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Es gibt viele gute Gründe Dichtungsbahnen aus PEHD in Deponieabdichtungen zu verwenden - in Basisabdichtungen und in Oberflächenabdichtungen für Deponien, Altdeponien und Altlasten.
Zur Zeit ist die Anwendung in Oberflächenabdichtungssystemen von Altdeponien von besonderem Interesse, weil viele Deponien stillgelegt werden oder bereits stillgelegt worden sind, deren Oberflächen aber noch nicht entsprechend der gesetzlichen Regelungen abgedichtet wurden.
Von besonderem Interesse für viele Deponiebetreiber sind die Ausnahmeregelungen für Oberflächenabdichtungen, die durch den §14 Abs. 6 der Deponieverordnung (DepV) möglich geworden sind. Diese Ausnahmeregelung erlaubt es, unter bestimmten Voraussetzungen, statt der Regelabdichtung sich für andere Abdichtungssysteme zu entscheiden, wenn die Stillegungsphase spätestens am 31. Mai 2005 beginnt und die zuständige Behörde dem Einsatz des alternativen Dichtungssystems zustimmt.
Aus Sicht des Arbeitskreises Grundwasserschutz e.V. (AK GWS e.V.) werden viele Deponiebetreiber Interesse zeigen, anstelle der geforderten Kombinationsabdichtung in Deponieoberflächenabdichtungssystemen eine einfache Abdichtung zu wählen. Der AK GWS e.V. geht davon aus, dass viele Behörden solche Ausnahmen genehmigen werden.
Um der bisherigen Genehmigungspraxis vieler Behörden Rechnung zu tragen, werden wir die Vorteile der Dichtungsbahn aus PEHD in den Vordergrund der Diskussion um alternative Systeme stellen. Besonders die exzellente Eignung der BAM-zugelassenen Dichtungsbahn als alleiniges Dichtungselement muss herausgestellt werden. Es darf nicht dazu kommen, dass im Rahmen der Ausnahmeregelung des § 14 Abs. 6 DepV nur sogenannte 'alternative Dichtungen' angewendet werden, und die BAM-zugelassenen über viele Jahre bewährten Dichtungsbahnen aus PEHD unberücksichtigt bleiben.
Die 'alternativen' Wettbewerber bemühen sich natürlich gegen den Einsatz von Dichtungsbahnen zu argumentieren und ihre eigenen Produkte anzupreisen. Dem wollen wir mit diesen „Vielen Guten Gründen“ für die technischen Vorteile von Dichtungsbahnen in Deponieabdichtungen besonders aufmerksam machen. Wir werden hier nicht die Schwächen anderer Systeme aufzeigen. Wir gehen jedoch davon aus, dass jeder Planer, Bauherr oder die Genehmigungsbehörde die „alternativen Systeme“ mit den wissenschaftlich belegten Eigenschaften der Dichtungsbahn aus PEHD vergleicht. Nur so kann ein offener und fairer Wettbewerb hergestellt werden, an dem wir interessiert sind.
Der Stand der Technik bei der Abdichtung von Deponien und Altlasten ist umfassend in technischen Regelwerken bzw. in allgemein anerkannten Regeln der Technik festgeschrieben:
In der "Richtlinie für die Zulassung von Kunststoffdichtungsbahnen für die Abdichtung von Deponien und Altlasten" der BAM sind die Voraussetzungen definiert, nach denen Dichtungsbahnen aus PEHD zugelassen werden.
In der "Empfehlung der BAM für die Anforderungen an die Qualifikation und die Aufgaben eines Fachbetriebes" werden die Anforderungen an den Verleger der Dichtungsbahnen definiert, die für eine Zertifizierung nach den Grundsätzen des AK GWS erfüllt werden müssen.
In der "Richtlinie für Anforderungen an die Qualifikation und die Aufgaben einer fremdprüfenden Stelle beim Einbau von Kunststoffkomponenten und -bauteilen in Deponieabdichtungssystemen" der BAM sind die Voraussetzungen definiert, nach denen die fremdprüfende Stelle und deren Labor akkreditiert sein müssen.
