DE29912010U1

DE29912010U1 - Mineralischer Dichtungsbaustoff für eine Deponie sowie zur Absicherung von Altlasten

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Publication number: DE29912010U1
Application number: DE29912010U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1998-07-17
Filing date: 1999-07-09
Publication date: 2000-02-03
Anticipated expiration: 2009-07-10

Description

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Beschreibung

Die Erfindung betrifft einen mineralischen Dichtungsbaustoff, als Bestandteil eines Dichtungssystems für einen Deponiebau, sowie zur Absicherung von Altlastenstandorten, wobei Ersatzbaustoffe als Komponenten im mineralischen Dichtungssystem eingesetzt werden, vorzugsweise unter Verwendung von ausgefaulten Gewässer- und/oder Klärschlamm der mechanisch entwässert wurde und geeigneten wasseraufnahmefähigen Zuschlagstoffen.

In der Druckschrift DE 941 25 55 U1 wird für einen bekannten mehrschichtigen Aufbau für den Deponieaufbau wie Feinmüll, Dränageschicht, Schutzschicht, Kunststoffdichtungsbahn und mineralische Abdichtung eine spezielle Schutzschicht aus Kunststoffkomponenten zum Schutz der Kunststoffdichtungsbahn beschrieben. Die Kunststoffkomponenten beinhalten Fäden, die eine große Fläche aufweisen. Das führt dazu, daß sich die Flächen schneller zusetzen.

In der Druckschrift WO 89 01547 A1 wird erfindungsgemäß ein Verfahren dargestellt, welches zum Abdichten von Bodenformationen, insbesondere für die Herstellung von Deponien mittels getrockneten Klär- und Gewässerschlämmen bei einem TS- Gehalt von < 70%, anderen getrockneten Zuschlagstoffen, pulverförmigen Wasserglas und Weichgelbildnern hergestellt wird. Der Nachteil dieses Verfahrens besteht darin, daß die wasserglasvergüteten Dichtungssysteme aus Abfallstoffen und Recyclingmaterialien, den Einsatz von kostenaufwendigen Gelbildnern, zur Verringerung der Wasserdurchlässigkeit erfordern.

Nach der Druckschrift DE - OS 44 33 079 A1 wird der Klärschlamm auf einen TS - Gehalt > 70% thermisch vorgetrocknet, anschließend gemahlen und mit pulverförmigen Wasserglas und bindigen Böden vermischt. Der Nachteil dieser Erfindung besteht darin, daß der Kostenaufwand zur thermischen Trocknung des Klärschlamms sehr hoch ist und der zusätzliche Einsatz von Wasserglas erforderlich ist.
Vom Stand der Technik ist bekannt, daß labortechnische und baupraktische Unter-

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suchungen durch Wasserglasvergütungen von Klärschlammgemischen durchgeführt wurden, die zur Herstellung von mineralischen Dichtungen führten. Wesentliche Voraussetzung für die Wasserglasvergütung ist, ein kornabgestuftes und ausreichend wasserhaltiges Gemisch, das noch in sich verdichtungsfähig und somit abdichtungsfähig ist. Die Druckschrift DE - OS 44 29 346 A1 beinhaltet ein Verfahren zur Aufbereitung von Klärschlamm mittels hochaktiven Flugaschen, Tonsuspentionen und Verwendung des Endproduktes. Es ist aus der Druckschrift nicht nachvollziehbar, daß eine Mischung, welche nur aus Füllstoffen und abdichtenden plastifizierenden Stoffen besteht, bodenmechanisch stabil ist.

