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Organisationseinheit der BAM
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.
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.
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.
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.
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.
An approach to achieve “zero leakage” is discussed with respect to the 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 1970’s and 1980’s. Using a thick, high quality HDPE geomembrane (GMB), which is installed free of residual waves and wrinkles in intimate contact with a compacted clay liner (CCL) or geosynthetic clay liner (GCL) of very low permeability, by a qualified, experienced, well equipped and properly third-party controlled installer and which are protected by heavy protection layers designed with respect to long-term performance of the GMB, may result in a liner or capping system of practically no leakage. This is demonstrated by analyzing results of measurements obtained from permanently installed leak detection systems in combination with HDPE GMBs. The survey is based on 32 German landfills with 1,276,500 m² of installed HDPE GMB.
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.
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.
Was gibt es Neues? In diesem Beitrag wird über den aktuellen Stand bei der Zulassung von Geokunststoffen berichtet. 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. Im Folgenden geht es daher um einige aktuelle fachliche Themen und zugehörige Fragen, die bereits in der obigen Zusammenfassung umrissen wurden.
Like all plastic products, geocomposite drains (GCD) are susceptible to creep and creep rupture. The GCD is slowly and continuously deformed under long lasting shear and pressure forces. The thickness is reduced and thereby the water flow capacity. If the in-plane deformation reaches a critical value in the course of time, shear failure might occur. Likewise, if the thickness reaches a critical value the structure of the drain core might collapse. These effects are shown using data provided by the manufacturers of four different GCD. Long-term water flow capacity and the acceptable limits of shear stress and normal stress (pressure) with respect to shear rupture and drain core stability as well as the lifetime with respect to these failure modes are determined using standard test methods. The design of long lasting geotechnical structures has to take into account these characteristics of the long-tem performance of GCD.
Der Fachbeirat beschloss im vergangenen Jahr Zulassungsrichtlinien für Kunststoffdichtungsbahnen, Schutzschichten, Kunststoff-Dränelemente und Geotextilien zum Filtern und Trennen und eine Richtlinie über Anforderungen an Verlegefachbetriebe, die von seinen Arbeitsgruppen vorbereitet worden waren, und nunmehr die Grundlage für die Zulassungstätigkeit bilden. In diesem Beitrag wird im Anschluss an die Ausführungen auf der letzten Fachtagung kurz über wesentliche Anforderungen und Zulassungsvoraussetzungen berichtet. Noch nicht verabschiedet sind die Richtlinien für Dichtungskontrollsysteme und Bewehrungsgitter aus Kunststoff. Auf den Diskussionsstand bei den Anforderungen an die Bewehrungsgitter wird etwas ausführlicher eingegangen, da sich neben den materialtechnischen auch bemessungstechnische Probleme ergeben.
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.
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.
In absehbarer Zeit werden CE-gekennzeichnete Geovliesstoffe, Geogewebe, geosynthetische Dränelemente und Geogitter aus Kunststoff erhältlich sein, bei denen die CE-Leistungserklärung den Hinweis enthält 'dauerhaft für bis zu 100 Jahre' oder sogar 'dauerhaft für mindestens 100 Jahre'. Hersteller, Bauherren, Planer und zuständige Behörden werden sich daher die Frage stellen, ob diese Produkte auf der Grundlage von Anhang 1 Nummer 2.1 Satz 7 Ziffer 1 der Deponieverordnung (DepV) im Deponiebau auch ohne Zulassung verwendet werden dürfen. Ein Vergleich der europäisch harmonisierten Bauproduktnormen DIN EN 13252 und DIN EN 13257, die der CE-Kennzeichnung der Geotextilien und geotextilverwandten Produkte zugrunde liegen, mit den Anforderungen der DepV zeigt nun aber, dass nur ein Teil der für den Deponiebau wesentlichen technischen Eigenschaften in diesen Normen erfasst werden. Daher sind für CE gekennzeichnete Produkte zusätzliche Prüfungen auf der Grundlage der DepV-Liste der Kriterien und Einwirkmechanismen erforderlich. Die in den Produktnormen beschriebene Qualitätssicherung ist nach Anhang 1 Nummer 2 Satz 14 ff der DepV ebenfalls für die Gleichwertigkeit nicht ausreichend. Eine CE-Kennzeichnung ist deshalb noch kein Nachweis, dass die Produkte dem Stand der Technik nach der DepV entsprechen und die Eigenschaften der Produkte den geforderten Eigenschaften im Wesentlichen gleichwertig sind, auch wenn mit Bezug auf den Anhang B der genannten Normen deren Dauerhaftigkeit für 100 Jahre vom Hersteller deklariert wird.----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
In the near future, CE-marked woven and nonwoven geotextiles, geocomposite drains and geogrids will be available on the market, whose declaration of performance will contain the qualification 'predicted service life up to 100 years' or even 'predicted service life minimum 100 years'. Manufacturer, principals and their design engineers as well as the responsible authorities will have to deal with the question, whether such products can be used on the basis of Annex 1, no. 2.1, sentence 7, cipher 1 of the German landfill ordinance (DepV) as components of landfill liner and capping systems. A comparison of the harmonized European standards hEN 13252 and 13257, on which the CE-marking of geotextiles and geotextile-related products is based, with the DepV, shows that only a few of the essential technical characteristics actually relevant for landfill constructions are considered in these standards. Therefore, additional tests based on the DepV-list of criteria and mechanisms of action are necessary for CE-marked products. Requirements on quality managements in the hEN are likewise not adequate for essential equivalence with respect to annex 1, No. 2.1, sentence 14 ff, DepV. Therefore, CE-marking is actually no proof of the fulfilment of the state of the techno logy according to the DepV and of the essential equivalence of product properties to the required properties, albeit the declaration of performance indicates a predicted service life of 100 years.
Im ersten Teil dieses Aufsatzes wurde gezeigt, dass nur ein Teil der für den Deponiebau wesentlichen technischen Eigenschaften in den europäisch harmonisierten Bauproduktnormen DIN EN 13252 und DIN EN 13257, die der CE-Kennzeichnung der Geotextilien (GTX) und geotextilverwandten Produkte (GTP) zugrunde liegen, erfasst werden. Um eine im Wesentlichen vorhandene Gleichwertigkeit der Produkteigenschaften überhaupt abwägen zu können, müssen aber sämtliche relevanten Eigenschaften bekannt sein. Dies erfordert für CE-gekennzeichnete Produkte zusätzliche Prüfungen auf der Grundlage der DepV-Liste der Kriterien und Einwirkmechanismen (Anhang 1, Nummer 2.1.1, DepV). In diesem Teil werden die Tabellen C1 und C2 sowie die Tabelle D aus dem ersten Teil, in denen die Eigenschaften der harmonisierten europäischen Normen (hEN) den Anforderungen der DepV gegenübergestellt wurden, in technischer Hinsicht näher erläutert.