Die Verfahren zum Schweißen der Dichtungsbahnen, die Anforderungen an die Schweißmaschinen und Schweißgeräte sowie die Baustellenprüfungen zum Nachweis der Schweißnahtqualität sind in der Richtlinie DVS 2225-4 "Schweißen von Dichtungsbahnen aus Polyethylen (PE) für die Abdichtung von Deponien und Altlasten" beschrieben.
Die Prüfungen zum Nachweis des Spannungs- und Verformungsverhaltens von Schweißnähten unter genormten Laborbedingungen sind in den DVS-Richtlinien 2226-1 "Prüfen von Fügeverbindungen an Dichtungsbahnen aus polymeren Werkstoffen - Prüfverfahren, Anforderungen" und 2226-2 "Prüfen von Fügeverbindungen an Dichtungsbahnen aus polymeren Werkstoffen - Zugscherversuch" formuliert.
So entsteht ein durchgängiges Qualitätssicherungssystem von der Herstellung des Rohstoffes über der Verarbeitung zur Dichtungsbahninstallation auf der Baustelle bis zur Freigabe durch die Fremdprüfung.
Die gesetzlichen Vorschriften fordern eine Zulassung der Dichtungsbahnen und der Fügetechnik, die für Deponieabdichtungen eingesetzt werden. Diese Forderung leitet sich daraus ab, dass Komponenten in Deponieabdichtungen extrem lange Funktionsdauern erreichen und dabei zuverlässig ihre Funktion erfüllen müssen.
Nur durch sehr aufwendige Prüfungen und durch die Sicherung einer hohen Qualität von Fertigung und Einbau im Rahmen einer behördlichen Zulassung kann die Erfahrung gewährleistet werden. Fachleute sind sich daher einig, dass eigentlich alle werkmäßig hergestellten Dichtungskomponenten einem solchen Zulassungsverfahren wie bei den Dichtungsbahnen aus PEHD, unterliegen müssten.
Das Deutsche Institut für Bautechnik (DIBt) hatte Mitte der 90er Jahre mit solchen Zulassungsverfahren für Bentonitmatten, Asphaltbetondichtungen und vergüteten mineralischen Dichtungen begonnen, dann aber aus formalen Gründen seine Tätigkeit eingestellt.
Nur für die Dichtungsbahnen aus PEHD und die zugehörigen Schutzschichten wird ein solches Zulassungsverfahren bei der Bundesanstalt für Materialforschung und –prüfung (BAM) seit nunmehr über 13 Jahre durchgeführt und nach dem Stand der Technik ständig weiterentwickelt. Die BAM ist technische Bundesoberbehörde des Bundeswirtschaftsministeriums. Die Zulassungsanforderungen sind in ausführlichen Zulassungsrichtlinien beschrieben, die im Internet auf der Homepage des Labors Deponietechnik der BAM (www.bam.de/deponietechnik.htm) eingesehen werden können und zum Herunterladen zur Verfügung stehen. Wer BAM-zugelassene Dichtungsbahnen nach den Regeln der Zulassungsrichtlinie einsetzt, kann daher sicher sein, dass er ein für sich geeignetes Produkt für seine Anforderungen bei Deponieabdichtungen verwendet.
Das Abdichten von Deponien und Altlasten gehört zu den technisch anspruchsvollsten baulichen Maßnahmen im Bereich des Grundwasserschutzes.
Wie bei anderen Maßnahmen im Bereich des Umweltschutzes, z.B. nach dem Wasserhaushaltsgesetz (WHG) oder nach der Verordnung über Anlagen zum Umgang mit wassergefährdeten Stoffen und über Fachbetriebe (VawS) erfolgt auch der Einbau von Dichtungsbahnen bei der Abdichtung von Deponien und Altlasten durch spezielle Fachfirmen (Fachverleger). Technische Anforderungen müssen hier Vorrang vor scheinbaren wirtschaftlichen Vorteilen haben. Fachverleger können sich zertifizieren lassen.
Über die Qualität einer Deponieabdichtung entscheidet nicht nur die Wahl der Abdichtungskomponenten, sondern auch die Qualität des Einbaus.
