Auswirkung von periodischer Austrocknung und Wiederbewässerung auf die Schrumpfrissbildung von künstlich erzeugten Gemischen aus groben starren Körnern und quellfähigem Feinmaterial

Die Diskussion um die langfristig sichere Einkapselung von Mülldeponien durch Oberflächenabdichtungen wird seit jeher sehr intensiv geführt und wurde in verschiedenen Regelwerken bzw. Empfehlungen zusammengefasst.

In der TASI (1993) sind u. a. verschiedene Systeme für den Aufbau von Basis- und Oberflächenabdichtungen definiert, die entweder auf dem Einsatz von rein mineralischen Materialien beruhen, oder aber als Kombinationsdichtung unter Verwendung von Kunststoffdichtungsbahnen definiert werden. Als mineralisches Dichtschichtmaterial werden Tone eingesetzt, die laut TASI (1993) auf dem rechten (= nassen) Ast der Proctorkurve verdichtet werden, weil sie dadurch eine langfristige Stabilität und eine sehr geringe hydraulische Wasserleitfähigkeit gewährleisten sollen. Dieser Empfehlung liegt der Gedanke zugrunde, dass bei dem dann vorliegenden Wassergehalt die beim Einbau erforderlichen Knetungen ausreichen, um das Material so stark zu verformen und zu homogenisieren, dass alle durch Aggregierung gebildeten Risse zerstört sind. Das hätte zur Folge, dass eine Wasserleitfähigkeit eingestellt würde, die der feinen Körnung der Tone entspricht. Bei einer Mächtigkeit einer derartigen Schicht von unter einem Meter wäre mit Wasserdurchfluss nicht mehr zu rechnen, wenn unter dieser Schicht eine solche aus gröberen Körnern oder Aggregaten liegt. Solange nicht sekundäre Risse in dieser verkneteten Schicht entstehen, würde dann eine Kapillarsperre vorliegen (Hartge 1999).

Diese letzte Bedingung liegt aber, wie zahlreiche Untersuchungen und Publikationen belegen (Junge et al. 1997, Thienemann et al. 1997, Horn et al. 2001, Horn 2002 ), oft nicht vor.

Bei dem für optimalen Einbau auf dem rechten (= nassen) Ast der Proctorkurve geforderten hohen Wassergehalt wird der stabilisierende Vorschrumpfungseffekt einer Aggregierung (Horn 1976) durch die Knetung wieder aufgehoben. Die Folge ist Normalschrumpfung bei der nächsten Entwässerung und die damit unausweichlich verbundene Rissbildung (Hartge und Horn 1999) .Daher ist der Einbau des mineralischen Materiales auf dem trockenen (= linken) Ast der Proctorkurve vorteilhafter. Hierbei wird ein vorgeschrumpftes/ mechanisch vorbelastetes Material auch zusätzlich hydraulisch weitgehend undurchlässig eingebaut, welches bei den zu erwartenden Austrocknungsvorgängen nur noch Restschrumpfung zeigt. Gleichzeitig zeigt sich damit in weit geringerem Maße als bei dem nass eingebauten Material eine Rissbildung, die wiederum zu einer nachträglichen Zunahme der Wasserdurchlässigkeit führt (Nagel et al. 1995).

Bei Oberflächenabdichtungen, deren Abdeckung mit tieferwurzelnden Pflanzen bestanden ist, ist mit Austrocknung und Schrumpfung nass eingebrachter Tonschichten auf jeden Fall zu rechnen, wohingegen ein vorgeschrumpftes d. h. auf dem linken (= trockenen) Ast der Proctorkurve eingebautes Material rissunempfindlicher ist.

Aufgrund langjähriger Erfahrungen ist darüber hinaus auf Deponien mit Trocknungsvorgängen infolge Erwärmung zu rechnen. Demzufolge wurde in der TASI eine max. Temperatur von 40° C als Bezugswert festgelegt und damit der Vorgang der Wärmefreisetzung während des biologischen Abbaus des Abfalles im Deponiekörper berücksichtigt.

Alternative Abdichtsysteme bzw. -komponenten wie z. B. Bentonitmatten weisen prinzipiell vergleichbare Schrumpfungsempfindlichkeiten auf, sofern sie in einer Tiefe in der gesamten Oberflächenabdichtung eingebaut werden, die der jährlichen Austrocknung durch Evaporation bzw. Pflanzenwasserentzug unterliegt. Vor diesem Hintergrund sind auch Rissentwicklungen bei oberflächennahem Einbau von Bentonitmatten zu erwarten, wohingegen mit zunehmender Bodentiefe bei entsprechender zusätzlicher Berücksichtigung von Wasserspeichern und Diffusionsbarrieren eine längerfristige Undurchlässigkeit gegeben sein müsste.

In jüngster Zeit werden nun neue vergütete Abdichtsysteme wie z. B. Trisoplast® als verbessertes Abdichtmaterial für den Oberflächeneinbau empfohlen, wobei neben der Rissunempfindlichkeit auch die geringere Schichtmächtigkeit und die leichte Handhabbarkeit des Materials hervorzuhebende Merkmale seien (Melchior 2001, Melchior et al. 2001). Inwiefern dieses Material bei den laut TASI (1993) maximal erlaubten bzw. in dieser Verordnung festgeschriebenen Temperaturspannen riss unempfindlich ist bzw. welche Prozesse auch in diesem Material ähnlich den anderen Materialien ebenfalls zu betrachten sind, soll im folgenden anhand einiger Untersuchungsergebnisse dokumentiert werden.

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