which the apparent activation energy for hydrolytic aging in the amorphous state of 82 kJ mol-1 could be deduced.
Hydrolytic degradation and functional stability of a segmented shape memory poly(ester urethane)
(2009)
In order to understand the effects of water and hydrolytic ageing on semi-crystalline poly(ester urethane) and its shape memory functionality, water immersion experiments at elevated temperature have been performed on a model substance and various parameters were monitored: change of the melting/crystallisation temperatures, substantial increase in crystallinity, temperature dependence of the water diffusion coefficient and solubility, hydrogen-bonding index and phase mixing by peak deconvolution of the FT-IR carbonyl region and day-to-day tensile and thermo-mechanical cyclic tensile tests. A rising fraction of freezable water agglomerates in the polymer was found for specimens cooled from the immersion temperature. The degradation process could be divided into three phases: an induction phase, a phase of continuous degradation and a phase of accelerated degradation. Shape recovery remains fairly constant during phase one and decreases slowly during phase two. The increase in crystallinity in phase two is accompanied by an increase in shape fixing ability.
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.
In einem von der Firma GSE Lining Technology GmbH geförderten F+E-Vorhaben wurde die Langzeitscherfestigkeit und die Oxidationsstabilität von deren strukturierten PE-HD- Dichtungsbahnen untersucht. Bei diesen strukturierten Dichtungsbahnen wird das Strukturmaterial in einem eigenen Arbeitsgang aufgebracht. Das PE-HD-Material der Grundbahn war in allen Fällen Vestolen A 3512 R. Für das Strukturmaterial wurden die PE- LLD-Werkstoffe Ladene 118 N mit zwei Rußbatches (Proben 229/1 und 229/2) und Dowlex 2045 E mit zwei Rußbatches (Proben 229/3 und 229/4) verwendet. Die Langzeitscherfestigkeit wurde in Zeitstand-Scherversuchen in Wasser bei 80 °C getestet und dabei auch die Veränderung der OIT Werte von Grundbahn und Strukturmaterial gemessen. Die Oxidationsstabilität des Strukturmaterials im Vergleich zur Grundbahn wurde in Autoklavenversuchen an Proben im Wasserbad unter einem Sauerstoffdruck von 20 bar und 80°C geprüft. Nach der Immersion wurde die Veränderung der Reibungsparameter in Scherkastenversuchen ermittelt.
Ein Geokunststoffprodukt muss in einer Deponieabdichtung unter allen relevanten Einwirkungen seine Funktion mindestens 100 Jahre lang erfüllen. Diese Annahme ist nicht schon allein dann gerechtfertigt, wenn Alterungsuntersuchungen gezeigt haben, dass der verwendete Werkstoff voraussichtlich so lange halten wird. Darüber hinaus gehende Fragestellungen zur Funktionserfüllung, die im Zulassungsverfahren bearbeitet werden müssen, werden am Beispiel von Kunststoff-Dränelementen und Bewehrungsgittern diskutiert. Es geht dabei um die Auswirkung von äußeren Kräften, die über diesen sehr langen Zeitraum einwirken.
Die Grenze für noch zulässige Druck- und Scherkräfte bei einem Kunststoff-Dränelement muss ausgelotet und das zugehörige Wasserableitvermögen bestimmt werden. Mögliche Einschränkung für den Herausziehwiderstand eines Bewehrungsgitters müssen abgeschätzt werden. Damit werden auch die Aufgaben zukünftiger Normungstätigkeit Umrissen. Ergänzend werden einige Erläuterungen zu aktuellen Entwicklungen gegeben: Eine neue Ausgabe der Fremdprüferrichtlinie wurde erarbeitet. Zulassungen für Bewehrungsgitter wurden erteilt.
Schließlich wird kurz erklärt, was Befristung einer Zulassung, Erlöschen einer Zulassung und Widerruf einer Zulassung bedeuten.
Long term behaviour of composite liners under exposure to a mixture of concentrated hydrocarbons
(1999)
To properly understand and assess the long-term behaviour of geosynthetic materials it is necessary to investigate the various types of possible degradation mechanims. This includes both chemical and mechanical behaviour, and sometimes even their interactions with one another. Clearly, chemical degradation of geosynthetics depends on the polymer type. For example, polyolefins are vulnerable to oxidation; polyesters are susceptible to hydrolysis; and plasticizers can leach from polyvinyl chloride. This paper describes the concept of these three types of degradation, but focuses on the oxidation of polyolefins since the majority of the geosynthetics is made from this type of polymer. The methods used to predict the lifetime of antioxidants and service life of the geosynthetic material will be illustrated. Furthermore, the influence of temperature, pressure, and ultraviolet light on the service life are also demonstrated. Finally, the current specifications targeting the longevity of different geosynthetics are presented.