Nur mit Dichtungsbahnen können flüssigkeits- und gasdichte Abdichtungen großflächig hergestellt werden. Dies gilt insbesondere auch deshalb, weil ein durchgängiger werkstoffmäßiger Verbund mit Durchdringungsbauwerken durch Verschweißen hergestellt werden kann. Dies ist bei keiner anderen Abdichtung der Fall. Die Herstellung einer solchen Abdichtung mit extrem geringer Systemdurchlässigkeit setzt jedoch voraus, dass ein erfahrener Fachbetrieb mit qualifiziertem Personal und Gerät die Verlegearbeiten ausführt. Auf der Grundlage einer Empfehlung der Zulassungsstelle BAM hat der Fachverband der Dichtungsbahnenhersteller und Verlegefachbetriebe (AK GWS) ein Güteüberwachungssystem aufgebaut (www.akgws.de). Verlegefachbetriebe, die das Gütesiegel führen, unterliegen einer regelmäßigen Überwachung in der Firma und auf der Baustelle durch Fachleute der BAM.
Wer güteüberwachte Verlegefachbetriebe beauftragt, kann daher sicher sein, dass die Qualität der fertigen Abdichtung der Qualität und den Möglichkeiten der zugelassenen Dichtungsbahnen entspricht.
Für BAM-zugelassene Dichtungsbahnen werden spezielle Formmassen aus Polyethylen hoher bis mittlerer Dichte (PEHD) verwendet. Bei solchen Formmassen ist sichergestellt, dass Spannungsrissbildung und die Oxidation über sehr lange Zeiträume prognostiziert werden können.
Da die Formmassen der Dichtungsbahnen aus dem Bereich der Formmassen für Polyethylenrohre entwickelt wurden, können die dort über Jahrzehnte erarbeiteten wissenschaftlichen
Erkenntnisse über diese Alterungsmechanismen herangezogen werden. Diese liegen inzwischen als Untersuchungs- und Versuchsergebnisse vor. Die in der BAM-Zulassung ausgewählten Formmassen sind extrem spannungsrissbeständig. Dies wird in einer speziellen Prüfung nachgewiesen.
Außerdem wird gefordert, dass die zulässige lokale Verformung bei Oberflächenabdichtungen im Einbauzustand 6% nicht überschreiten darf. Damit wird ausgeschlossen, dass der mit Verformungen einhergehende Spannungsaufbau überhaupt zur Spannungsrissbildung führen kann. 6% Verformung entsprechen übrigens einem Krümmungsradius von einigen Zentimetern. Außer Bentonitmatten gibt es kein anderes Abdichtungsmaterial, das auch nur annähernd vergleichbare Krümmungsradien aushalten kann, ohne dass die langzeitige Wirksamkeit beeinträchtigt wird.
Zu einer allmählichen Versprödung der Dichtungsbahn kann die Oxidation führen. Durch Langzeitversuche wurde nachgewiesen, dass Jahrhunderte vergehen müssen, bis dieser Versprödungsprozess bei BAM-zugelassenen Dichtungsbahnen eintritt. PEHD-Formmassen verschwinden nicht und lösen sich auch nicht auf, allenfalls kann nach Jahrhunderten eine lokale Rissbildung durch dann noch auftretende Verformungen oder im Material evtl. noch vorhandene Restspannungen entstehen.
Ein detaillierter Einblick in den wissenschaftlichen Stand der Beurteilung des Langzeitverhaltens von PEHD-Dichtungsbahnen wird gegeben in:
Dichtungsbahnen sind Halbzeuge, deren Herstellung unter definierten Umgebungs- und Fertigungsbedingungen erfolgt. Die Herstellung wird zudem durch eine werkseigene Produktionskontrolle und durch eine periodische Fremdüberwachung gemäß DIN 18 200 begleitet.
Der Ausgangsstoff ("Formmasse") wird serienmäßig in großen Chargen industriell hergestellt und weist dadurch eine gleichmäßige Qualität mit reproduzierbaren Eigenschaften auf.
Vom Endprodukt "Dichtungsbahn" sind bei Anlieferung auf der Baustelle die Eigenschaften durch Werksprüfzeugnisse schon bekannt, die im Rahmen eines zertifizierten Qualitätssicherungssystems (DIN EN 10204, ISO 9000 ff) erstellt werden. Die immer mehr geforderte Rückverfolgbarkeit (Traceability) der Materialherkunft im Rahmen der Produkthaftung ist mit diesem werksgefertigten Produkt gewährleistet.
