Der Anteil an Feuchtigkeit im Untergrund, der Herstellungsprozess der GTD an sich, sowie thermische Zyklen und auch der Kontakt mit im Boden vorhandenen Kohlenwasserstoffen wirken sich alle auf die Durchlässigkeit einer geosynthetischen Tondichtungsbahn aus.
Jong Hao Su, Technical Sales Manager Australien / Asien bei Solmax erläutert die Frage, ob eine technische Vorbefeuchtung von GTD bei ihrer Herstellung zwingend erforderlich ist.
Die kurze Antwort: Hydratation verursacht eine geringere Permeabilität und tritt besonders dann auf, wenn die GTD in schon feuchten Böden platziert wird. Die essenzielle Prähydratation von GTD hängt jedoch nicht nur von den Umgebungsbedingungen, sondern auch vom Einsatz und der Komplexität der Abdichtung bzw. Anwendung ab. Schauen wir uns zunächst die Variablen als Randbedingungen an.
GDT sind zusammengesetzte geosynthetische Komponenten, die typischerweise drei Schichten aufweisen: Eine obere Vliesschicht, ein unteres Gewebe als Trägerlage und einen Bentonitkern. Das verwendete Bentonit ist in den meisten Fällen ein pulverförmiger oder körniger Natriumbentonit. Bei Kontakt mit Wasser kann Bentonit um mehr als das zehnfache seines Volumens aufquellen und eine sehr geringe Permeabilitätsschicht (etwa x10-11m / s) bilden - dies macht GDT so undurchlässig. In Deponieanwendungen werden sie häufig als Sekundärauskleidung verwendet, um eine abdichtende Komponente bereitzustellen. GTD werden auch in Hydraulik- und Bergbauanwendungen als eigenständige Dichtung oder als Teil eines Verbundsystems eingesetzt.
Wie viel Feuchtigkeit zu welchem Zeitpunkt?
GTD mit Natrium-basiertem Bentonit können viel Wasser und somit Feuchtigkeit aufnehmen. Aber welche Bedingungen beeinflussen die Hydratation? Eine Studie von Daniel et al. (1993) über GTD zeigt, dass unter extremen Bedingungen, wie beispielsweise trockenem Boden mit niedrigem Wassergehalt, GTD weniger als 50 Prozent hydratisieren. Der Boden gilt als extrem trocken, wenn die Bodensaugspannung größer als 15 bar beträgt. In Böden, die ein üppiges Vegetationswachstum unterstützen können, kann die GTD-Hydratation jedoch leicht 100 bis 140 Prozent erreichen. Die Studie zeigt auch, dass GTD leicht Wasser absorbiert und in 20 Tagen unter sandigen Bedingungen, mit fünf Prozent Wassergehalt, eine 100-prozentige Hydratation erreicht.
Die Studie zeigt, dass in den meisten Bedingungen, unter denen GTD direkt auf dem Boden installiert werden, keine vorherige Hydratation erforderlich ist, da die GTD die benötigte Feuchtigkeit leicht aus dem Boden absorbiert. Somit quillt der Bentonit ausreichend.
Titel: Wassergehalt von Bentonit in verschiedenen Böden (Daniel et al., 1993)
Eine weitere Studie von Anderson et al., 2012, untersucht die GTD-Hydratation aus tonigem Sanduntergrund. Darin wurde festgestellt, dass der anfängliche Feuchtigkeitsgehalt im Untergrund und der GTD-Herstellungsprozess (u.a. verwendete Materialien, Behandlungen und Art der Verankerung) einen signifikanten Einfluss auf den Hydratationsgrad haben. Weiterhin beeinflusst die Bodentemperatur die Hydratation. Bei thermischen Zyklen, d.h. Tag- und Nachttemperaturunterschieden oder Wechsel zwischen Frost und Tau zeigt die Studie, dass die GTD-Hydratation aus dem Untergrund nur etwa 30 Prozent des gewünschten Hydratationsgrades erreicht. Daher ist die sofortige Abdeckung der GTD mit ReKu-boden oder der min. Drainage im Falle einer Deponieabdichtung geboten.
Wann eine GTD-Prähydratation von Vorteil ist
Während GTD dank der Bodenfeuchtigkeit leicht hydratisiert und aufquillt, zeigen Untersuchungen von Daniel et al. (1993), dass eine GTD mit niedrigerem Hydratationsprozentsatz eine viel höhere Permeabilität aufweist, wenn sie mit Kohlenwasserstoffen in Kontakt kommt (z.B. mit Ethan oder anderen natürlich vorkommenden Verbindungen, die die Grundlage von Rohöl, Erdgas, Kohle usw. bilden). Die Permeabilität liegt in der Größenordnung von x10-7 m/s, wenn der Wassergehalt der GTD unter 50 Prozent liegt, während bei 100 Prozent Wassergehalt die Permeabilität auf die Größenordnung von x10-11 m/s sinkt. In Anwendungen, bei denen die GTD einem direkten Kontakt mit Kohlenwasserstoffen ausgesetzt ist, sollte diese vorhydratisiert werden, um einen niedrigeren Permeabilitätswert zu erreichen.
Eine Veröffentlichung von Petrov and Rowe (1997) untersucht die Auswirkungen einer Salzlösung (NaCl) und eines synthetischen Siedlungsabfallsickerwassers (MSW) auf die hydraulische Leitfähigkeit von GTD. Die Studie zeigt, wie die hydraulische Leitfähigkeit der GTD ansteigt, wenn sie einer hochkonzentrierten Salzlösung (einer Hochkationenlösung) ausgesetzt wird – vorteilhaft für die Vorbefeuchtung der Exposition der GTD mit Wasser. Bei niedriger Konzentration, hingegen, ist die feuchtigkeitsspendende Flüssigkeit weniger kritisch. Die Studie zeigt, dass für die Permeation von synthetischem Sickerwasser die anfängliche Hydratisierung (entweder durch Sickerwasser oder Wasser) die hydraulische Leitfähigkeit bei einer begrenzenden Spannung von etwa 33 kPa nicht beeinflusst.
Ähnliche Ergebnisse wurden auch von Shackelford et al. (2000) vorgestellt, was darauf hindeutet, dass die Prähydratation mit Wasser einen gewissen Vorteil bei der Verringerung der Permeabilität des Bentonits bei Kontakt mit CaCl2 in einem simulierten Abraum hat.
Fazit
Zusammenfassend zeigen diese Studien, dass die vorherige Hydratation also eine Vorbefeuchtung von GTD mit Wasser vorteilhaft ist, um die Durchlässigkeit niedrig zu halten. In kritischen Anwendungen, wie z.B. der Eindämmung von Minenrückständen, Lösungen mit hohem Kationengehalt oder sogar in Deponien, ist es für GTD von Vorteil eine optimale Hydratation zu erreichen, bevor eine Permeation auftritt.
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