Vergleichende Untersuchungen von Kapillarsperren aus Natur- und Recyclingbaustoffmaterialien als Beitrag zur Deponieoberflächenabdichtung und Ressourcenschonung

Abstract

Die Kapillarsperre stellt ein alternatives Deponieoberflächenabdichtungssystem dar, das im Laufe des vorangegangenen Jahrzehnts große Anerkennung erlangt hat (BARTH 2003, JELINEK 1997, MELCHIOR 1993, STEINERT 1999, WOHNLICH 1991 u. a.). Im Hinblick auf die drohende Knappheit an Primärbaustoffen und Ressourcenscho-nung im Zusammenhang der durchzuführenden Deponiestilllegungen war es das Ziel der vorliegenden Arbeit, die Eignung von Bauschutt-Recyclingmaterialien in Kapillarsperrensystemen zu untersuchen. Zu diesem Zweck wurden 7 Recycling- sowie 4 Naturmaterialien verschiedener Qualitäten und Körnungen auf ihre Tauglichkeit für den Einsatz als Kapillarsperrenmaterialien analysiert. Zur Beurteilung der Umweltverträglichkeit sind die Zuordnungskriterien der DEPVERWV (2005) heranzuziehen. Basierend auf den umfangreichen laboranalytischen Voruntersuchungen anhand bereits etablierter Gütekriterien wurden drei Materialkombinationen ausgewählt, die in Kipprinnenversuchen weiterführend auf ihre laterale Dränkapazität getestet wurden. Die Ergebnisse zeigen, dass die Referenz, eine reine Naturmaterial-kombination, eine potenzielle laterale Dränkapazität von 273 L pro m und Tag besitzt. Bei der reinen Recyclingmaterialkombination kann lediglich eine potenzielle laterale Dränkapazität von 64 L pro m und Tag festgestellt werden. Die Natur-/Recyclingmaterialkombination, mit dem Natursand der ersten Kombination und dem Recyclingkies der zweiten Kombination, erlangte hingegen eine potenzielle laterale Dränkapazität von 306 L pro m und Tag. Für eine standardisierte Bewertung der hydraulischen Leistungsfähigkeit von Kapillarsperrensystemen wurde ein regressionsanalytischer Ansatz entwickelt. Die Vorteile des Regressionsmodells zu den bestehenden Berechnungsmethoden und Ableitungsempfehlungen werden exemplarisch dargestellt und diskutiert. Der Kipprinnenversuch mit der Natur-Recyclingmaterialkombination wurde mittels des Modells HYDRUS-2D nachgebildet. Resultierend aus den Simulationsergebnissen können Großkipprinnenversuche derzeit nur begrenzt durch numerische Modellierungen ersetzt werden, um den versuchstechnischen Aufwand zu reduzieren. Mit Hilfe der physikalischen, mechanischen und chemischen Untersuchungen sowie der Untersuchungen zur hydraulischen Leistungsfähigkeit im Kipprinnenversuch konnte die prinzipielle Eignung von Bauschutt-Recyclingmaterial für den Einsatz als Kapillarblockmaterial in einer Kapillarsperre als alternatives Deponieoberflächenabdichtungssystem nachgewiesen werden. Die Übertragung der Ergebnisse auf andere Bauschutt-Recyclingmaterialien setzt allerdings voraus, dass das Material zuvor qualifiziert untersucht wird. The capillary barrier is an alternative surface sealing system, which has obtained a high acceptance during the past decade (BARTH 2003, JELINEK 1997, MELCHIOR 1993, STEINERT 1999, WOHNLICH 1991 u. a.). With regard to the imminent scarcity of natural construction materials relating to the closure of landfills and environmental concerns, the main purpose of this research was to examine and verify the suitability of waste recycling construction materials for their use in capillary barrier systems. Therefore, seven recycling and four natural materials of different qualities and particle-size distributions were analysed in terms of their suitability as fine layer and coarse layer, respectively. The criteria of the DEPVERWV (2005) for the classification of materials have to be consulted for the evaluation of the environmental compatibility. Based on extensive preliminary laboratory examinations for established quality factors, three combinations of materials were chosen. These combinations were continuously tested in an experimental tank for testing capillary barriers with regards to their lateral diversion capacity. The test results in the experimental tank demonstrate that the combination of natural material, the reference, has a potential lateral diversion capacity of 273 L per m and day . The combination of recycling material merely demonstrates a potential lateral diversion capacity of 64 L per m and day. The combination of sand from the natural material combination and gravel from the recycling material combination achieved a potential lateral diversion capacity of 306 L per m and day. In order to deal with a standardised evaluation of the hydraulic capability of capillary barrier systems, an approach of regression analysis has been developed. The advantages of the regression model, in comparison to the existing calculation methods as well as recommendations of interpretation, are presented and discussed. The test with the combination of natural-recycling material in the experimental tank was reproduced by using the model HYDRUS-2D. Nevertheless, it could be shown that the use of numerical models to reduce the effort of testing is limited. The principle suitability of recycling materials used as a coarse layer in a capillary barrier as an alternative surface sealing system for landfills could be verified by the physical, mechanical and chemical analyses, as well as the analyses of the hydraulic performance in the experimental tank. A qualified preliminary examination of the material is inevitable for transferring these results to other recycling materials.