Die Eigenschaften der Dichtungsbahnen selbst sind somit einbauunabhängig und von der Qualifikation des Bauunternehmers und seiner Einbaumethoden nicht abhängig. Gleichwohl wird die Herstellung hochwertiger Abdichtungssysteme mit Dichtungsbahnen von der Qualifikation der Verlegefachbetriebe und der Einbaumethoden beeinflusst.
Die Zulassung durch eine neutrale amtliche Prüfstelle (Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung, BAM) stellt sicher, dass die qualitativen Eigenschaften dem Einsatzzweck entsprechen.
Mit Dichtungsbahnen lassen sich grundsätzlich technisch hochwertige Großflächenabdichtungen für die Abdichtung von Deponien und Altlasten mit außerordentlich langer Funktionsdauer wirtschaftlich herstellen. Selbst bei Kosten zwischen 10 und 12 €/m² für fix und fertig verlegte Dichtungsbahnen kann man unter Berücksichtigung der hohen Wirksamkeit und langen Funktionsdauer in jedem Fall von einer "preiswerten Lösung" sprechen.
Ein ausgeprägter projektbezogener Wettbewerb sowohl zwischen den Herstellern der Dichtungsbahnen als auch zwischen den Verlegern hat in der Vergangenheit zu einem relativ niedrigen Preisniveau geführt. Weiter wurden, um zusätzlich Kosten zu sparen, insbesondere bei temporären Oberflächenabdichtungen oder bei Zwischenabdichtungen dünnere Dichtungsbahnen mit Dicken von 2,0 mm oder sogar nur 1,5 mm eingesetzt. Dies führt grundsätzlich zu geringerer Sicherheit und zu einem geringeren Qualitätsniveau, insbesondere beim Schweißen der Dichtungsbahnen. Den geringeren Fertigungskosten stehen dabei in der Regel höhere Einbaukosten gegenüber. Der Preisvorteil der geringen Dicke steht in keinem Verhältnis zum Verlust an Qualität. Darüber hinaus gelten viele Regelwerke erst für Dichtungsbahnen ab 2,0 mm.
Dichtungsbahnen sind im "Verbund" mit der darunter liegenden tonmineralischen Dichtungsschicht das wesentliche Element von Kombinationsabdichtungen gemäß TA Siedlungsabfall, TA Abfall, Deponieverordnung und Ablagerungsverordnung.
Eine Kombinationsabdichtung aus einem tonmineralischen und einem polymeren Element ist eine besonders wirksame Abdichtung. Voraussetzungen sind qualitativ hochwertige Komponenten und eine fachgerechte Herstellung.
Die multiplikative Wirkungsweise der Kombinationsabdichtung entsteht durch die unterschiedlichen Stofflösungscharakteristika (Polarität) der kombinierten Werkstoffe als auch durch ihre unterschiedlichen Stofftransportmechanismen (durch Flüssigkeits-Strömung bzw. durch molekulare Diffusion). Mit der Kombination unterschiedlicher Dichtungsmaterialien erreicht man den besten Wirkungsgrad.
Die Dichtungsbahnen aus PEHD sind die am gründlichsten erforschten Dichtungselemente im Deponiebau; weiterer Forschungsbedarf besteht für BAM-zugelassene Dichtungsbahn derzeit nicht.
Die Dichtungsbahn aus PEHD ist praktisch das einzige Produkt in einer Reihe unterschiedlicher Dichtungselemente, das im technischen Sinne uneingeschränkt gas- und wasserdicht ist.
Durch die Erkenntnisse jahrzehntelanger Forschung und Praxiserfahrung können seine Eigenschaften als "Benchmark" für alternative Dichtungselemente dienen.
Die Dichtungsbahn alleine bietet bereits eine langfristig wirksame Konfektionssperre.
Im Gegensatz zu einfachen Erdabdeckungen oder mineralischen Dichtungen, die mit der Zeit durchlässiger werden, verhindern Dichtungsbahnen wirkungsvoll und langfristig das Eindringen von Niederschlags- und Oberflächenwasser sowie das unkontrollierte Austreten von Gasen in bzw. aus Deponien, Altablagerungen und kontaminierten Böden.
