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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.
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.
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.
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.
Bewehrungsgitter aus Kunststoff, die zum Schutz vor hangparallelem Gleiten auf langen und steilen Böschungen eingebaut werden, müssen sicher verankert werden. Für den Entwurf und die Berechnung der Verankerung sind bestimmte Regeln gebräuchlich. An Hand von Modellen für die Wechselwirkung zwischen Füllboden und Bewehrungsgitter wird diskutiert, welche physikalischen Annahmen und Vereinfachungen in diese Bemessungsregeln eingehen. Dabei wird gezeigt, dass das bisher benutzte Bemessungskonzept ohne Einschränkung nur auf eine spezielle Klasse von Bewehrungsgittern anwendbar ist, deren Herausziehwiderstand überwiegend von Effekten der 'Oberflächenreibung' zwischen Bodenpartikeln und Längselementen des Gitters bedingt ist ('Reibungsgitter'). Für die Bemessung muss hier der Verbundbeiwert dieser reinen Oberflächenreibung verwendet werden. Bei Bewehrungsgittern, wo ein Erddruck, der sich vor den Querelementen des Gitters aufbaut, maßgeblich zum Herausziehwiderstand beiträgt, ist die Festigkeit der Verbindungsstellen zwischen Längs- und Querelementen von entscheidender Bedeutung für eine sichere Verankerung ('Erddruckgitter'). Die Zusammenhänge zwischen mechanischem Verhalten der Verbindungsstellen, Dehnbarkeit der Längselemente, Oberflächenreibung und maximaler Herausziehkraft werden beispielhaft aufgezeigt. Die Festlegung eines Bemessungswiderstands der Verbindungsstellen, der grundsätzlich nicht überschritten werden darf, erfordert eine Modifikation des Bemessungskonzepts. Zwei Fälle können unterschieden werden: Bei Böden mit hinreichend geringer innerer Reibung und geringer Auflast, wo der maximal mobilisierbare Erdwiderstand die zulässige Festigkeit der Verbindungsstelle nicht übersteigen kann, können die Bemessungsregeln noch angewendet werden. In allen anderen Fällen nicht mehr: Der Bemessungswiderstand der Verbindungsstelle setzt nämlich der möglichen aktivierbaren Verankerungslänge eine obere Grenze. Es können dann auch nur Zugkräfte bis zu einer bestimmten Stärke verankert werden, völlig unabhängig davon, wie groß die Zugfestigkeit des Bewehrungsgitters ist. Nur bei Beachtung dieser Grenzen ist eine langfristig sichere Verankerung möglich.
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.
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.
Funktionsdauer von Kunststoff-Dränelementen für Oberflächenabdichtungen von Deponien und Altlasten
(2007)
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.