Regarding mechanical degradation, the paper mainly focuses upon the creep deformation of geogrids and stress crack resistance (SCR) of polyethylene geomembranes and geopipe. The method to assess stress crack resistance is described, and the microscopic mechanisms that lead to such failure are explained. For creep evaluation, different acceleration tests are presented and their applicability with respect to the different types of polymers is illustrated. In addition, the long-term shear behaviour of geocomposites and geosynthetic clay liners is presented.
Geogrids, which are installed to prevent sliding failure on long and steep slopes, have to be safely anchored. The design and calculation of the anchorage is based on simple design rules. Basically, it is assumed that the pull-out resistance is proportional to the soil shear strength, the vertical load and the anchoring length and that the soil-reinforcement coefficient of proportionality as determined in pull-out tests is typically in the range between 0.5 and 1. Based on an extended version of a model for the soil-geogrid interaction, which was described by Ziegler and Timmers (2004) and Sieira et al. (2009), the physical assumptions and limitations of these rules are discussed. For those geogrids, for which the passive thrust mobilization of earth pressure by the displacement of the transversal or bearing force grid elements substantially contributes to the pull-out resistance, the mechanical strength of the junction between longitudinal and transversal elements is of crucial importance. The relation between mechanical properties of the junction, the flexibility of the longitudinal grid elements, the surface friction and the finally achieved pull-out resistance is exemplarily shown by a model calculation. It is included, that due to aging and creep the short-term junction strength may be significantly lower than the long-term strength. There is a certain critical pull-out resistance and an associated critical anchorage length. Both are determined by the strength of the junction embedded into the soil and are independent from the actually installed anchorage length. For a safe design it is not allowed to go beyond that limit. This requirement restricts the range of application of the common design rules. It follows that not only the long-term strength of the longitudinal elements has to be considered and quantified by reduction factors but also the long-term strength of junctions. These limitations have to be observed to achieve a safe design of the anchorage. Preliminary design rules are discussed.
Geosynthetic clay liners (GCLs) often have a sandwich-like multilayer structure, e.g. bentonite encased between two geotextile layers connected by fibers or yarns, either by needle-punching or stitch-bonding. Therefore, the internal shear strength of the GCL depends on the strength of reinforcing fiber bundles or yarns and their anchoring strength in the cover and carrier geotextiles. When used on long and steep slopes and covered with thick soil layers, the GCL is permanently exposed to a combined action of compressive and shear stress. Such load conditions are characteristic for landfill covers and the slope stability of the overall cover system in the long run strongly depends on the long-term internal shear strength of the GCL. A new test method was developed to study this long-term shear behavior. The focus was not only on creep, as it is normally done, but on aging effects. The shear test devices allow the measurement of creep curves and times-to-failure at elevated temperatures in different media (tap water and de-ionized water). In this publication, the main findings of the experiments on needle-punched GCLs with and without thermal treatment are summarized. Tap water as a test medium was essential to ensure sodium to calcium ion exchange in the bentonite layer. Under this condition extremely long test durations without failure were achieved. Sliding failure occurred when de-ionized water was used. Two failure modes were observed: brittle failure of the GCLs with thermal treatment and slow disentanglement of fiber bundles for untreated GCLs. Short-term shear strength (e.g. peel strength) is unrelated to the actual long-term shear strength, i.e. to the times-to-failure achieved in long-term shear strength test. Hence, short-term shear strength alone will not provide reliable dimensioning data for product design and choice of resins. Therefore, the often suggested approach, namely, restriction to short-term tests only and application of factors of safety, is challenged by these results.
Long-term water flow capacity of geosynthetic drains and structural stability of their drain cores
(2008)
Zur Sicherung von Deponien und Altlasten mit dem Ziel eines langfristig wirksamen Grundwasserschutzes werden seit Mitte der 80er Jahre Kombinationsdichtungen (Verbund aus Kunststoffdichtungsbahn und mineralischen Dichtschichten) eingesetzt. Um deren Langzeitbeständigkeit auch unter extremen Bedingungen bewerten zu können, wurden Permeationsmesszellen, welche die Verhältnisse in der Deponie nachstellen und über einen Zeitraum von 12 Jahren mit einem Mehrkomponentengemisch konzentrierter organischer Verbindungen beaufschlagt worden waren, zerlegt und die Auswirkungen der Schadstoffpermeation auf die Abdichtungsmaterialien untersucht. Schwerpunkte der hier vorgestellten Arbeiten waren Untersuchungen: - zur Auswirkung der Permeation des Gemisches an organischen Verbindungen auf die Eigenschaften der Kunststoffdichtungsbahn, - zur vertikalen Verteilung der organischen Verbindungen in den mineralischen Dichtungen, - zu Veränderungen mineralogischer, mikromorphologischer und bodenmechanischer Eigenschaften der mineralischen Dichtungsmaterialien, - zu mikrobiellen Aktivitäten in den mineralischen Dichtungen. Daneben wurden Stofftransportparameter bestimmt und eine Modellierung des Stofftransportes durchgeführt. Die verschiedenen untersuchten Materialien der Kombinationsdichtungen erwiesen sich unter den extremen Bedingungen als ein stabiles und effizientes Abdichtungssystem.
