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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.
Engineered capping systems are in most cases an indispensable and often the only efficient component required by the long-term safety concept for landfills, mine tailings tips and contaminated land. In Germany the composite liner is the main component of standard landfill cappings for municipal and hazardous waste landfills and the compacted clay liner (CCL) for landfills for inert or low-contamination waste. The composite liner is a technically highly effective but very expensive system. Research and experience has given rise to concern about the proper long-term performance of a conventional single CCL as a landfill capping. Therefore, alternative capping systems are discussed and applied for landfills and for the containment of contaminated sites. This paper gives an overview on various alternative engineered cappings and suitable systems for capping reflecting the state of the art and the expert view in Germany. According to the European Council Directive on the landfill of waste an impermeable mineral layer is recommended for the surface sealing of non-hazardous landfills and a composition of artificial sealing liner and impermeable mineral layer for hazardous landfills. In both cases a drainage layer thickness of at least 0.5 m is suggested. These recommendations should be interpreted flexibly and to some extent modified in the light of the experience and results presented in this paper.
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.
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.
Composite liners (a geomembrane in intimate contact with a mineral liner) are frequently used to line landfills and contaminated sites. It is therefore very important to characterise the behaviour of these systems even under extreme conditions.
An investigation was undertaken to determine the influence of a mixture of concentrated organic contaminants on composite liner materials taken from test cells that had been dismantled after a 12-year permeation test.
The organic hydrocarbons had permeated the HDPE-geomembrane and had then migrated or had been adsorbed within the mineral liners, depending on their properties. The obtained concentration profiles of the contaminant mixture components indicate that the various mineral layer materials have selective retardation abilities which correspond to the different parameters of the organic compounds as well as of the mineral layer.
In addition, contaminant transport in the composite liners tested was modelled and the results of the model analysis compared with measurement data. An example (acetone) illustrates the calculated spatial and temporal contaminant concentration.
The composite liners investigated exhibit a very good sealing capacity against the concentrated organic contaminants used.
Long term behaviour of composite liners under exposure to a mixture of concentrated hydrocarbons
(1999)
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.
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.
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.
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.
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.
Kunststoff-Dränelemente werden auch in Böschungen eingebaut. Da sie in der Regel aus mehreren Komponenten, nämlich mindestens aus einem Dränkern und einem Filtervliesstoff bestehen, hängt die Standsicherheit u. a. von der inneren Scherfestigkeit der Produkte ab. Diese kann entweder durch die reine Reibung der Komponenten untereinander oder durch die mechanische Festigkeit von Fügestellen zwischen den Komponenten bedingt sein, die schon bei der Produktion hergestellt werden. Im letzteren Fall ist nicht klar, wie Ergebnisse von Reibungsversuchen im Rahmenschergerät zu interpretieren sind. Vor diesem Hintergrund wird gezeigt, wie die Druck- und Scherkräfte, die ein Produkt langfristig aushalten kann, aus einem Reibungsversuch im Zusammenhang mit Kriechversuchen abgeleitet werden können. Dieses Vorgehen wird bei der Zulassung nach der Deponieverordnung für den Einsatz in Deponieabdichtungen angewendet.-----------------------------------------------------------------------------------------------------
Geocomposite drains (GCD) are used on long and steep slopes. Since they are usually composed of different components, at least a drain core in connection with a nonwoven filter geotextile, the internal shear strength is of significant relevance for the slope stability. The internal shear strength may be due to pure friction forces between the different components or due to the mechanical strength of the bonding between the components achieved in a special production process. In the latter case the interpretation of the results of friction shear box tests is quite unclear. Against this background it is shown how the pressure and shear forces, which are acceptable for a product in the long run, may be derived from such a shear box test in combination with long-term creep tests. The procedure is used within the framework of the certification of the products for landfill cover systems according to the German landfill ordinance.
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.
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.
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.
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.