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Rißgefährdung von Kombinationsdichtungen durch temperaturabhängige Austrocknung
Bedeutung für Deponieplanung und Deponiebau
Im Abfallkörper von Deponien können exotherme Umsetzungsprozesse zu erhöhten Temperaturen führen. Messungen belegen, daß in Altdeponien, in denen vorwiegend Hausmüll eingelagert wurde und die vor Inkrafttreten der TA Siedlungsabfall (1993) entstanden sind, häufig Temperaturen um 40°C und in Einzelfällen bis zu 60°C herrschen. Chemische Oxidationsprozesse rufen in Schlackedeponien Temperaturen von über 80°C hervor. Für Neudeponien läßt die TA Abfall (1991) an der Deponiebasis eine Temperatur von bis zu 25°C zu, während die TA Siedlungsabfall (1993) explizit keinen Temperaturgrenzwert nennt. Bei einer mittleren Luft- und Grundwassertemperatur von ca. 10°C können daher sowohl bei Alt- als auch bei Neudeponien erhebliche Temperaturgradienten in den Abdichtungssystemen auftreten.
Zur Einkapselung von Sonderabfalldeponien (TA Abfall) und von höher belasteten Siedlungsabfalldeponien (TA Siedlungsabfall, Deponieklasse II) sind Kombinationsdichtungen als Regelabdichtungssysteme vorgesehen. Auch zur Abdeckung von Altlasten werden Kombinationsdichtungen eingesetzt. Eine Kombinationsdichtung besteht aus einer Kunststoffdichtungsbahn (KDB) aus PEHD (Polyethylen hoher Dichte), die auf einer bindigen (tonhaltigen) mineralischen Dichtschicht liegt. Die mineralische Dichtung soll im Fall eines Versagens der KDB, z.B. infolge einbaubedingter Fehlstellen oder Alterung, die Dichtwirkung des Gesamtsystems weiterhin aufrecht erhalten. An der Deponiebasis hat die mineralische Dichtschicht zusätzlich die Aufgabe, den Schadstofftransport durch Sorptionsprozesse zu verzögern. In Kombinationsdichtungen kann jedoch Wasserdampf aufgrund der Temperaturgradienten aus der mineralischen Dichtschicht nach unten abtransportiert werden, wobei gleichzeitig die Zusickerung von Wasser von oben durch die KDB verhindert wird. Daher besteht die Gefahr, daß die mineralische Dichtschicht im Laufe der Zeit austrocknet. Ob die Austrocknung zu einer Rißbildung führt, hängt im wesentlichen von der Auflast ab. Kommt es zur Rißbildung, kann die mineralische Dichtung bei einem langfristigen Versagen der KDB nicht mehr im vorgesehenen Umfang als Wasser- und Schadstoffbarriere wirken.
Die Rißgefährdung von mineralischen Dichtungen beschränkt sich jedoch nicht auf Fälle, in denen die Wasserzufuhr von oben durch Kunststoffdichtungsbahnen oder Asphaltschichten verhindert wird. Auch bindige mineralische Dichtungen ohne bedeckende Konvektionssperre sind rißgefährdet. An der Deponieoberfläche kann sie durch Wasserabgabe an trockenere Deckschichten und infolge Wasserentnahme durch Pflanzen austrocknen. Eine rein mineralische Basisabdichtung kann in sehr trockenen Teilbereichen einer Deponie nach oben, in die Dränschicht hinein, Wasser verlieren. Im Rahmen des BMBF-Verbundforschungsvorhabens „Weiterentwicklung von Deponieabdichtungssystemen“ wurden von 1991 bis 1995 eine Vielzahl von Untersuchungen zur Problematik der Rißbildung in mineralischen Dichtschichten durch temperaturabhängige Austrocknung durchgeführt:
- Laborversuche zur Bestimmung hydraulischer Parameter in verdichteten Böden sowie zur Wasser- und Wasserdampfbewegung unter Temperaturgradienten (Döll et al., 1995; Holzlöhner et al., 1995)
- Laborversuche zur Rißbildung und zu auflastabhängigen hydraulischen Parametern (Holzlöhner et al., 1995; Horn und Baumgartl in Horn et al., 1995)
- Feldversuche zum Wasserhaushalt von Oberflächenabdichtungen unter natürlichen und kontrollierten Temperaturbedingungen, gefördert durch die Umweltbehörde der Freien und Hansestadt Hamburg (Melchior, 1993; Vielhaber, 1995)
- Feldversuch zur Austrocknung der mineralischen Basisdichtung unter einer KDB bei erhöhter Temperatur an der Oberseite der Kombinationsdichtung (Gottheil und Brauns, 1995)
- Entwicklung von Simulationsmodellen (Hornung und Schumacher in Horn et al., 1995; Horn, Richards und Gräsle in Horn et al., 1995; Schmidt, Plagge und Bohne in Horn et al., 1995; Döll, 1996)
- Berechnung der Austrocknung von Basisdichtschichten unter typischen Randbedingungen (Döll, 1996)
In dem Beitrag werden zunächst die Prozesse beschrieben, die die Austrocknung und Rißbildung in mineralischen Dichtschichten unter dem Einfluß von erhöhten Temperaturen und Temperaturgradienten herbeiführen können. Danach wird aufgezeigt, wie sich die Austrocknungs- und Rißgefährdung aufgrund der Forschungsarbeiten darstellt. Schließlich werden Empfehlungen für Deponieplanung und Deponiebau gegeben.
| DOI: | https://doi.org/10.37307/j.1863-9763.1999.01.05 |
| Lizenz: | ESV-Lizenz |
| ISSN: | 1863-9763 |
| Ausgabe / Jahr: | 1 / 1999 |
| Veröffentlicht: | 1999-01-01 |
Seiten 29 - 35
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