Die Druckschrift DE 195 40 387 C2 beinhaltet ein Verfahren für die Herstellung von mineralischen Dichtungen, bei der die hochwertigen natürlichen tonigen, schluffigen, sandigen und kiesigen Erdbaumaterialien teilweise durch billige Ersatzbaustoffe wie bentonithaltige Gießereialtsande und Gießereischlacken ausgetauscht werden. Nach der Technischen Anleitung (TA) Siedlungsabfall ist vorgeschrieben:

• eine Kombinationsdichtung aus einer Kunststoffdichtungsbahn (KDB) und mineralischen Barrieren nach dem Multibarrierekonzept für Sonder- und Siedlungsabfälle für oberirdische Deponien herzustellen,

• der Feinstkornanteil (< 0,002 mm ) muß nach DIN 18 123 mindesdens 20 % betragen,

• die Wasserdurchlässigkeitsbeiwerte [k - Werte] für Basisabdichtungen betragen k < 5 &khgr; 10"¹⁰ m/s und für Oberflächenabdichtungen k < 5 &khgr; 10'⁹

Die Aufgabe der Erfindung ist es, einen mineralischen Dichtungsbaustoff als Bestandteil eines Dichtungssystems für einen Deponiebau und Abdeckungen von Altlasten herzustellen, bei der die natürlichen tonigen, schluffigen, sandigen und kiesigen Erdbaumaterialien teilweise durch billige Ersatzbaustoffe ausgetauscht werden, ohne die Eigenschaften der Dichtungsmassen zu beeinträchtigen. Die erforderlichen Werte von k < 5 &khgr; 10~¹⁰ m/s sind abzusichern.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe nach den in dem Schutzanspruch 1 angegebenen

Merkmalen gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen.

Die Vorteile der Erfindung bestehen darin, daß bei mineralischen Abdichtungen die natürlichen tonigen, schluffigen, sandigen und kiesigen Erdbaumaterialien teilweise durch billige Ersatzbaustoffe, wie geeignete ausgefaulte Gewässer- und/oder Klärschlämme, ausgetauscht werden, ohne die Eigenschaften der Dichtungsmassen zu beeinträchtigen, wobei die Eigenschaften der mineralischen Dichtungsmaterialien hinsichtlich ihrer Rißanfälligkeit gegenüber den Standartsystemen wesentlich verbessert wird und die k-Werte unterschritten werden.

Durch die mit geeigneten ausgefaulten Gewässer- und/oder Klärschlämmen hergestellten mineralischen Dichtungsmassen können Deponien kostengünstig gesichert und das Einkapslungsverfahren für Altlasten rationeller gestaltet werden. Die eingesetzten Abfallstoffe werden stofflich, unter Beachtung der umweltunbedenklichen Parameter verwertet, wobei die so hergestellten mineralischen Dichtungen eine Langzeitbeständigkeit beim Durchströmen von kontaminierten Wasser aufweisen.

Ausgangspunkt der Untersuchung waren geeignete Gewässer- und/oder Klärschlämme die ausgefault sind und mind. 30% Trockenrückstand [ TR ] aufweisen. Eine mechanische Vorentwässerung des Gewässer- und/oder Klärschlamms z.B. durch Kammerfilterpressen, Siebbandtrockner, Zentrifugen, ist unbedingt erforderlich. Der eingedickte Klärschlamm kann durch Polymerkonditionierung mittels Bandfilterpressen oder Zentrifugen auf 18- 30% TR entwässert werden. Ein erhöhter Entwässerungsgrad kann mittels Kammerfilterpressen durch den Einsatz von Metallsalz- oder Polymer - Konditionierung erreicht werden. Hier ist die durchschnittliche Entwässerbarkeit von 28- 38% TR erreichbar. Wird Kalk als Zuschlagstoff zusätzlich eingesetzt, ist eine Entwässerung von 35- 45% TR möglich. Durch die mechanische Entwässerung kann das Haft- und Kapillarwasser des Klärschlamms größtenteils entfernt werden. Das Absorptions- und Innenwasser kann nur durch Trocknung entfernt werden (bis etwa 95% TR). Eine Verarbeitung bei < 30% TR ist auf

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Grund der breiigen Konsistenz nicht möglich. Der Einbauwassergehalt wird überschritten, somit ist eine optimale Verdichtung ausgeschlossen.