Bei temporären Oberflächenabdichtungen spielt neben der Dichtwirkung, das Vermögen zur schadlosen Aufnahme auftretender Spannungen und Verformungen bei zu erwartenden Sackungen und Setzungen des Deponiekörpers eine große Rolle.
Beides wird von Dichtungsbahnen aus PEHD in hervorragender Weise erfüllt.
Weiterer Vorteil ist eine hohe Witterungsbeständigkeit, die eine freiliegende temporäre Abdichtung über definierte Zeiträume möglich macht.
Sollen die Abbauprozesse im Deponiekörper nicht gestoppt werden, so kann Sickerwasser durch eine künstliche Bewässerung unter den Dichtungsbahnen dem Deponiekörper kontrolliert geführt werden.
Dichtungsbahnen sind wasserundurchlässige Elemente eines Dichtungssystems und ermöglichen ein kontrolliertes Rückführen von Deponiesickerwasser in den Deponiekörper. Fachgerecht verlegte und geschweißte Dichtungsbahnen verhindern eine Vermischung von Oberflächenwasser und zurückgeführtem Sickerwasser. Anschlüsse an Durchdringungen der Flächendichtung sind werkstoffgerecht und flüssigkeitsdicht mit Dichtungsbahnen ausführbar.
Gase im Deponiekörper entstehen insbesondere durch den anaeroben Abbau organischer Anteile des Abfalls. Die Bestandteile der entstehenden Gase sind im wesentlichen Methan, Kohlendioxid, Wasserstoff und Stickstoff. In geringem Maße können auch Acetylen, Kohlenwasserstoff, Schwefelwasserstoff und Ammoniak vorhanden sein. Da Methan und Kohlendioxid als Treibhausgase eingestuft werden, die nicht unkontrolliert aus Deponien entweichen sollen, sind Gassperren gefordert.
Dichtungsbahnen aus PEHD sind technisch gasdicht, da PEHD-Werkstoffe mit hoher Kristallinität grundsätzlich einen großen Widerstand gegen Gas- und Dampfpermeation.
Eine Diffusion von Flüssigkeitsdämpfen und von Gasen
ist nur bei einem Partialdampfdruckgefälle zwischen beiden
Seiten der Dichtungsbahn möglich.
Quelle: DVWK Merkblatt 225, 1992
Dichtungsbahnen aus PEHD weisen definierte Materialeigenschaften auf, die eine Berechnung von Verformungen und Spannungen, bedingt z.B. durch Setzungen des Deponiekörpers, ermöglichen. Bei der Berechnung von aufzunehmenden Verformungen, die die Dichtungseigenschaften langfristig nicht beeinträchtigen dürfen, können Dehnungen bis 6% zugelassen werden.
Wasserhaushaltsschichten sind als Abdichtungselemente in Oberflächendichtungssystemen als "neue Variante" seit jüngster Zeit in der Erprobung. Durch Berechnungen mit Wasserhaushaltsmodellen, z. B. HELP und BOWAHALD, und in Feldversuchen wird die Wirksamkeit abgeschätzt. Man erwartet bzw. hofft, dass Rekultivierungsschichten, die als Wasserhaushaltsschichten dimensioniert und hergestellt werden, langfristig eine Abdichtungsschicht überflüssig machen. Weitgehend unabhängig von standortspezifischen Besonderheiten müssen Wasserhaushaltsschichten i. R. mindestens 1,50 m dick sein. Beispielberechnungen zeigen aber, dass auch Dicken von 2,50 m erforderlich sein können. Der dafür erforderliche qualifizierte Boden ist häufig nicht ausreichend schnell verfügbar. Außerdem dauert es Jahre und Jahrzehnte bis die Vegetation der Rekultivierungsschicht den berechneten Beitrag zur Wirksamkeit der Wasserhaushaltsschicht leisten kann.
Dichtungsbahnen können in Oberflächenabdichtungssystemen mit Wasserhaushaltsschichten vorteilhaft eingesetzt werden.