The German landfill ordinance includes a certification requirement for geosynthetics used in landfill liner and capping systems. The certification guidelines describe the basis for the design of geosynthetics used in landfill construction. According to the rules which are usually applied, the thickness of the filter geotextile has to be at least 30 times the characteristic opening size O90. Filter geotextiles which are often used in geocomposite drains have a mass per area of 200 g/m² and do not fulfill this requirement.
In this paper modified filter criteria for geosynthetics are presented with a particular focus on These geotextile filters in geocomposite drains.
Die neue Deponieverordnung fordert Zulassungen für Geokunststoffe, die in Deponiedichtungssystemen eingesetzt werden. Diese gesetzliche Vorgabe führt dazu, dass in nationalen Regelwerken und Empfehlungen neue Vorgehensweisen verankert werden müssen. Zulassungsstelle ist die BAM Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung. Zuständig für die entsprechenden GDA Empfehlungen ist die UAG-Ak 5.1-6.1. Der Beitrag zeigt die Neuerungen, aber auch die Ausnahmeregelungen. Auf der Grundlage der Deponieverordnung hat die BAM einen Fachbeirat zusammengerufen, der verschiedene Arbeitsgruppen eingerichtet hat, um Zulassungsrichtlinie für Kunststoffdichtungsbahnen, Schutzschichten, Geotextilien zum Filtern und Trennen sowie Bewehrungsgitter aus Kunststoff zu erarbeiten oder zu aktualisieren. Die Zulassungsanforderungen lehnen sich wiederum eng an GDA- und EAG-Empfehlungen an. In dem Beitrag wird der Stand der Fachdiskussion in den Arbeitsgruppen erläutert.
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.
Bis Mitte 2005 müssen schätzungsweise 250 alte Hausmülldeponien geschlossen werden, die nicht dem Stand der Technik entsprechen. Danach muß irgendwann eine Sicherung erfolgen. Wo dies im Einzelfall kontrollierbar möglich ist, kann man versuchen, den Deponiekörper anaerob ausreagieren zu lassen oder aerob zu stabilisieren. An einer zusätzlichen technischen Barriere wird jedoch auch dann kaum ein Weg vorbeiführen. Einfache, aber hochwirksame technische Abdichtungen können auch auf der Oberfläche einer Deponie errichtet werden. Für die dort wirksamen Beanspruchungen sind Abdichtungen mit ausgewählten PE-HD-Dichtungsbahnen besonders geeignet. Eine Zulassung der Produkte für diesen Anwendungszweck ist erforderlich, da PE-HD-Werkstoffe, aber auch Dichtungsbahnen, die aus dem gleichen PE-HD-Werkstoff unterschiedlich gefertigt wurden, sich in ihren Eigenschaften drastisch unterscheiden können.
Data from four samples of commercially available PET geogrids (made either of yarns or bars), which were measured by BAM or other institute, are analyzed to discuss the procedure and problems of determining the chemical reduction factor RFCH associated with a certain service life. Estimates from Arrhenius extrapolation usually have very large statistical errors. The level of confidence must therefore be specified. A reliable estimate requires data from immersion tests below the glass transition temperature of PET. To extrapolate the time of reductions for each reduction factor at such low temperatures, one has to know the functional form of the mechanical degradation curve. It is shown how the degradation curve of the tensile strength may be obtained by determining the relation between increase in concentration of carboxyl end group (CEG) and decrease in tensile strength. Therefore, experimental studies to determine the chemical reduction factor should be accompanied by the measurements of the CEG concentration and the intrinsic viscosity. Furthermore, such measurements allow a non-ambiguous determination of the molecular mass. Hydrolytic molecular degradation will proceed continuously even at 20 °C with half-life of the inverse of the CEG concentration of 40–100 y. Nevertheless, small chemical reduction factors at a lifetime of 100 y are obtained with high level of confidence for materials with low initial CEG concentration and high molecular mass. This is shown by pooling data from samples with comparable CEG concentration, molecular mass and above all comparable intrinsic relation between increase in CEG concentration and decrease in strength. Therefore, the recommendation of ISO TR 20432, Table 2, for chemical reduction factors seems to be applicable to PET geogrids with index properties well below the one specified by the technical report. Whether these index properties are actually a sufficient condition to have small chemical reduction factors even at a very long service life is still an open question. The determination of chemical reduction factor should be based on aging experiments, at least for products with index properties close to the limiting values for the following reasons. (1) Even so standards are available, results of different laboratories on absolute values of CEG concentration and number averaged molecular mass differ to a certain extent. (2) Other factors, like crystallization, affect the mechanical degradation significantly. (3) There is no universally applicable form of the mechanical degradation curve.