Erfindungsgemäß kann vorteilhaft im Klärwerk oder anderen Aufbereitungsanlagen, nach der maschinellen Entwässerung des Gewässer- oder Klärschlamms, zur Nachbehandlung, trockener bentonithaltiger Gießereialtsand und/oder - staub mit 5 -15 Gew.% und einem Bentonitgehalt von 3-15 Gew.% eingemischt werden. Die hohe Wasseraufnahmefähigkeit (ca. 60-100%) dieser Abfallstoffe verringert den Wassergehalt des Klärschlammes um ca. 10- 20% bei der vorzugsweisen Zugabe von 10 Gew.% von trockenen bentonithaltigen Gießereialtsanden und/oder - stäuben. Auf eine Zumischung von Kalk kann dann verzichtet werden.

Vom Stand der Technik ( DE 195 40 387 C2 ) ist bekannt, daß bentonithaltige Gießereialtsande, - stäube in mineralischen Dichtungssystemen eine gute Dichtungseigenschaft haben, aber auch erosionsanfällig sind. Durch die Vermischung mit Gewässer- und/oder Klärschlamm, in Verbindung mit körnigen Material als Traggerüst, wird dieser Mangel beseitigt.

Der Einsatz von mineralischen Deponieabdichtungen hat im wesentlichen zwei Hauptaufgaben, welche in ZURÜCKHALTEN VON SCHADSTOFFEN UND DICHTEN ( konvektioneller Wasserspeicher ) besteht. Eine hohe Dichtungswirkung wird dann erreicht, wenn eine maximale oder optimale Packungsdichte mit geringstem Porenvolumen des Dichtungsmaterials vorliegt. Die genannten Voraussetzungen werden erfindungsgemäß aus bodenmechanischer Sicht erreicht, wenn drei Bereiche erfüllt sind:

• Ähnlich der Fuller - Kurve ist eine stetig verlaufende Kornabstufung von zusammengesetzten körnigen Stoffen in der Körnung 0- 32mm als Traggerüst einzusetzen. Es sind kornbeständige, verdichtungsfähige Materialien, die auch im Erd- und Grundbau verwendet werden.

• Ein weiterer Bestandteil von mineralischen Dichtungen sind Füllstoffe. Hierbei können

nach DE 195 40 387 C2 bentonithaltige Gießereialtsande und -stäube verwendet werden. Diese Abfallstoffe liegen in der Korngrößenverteilung ähnlich wie Lößboden im Bereich des Mittel- bis Grobschluffes. Diese Stoffe verbessern die Gemische im Feinstkornbereich.

• Abdichtende und plastifizierende Stoffe wie Bentonit, Zeolithe, Wasserglas usw. werden durch den erfindungsgemäß eingesetzten Gewässer- und/oder Klärschlamm, der in der Korngrößenverteilung als feinsandiger Schluff einzuordnen ist, in Verbindung mit den ersten zwei Bestandteilen ersetzt. Die organischen Bestandteile des Gewässer- und/oder Klärschlammes sind in feinstverteilter faseriger Form eingelagert, und sind für die Verbesserung des Spannungsrißverhaltens verantwortlich.

Die faserige Struktur des Gewässer- und/oder Klärschlammes, der aus einem Schlamm-Sandgemisch mit einem relativ hohen Wasserhaltevermögen besteht, hat hinsichtlich der Rißanfälligkeit gegenüber den herkömmlichen Standartabdichtungssystemen mit Ton und tonhaltigen Lehm eine erhebliche Verbesserung.

Es ist allgemein bekannt, daß bei mineralischen Böden, insbesondere Tone, selbst bei geringen Verformungen (Zugspannung) und schon bei geringen Wassergehaltsänderungen von &Dgr; w » 1% Rißbildungen auftreten und damit die Dichtungswirkung beeinträchtigen. Um diesen Mangel zu beseitigen wird ein Gemisch aus natürlichen, tonigen, schluffigen, sandigen und kiesigen Erdbaumaterialien, bentonithaltigen Gießereialtsanden, -stäuben und mechanisch vorentwässerten Gewässer- und/oder Klärschlamm hergestellt.