In Kombination mit unterhalb der Wasserhaushaltsschichten eingebauten Dichtungsbahnen wird die Sicherheit einer 100 % igen Dichtungsschicht sofort erbracht. Der Aufbau der Wasserhaushaltschichten kann mit der gebotenen Sorgfalt erfolgen. Der Ankauf von geeignetem Boden kann sorgfältig geplant und über längere Zeiten gestreckt werden. Die Entwicklung der Vegetation ohne Folgen für die Sickerwasserbildung im Deponiekörper abgewartet werden.
Als nagetier- und wurzelfeste Dichtung sind Dichtungsbahnen aus PEHD in Kombination mit Wasserhaushaltsschichten unentbehrlich.
Dichtungsbahnen aus PEHD sind nach den Bau- und Prüfgrundsätzen des DIBt, Berlin als wurzeldicht und wurzelbeständig anzusehen. Durch die materialhomogene Schweißverbindung sind auch die Nahtbereiche als wurzelfest zu betrachten. Somit ergibt sich eine flächige Wurzelsperre ohne Schwachstellen.
Für Dichtungsbahnen aus PEHD kann deshalb der Nachweis auf Wurzelfestigkeit aufgrund der herausragenden und langzeiterprobten Materialeigenschaften entfallen.
Für alle anderen Dichtungsmaterialien müssen dagegen Nachweise der Wurzelfestigkeit erst erbracht werden.
Quelle: Bau- und Prüfgrundsätze für den Gewässerschutz Teil 1, DIBt, Berlin, 1993
Die Standsicherheit des Dichtungssystems auf Böschungen wird maßgeblich durch die innere Scherfestigkeit der verwendeten Baumaterialien und deren Reibungsverbund zu den jeweils angrenzenden Schichten beeinflusst.
Um diesen Reibungsverbund ober- und unterhalb der Dichtungsbahnen sicherzustellen, werden einseitig oder beidseitig profilierte bzw. strukturierte Dichtungsbahnen verwendet.
Aus einer Vielzahl von Scherversuchen und Standsicherheitsberechnungen lässt sich ableiten, dass mit Dichtungsbahnen Böschungsneigungen von 1:2,5 standsichere Dichtungssysteme gebaut werden können.
Die Abdichtung steilerer Böschungen mit Dichtungsbahnen ist mit Sonderkonstruktionen möglich.
Dichtungskontrollsysteme (DKS) ermöglichen es, flächige Abdichtungselemente von Oberflächenabdichtungen für die Dauer der Nachsorge und prinzipiell auch darüber hinaus regelmäßig auf ihre Funktion zu überprüfen. Werden Leckagen festgestellt, können diese zielgerichtet repariert und so die Abdichtungselemente in funktionsfähigem Zustand gehalten werden. Der nach § 13 Abs. 6 Deponieverordnung für die Oberflächenabdichtung erforderliche Funktionsnachweis kann damit in einfacher Weise erbracht werden.
Elektroresisitive Dichtungskontrollsysteme, wie z.B. das System GEOLOGGER oder das System SENSOR sind Stand der Technik und werden vornehmlich für die Überwachung elektrisch isolierender Abdichtungselemente eingesetzt. Dies sind in aller Regel Abdichtungen aus Dichtungsbahnen (Konvektionssperren).
Die Kombination BAM-zugelassener Dichtungsbahnen mit einem DKS wird in jüngster Zeit vermehrt als preisgünstige und dabei sichere Alternative zu herkömmlichen Dichtungsaufbauten in Oberflächenabdichtungen von Deponien eingesetzt. Die erforderliche dauerhafte Dichtheit der Oberflächenabdichtung wird dabei dadurch sichergestellt, dass nur ein einlagiges Abdichtungselement regelmäßig mit dem DKS auf Dichtheit überwacht wird. Werden Leckagen erkannt, so werden diese zielgerichtet repariert. Insgesamt wird so das Abdichtungselement in einem funktionsfähigen und damit seinem bestimmungsgemäßen Zustand gehalten. Die Genehmigung derartiger Projekte erfolgt meist auf der Grundlage des §14.6 der Deponieverordnung.
24.11.2006
Arbeitskreis Grundwasserschutz e.V. Friedrichstr.95, 10117 Berlin
Tel. (030) 20 96 36 85, info@akgws.de www.akgws.de