Data are reported from oven aging in air for more than 13 years (!) and from water immersion tests for 6 years at 80 °C on various high-density polyethylene geomembranes (GM) used in landfill lining. The mechanical properties and oxidative induction times (OIT) of the samples were monitored during the long-term testing. Aging behavior in hot air is different from that in hot water. During oven aging a slow, exponential decrease of OIT is observed. Even after 13.6 years there is no indication of an oxidative degradation of the mechanical properties. During immersion in water a strong reduction in OIT occurs within the first year, after which time the curve levels off. Oxidation starts when very low OIT-values are reached after about 5 years at which time the mechanical strength rapidly falls to values below the yield point. We conclude from these data that the service life of HDPE GM's is essentially determined by the slow loss of stabilizers due to migration. The oxidation starts only after the depletion of antioxidants and then quickly leads to brittleness of the sample. However, no complete oxidative deterioration has been observed to date. We estimate by the van't Hoff rule that under normal ambient conditions many centuries will have to pass before the functional mechanical properties of state-of-the-art stabilized HDPE bulk material will be reduced below acceptable limits by oxidative degradation.
Mit Dichtungskontrollsystemen (DKS) werden Konvektionssperren in Oberflächenabdichtungssystemen von Deponien kontrolliert. Die Funktionsfähigkeit eines eingebauten DKS muss in jedem Projekt zuvor überprüft werden. Diese projektspezifische Funktionsprüfung des DKS selbst wird am Beispiel der Verwendung mit einer Kunststoffdichtungsbahn (KDB) diskutiert. Der grundsätzliche Aufbau, die zugrunde liegenden Messprinzipien und das Ziel der Prüfung werden vorgestellt. Die Anforderungen an die nach der Deponieverordnung (DepV) zugelassenen Systeme hinsichtlich Betrieb, Leitungsfähigkeit und Konstruktion werden beschrieben. Dabei wird auf die Vorgaben der Richtlinie, die einer Zulassung zugrunde liegt, eingegangen. Das mögliche Vorgehen bei der projektspezifischen Kontrollprüfung im Hinblick auf Aspekte wie Vorgehensweise, Zeitpunkt und Randbedingungen sowie äußere Einflussfaktoren werden diskutiert.--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Leak detection systems (LDS) are used to control tight barriers in landfill cover systems. However, the efficiency of the installed LDS itself has to be verified in every landfill construction project. As an example the efficiency test for LDS used in connection with geomembranes is discussed in detail. The basic principles, the measuring techniques and objectives of the efficiency testing are described. The requirements for a certification of LDS under the terms of the new German landfill ordinance with regard to operation, capability and design are listed. The conditions necessary for a certification of LDS are introduced. Possible project related efficiency testing procedures with respect to the scope, time of convenience, general conditions as well as external influencing factors are discussed.
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.
The German landfill ordinance regulates the use of geosynthetics, polymers and leak detection systems (LDS) in the field of landfill engineering in Germany. It governs the certification process and sets a framework for the requirements on these products. The certification guidelines of the BAM Federal Institute of Materials Research and Testing turn these requirements into detailed technical specifications and associated test procedures. The present paper describes the procedure of developing certification guidelines for LDS by BAM and its advisory board. The requirements for the certification of LDS under the terms of the new German landfill ordinance with regard to operation and capability are listed and the technical criteria are described. The performance test for LDS used in connection with geomembranes is discussed in detail.
Geomembranes used in basal liner systems of landfills must not be damaged by the coarse gravel of the standard drainage layer. Therefore, the geomembrane must be protected against mechanical damage and strain by means of a suitable protective layer. The main requirements for this protective layer as well as the long-term durability of the mineral and geotextile components are compiled in the guideline recently released by German authorities. An overview is given on the existing types of protective layer systems with the state-of-the-art testing, the requirements and selected results of related research programs.