Die in dem nachfolgenden Ausführungsbeispiel dargestellten Mischungen sind für Basis, vorzugsweise für Zwischen, - und Oberflächenabdeckungen für die Deponieklassen I : (Monodeponien - Erdaushub), Deponieklasse &Pgr;: (Hausmüll - Siedlungsabfall) und Deponieklasse IH: (Sonderabfall) anwendbar.
Ausführungsbeispiel:

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Zur Herstellung eines mineralischen Dichtungsbaustoffes, als Bestandteil eines Dichtungssystems für einen Deponiebau, sowie zur Absicherung von Altlastenstandorten werden folgende Komponenten homogen vermischt:

• 25- 50 Gew.% vorzugsweise 40 Gew.% schluffiger, toniger Erdaushub; schluffige Tone; Bauschuttrecyclingmaterial; Kies - Sandgemische als Traggerüst, in der Körnung 0 -32 mm,

• 25- 50 Gew.% vorzugsweise 40 Gew.% trockner bentonithaltiger Gießereialtsand, -staub als Füllstoff mit teilweise abdichtender Wirkung durch das Bentonit (Bentonitgehalt ca. 3-15% Gew.%),

• 5- 40 Gew.% vorzugsweise 20 Gew.% ausgefaulter, mit Kalk und/oder Gießereialtsand, -staub, nachbehandelter Klärschlamm mit TR 35- 60% aus einem kommunalen Klärwerk, welcher der Klärschlammverordnung entspricht, als abdichtender und plastifizierender Stoff.

Es wird ein Einbauwassergehalt von 8- 30%, vorzugsweise 14,5% eingestellt.
Labortechnisch konnten folgende Werte nach DIN 18 130 bei Gradienten i = 30 ermittelt werden:

Tabelle 1

Soll - Verdichtungsgrad D_Pr [ % ]	erreichter Verdichtungsgrad D_Pr [ % ]	k-Wert [m/s]
100%beiW_opt	100,7	1,8 x 10 -¹¹
97 %, nasse Seite	96,3	5,8 &khgr; 10-¹¹
97 %, trockene Seite	96,0	4,9 &khgr; 10 "¹¹

Die ermittelten k - Werte liegen mit 1,8 &khgr; 10 "¹¹ bis 5,8 &khgr; 10 "¹¹ m/s durchweg unterhalb des nach TA Siedlungsabfall für mineralische Deponiebasisabdichtungen zulässigen Wertes von k= 5 &khgr; 10 "^1G m/s. Die so hergestellte Mischung wurde nach DIN 18 122 auf Schrumpfverhalten überprüft. Es zeigte sich ein geringes Schrumpf- und Quellverhalten der Mischung und ein sehr günstiges Spannungsrißverhalten gegenüber herkömmlichen mineralischen Tonabdichtungen.

Der mineralische Dichtungsbaustoff, als Bestandteil eines Dichtungssystems für einen Deponiebau sowie zur Absicherung von Altlasten, ist dadurch charakterisiert, daß die Komponenten:

• schluffiger, toniger Erdaushub; schluffige Tone; Bauschuttrecyclingmaterial; Kies Sandgemische als Traggerüst, mit 25- 50 Gew.% vorzugsweise 40 Gew.%,

• trockner bentonithaltiger GießereiaKsand, -staub als Füllstoff mit teilweise abdichtender Wirkung durch das Bentonit (Bentonitgehalt ca. 3- 15% Gew.%), mit 25- 50 Gew.% vorzugsweise 40 Gew.%,

• ausgefaulter, mit Kalk und/oder Gießereialtsand, -staub nachbehandelter Gewässerund/ oder Klärschlamm mit TR 35 - 60%, welcher der Klärschlammverordnung entspricht, als abdichtender und plastifizierender Stoff, mit 5- 40 Gew.% vorzugsweise 20 Gew.%,

in einer stationären Mischanlage mittels Zwangsmischer unter Zugabe des erforderlichen Wasseranteils, bis zur Einstellung des optimalen Einbauwassergehaltes von 8- 30%, vorzugsweise 14,5% , homogen vermischt werden. Die Dosierung der unterschiedlichen Materialien erfolgt in der Mischanlage mit Kastenbeschicker und Wiegebändern. Das gemischte Material wird lagenweise dann im Baufeld aufgebracht und auf die Soll - Dichte mit einer Glattmantelwalze verdichtet. Eine weitere homogene Vermischung kann direkt auf dem Baufeld erfolgen. Hier erfolgt die Dosierung durch exaktes, lagenweises Aufbringen (mit Hilfe eines Rundumlasers + 1cm) der zu mischenden Materialien und durch genaue Einstellung der Frästiefe mit einer hochttourigen Baufräse. Anschließend wird das vorbereitete Baufeld mit einer schweren Baufräse, gegebenenfalls unter Zugabe von Wasser, bis zur Einstellung des optimalen Einbauwassergehaltes von 8- 30%, vorzugsweise 14,5% , durchgefräst, wobei die Frästiefe auf ca. 26cm eingestellt wird. Vor einem weiteren Fräsgang wird das vorgemischte Material mit einer Glattmantelwalze vorverdichtet, um eine weitgehende Homogenisierung zu erreichen. Danach wird das gemischte Material lagenweise auf die Soll - Dichte mit einer Glattmantelwalze verdichtet.

Claims

1. Ein mineralischer Dichtungsbaustoff, als Bestandteil eines Dichtungssystems im Deponiebau für eine Basisdichtung, insbesondere für eine Zwischen- oder Oberflächenabdeckung einer Deponie oder zur Absicherung von Altlastenstandorten, dadurch gekennzeichnet, daß der mineralische Dichtungsbaustoff 5-40 Gew.-% ausgefaulten Gewässer- und/oder Klärschlamm mit TR 35-60%, der mechanisch entwässert wurde und weitere wasseraufnahmefähige Zuschlagstoffe enthält, die gegebenenfalls unter Zugabe von Wasser, bis zur Einstellung des optimalen Einbauwassergehalts von 8-30%, vorzugsweise 14,5%, homogen vermischt und im Baufeld lagenweise mechanisch verdichtet wird.

2. Ein mineralischer Dichtungsbaustoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die wasseraufnahmefähigen Zuschlagstoffe aus 25-50 Gew.% schluffigen, tonigen Erdaushub, schluffigen Tonen, Bauschuttrecyclingmaterial, Kies-Sandgemischen in der Körnung 0-32 mm und 25-50 Gew.-% bentonitgebundene Gießereialtsande, -stäube mit einem Bentonitgehalt von 3-15 Gew.-% eingemischt werden.

3. Ein mineralischer Dichtungsbaustoff nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Herstellung des Gemisches in einer stationären Mischanlage mittels Zwangsmischer, gegebenenfalls unter Zugabe von Wasser, bis zum optimalen Einbauwassergehalt von 8-30%, vorzugsweise 14,5%, erfolgt.

4. Ein mineralischer Dichtungsbaustoff nach Anspruch 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß das Gemisch lagenweise aufgebracht und auf die Soll-Dichte mit einer Glattmantelwalze verdichtet wird.

5. Ein mineralischer Dichtungsbaustoff nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Baufeld durch exaktes, lagenweises Aufbringen der einzelnen Materialien und anschließend durch fräsen mittels Bodenfräsen, gegebenenfalls unter Zugabe von Wasser, bis zum optimalen Einbauwassergehalt von 8-30%, vorzugsweise 14,5% erfolgt und anschließend auf die Soll-Dichte mit einer Glattmantelwalze verdichtet wird.

6. Ein mineralischer Dichtungsbaustoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nach der maschinellen Entwässerung des Gewässer-, und/oder Klärschlamms trockener bentonithaltiger Gießereialtsand und/oder -staub mit 5-15 Gew.-% und einem Bentonitgehalt von 3-15 Gew.-% eingemischt wird.