Einsatz von Beton und Betonschutzplatten
im Deponiebau
im Deponiebau
Neben den Betriebsgebäuden bestehen Deponien aus Bauwerken, die für deponiespezifische Zwecke konzipiert sind. Diese Bauwerke sind für die langfristige und dauerhafte Funktion und Sicherheit der Deponie erforderlich. Sie stellen die Entgasung des Deponiekörpers und die Fassung des Sickerwassers sicher. Wegen der chemischen Einwirkungen aus der Abfallzusammensetzung und den Verrottungsvorgängen sind solche Bauwerke, die in direkten Kontakt mit den Ablagerungsstoffen kommen, in hohem Maße chemischen Angriffen ausgesetzt. Die höchsten Anforderungen müssen dabei an das Entwässerungs- und das Entgasungssystem gestellt werden, da sie im Deponiekörper eingebettet liegen und für eventuelle Nachbesserungen nicht oder nur mit hohem Aufwand zugänglich sind.
Für eine ordnungsgemäße Nachsorge ist ihre dauerhafte Funktion erforderlich, so dass neben der Standsicherheit die chemische Beständigkeit der eingesetzten Materialien gewährleistet sein muss.
Zu Entwässerungs- und Entgasungssystem gehören im Wesentlichen die Sickerwasser- und Gasleitungen sowie die Schacht- und Stollenbauwerke, die Zugängigkeit und Wartung sichern. Weitere müllbeaufschlagte Bauwerke sind Umladestationen, Becken zur temporären Speicherung von Sickerwasser aus dem Abfall und Gassammelstationen.
Wegen der chemischen Einwirkungen werden viele Deponiebauwerke aus Kunststoff hergestellt. Kunststoffprodukte haben sich im Rohrleitungsbau in Deponien durchgesetzt. Wegen seiner Verarbeitbarkeit und seiner statischen Eigenschaften kommt als Baustoff im Deponiebau aber auch Beton zum Einsatz. Beton muss gemäß den Vorgaben der DIN 1045 dauerhaft vor aggressiven Medien geschützt werden. Dies geschieht durch konstruktive Maßnahmen, die Betonflächen gegen Gas und Sickerwasser abdichten. Der Schutz kann direkt durch Betonbeschichtungen oder indirekt durch Dichtungsschichten zwischen Bauwerk und Deponiebereich erfolgen. Bei offen liegenden Flächen können Verschleißschichten vorgesehen werden, sofern der Bereich insgesamt abgedichtet ist und kein Sickerwasser in andere Bereiche austreten kann. Da diese Bauteile zugänglich sind können jederzeit Reparaturen durchgeführt werden.
Im Folgenden wird der Einsatz von Betonschutzplatten aus Kunststoffen behandelt. Zum Einsatz kommen in den meisten Fällen Dichtungsplatten aus Polyethylen hoher Dichte PE-HD, in geringerem Umfang auch aus Polypropylen (PP). Üblicherweise sind Anforderungen an den Beton in Beschreibungen und Zulassungen von Betonschutzplatten nicht enthalten. Der Beton muss den Anforderungen aus der statischen Berechnung entsprechen. Es wird jedoch empfohlen zusätzlich eine rechnerische Rissbreite ≤ 0,2 mm auch unter den Betonschutzplatten anzustreben. Die Expositionsklasse sollte auch bei vollständiger Abkapselung des Bauteiles für Beton und Betondeckung korrekt angesetzt werden. Die Betontechnologie, die ebenfalls gravierende Einflüsse auf die Dauerhaftigkeit hat, wird im Rahmen dieses Aufsatzes nicht behandelt.
Im Deponieablagerungsbereich ist der häufigste Einsatzbereich von langfristig erforderlichen Betonbauwerken der Schachtbau. Deponieschächte werden in Tiefen von über 40 m eingebaut. Solche Schächte werden wirtschaftlich aus Fertigteilen hergestellt. Die Fertigung erfolgt in Betonwerken. Auf Deponien werden Schächte in Nennweiten von DN 1500 bis DN 3000 aus Stahlbetonfertigteilen eingebaut. Elementlängen werden dabei durch das Gewicht begrenzt, da für die Einsätze in großen Tiefen Wanddicken bis zu 30 cm statisch erforderlich werden können. Die Gründung muss auf Stahlbetonfundamentplatten erfolgen. Die Schachtelemente müssen gegen Verschieben und Einwirkungen aus Schrägstellung gehalten sein. Die Verbindung kann mit Betonkleber oder nachträglich vergossenen Bewehrungsstäben hergestellt werden.
Deponieschachtelemente werden innen und außen mit PEHD Platten beschichtet um den Beton gemäß den Anforderungen der DIN 1045 gegen aggressive Medien - Deponiesickerwasser und -gase müssen wegen ihrer nicht eindeutig beschreibbaren und gegebenenfalls auch veränderlichen Zusammensetzung in diese Kategorie eingeordnet werden – zu schützen. Die Beschichtung besteht aus PEHD-Platten, die an ihrer Rückseite durch Verankerungselemente in den Schacht einbetoniert sind. Solche Beschichtungselemente werden werkseitig in die Fertigteilelemente eingebaut. An den Stößen der Stahlbetonschachtelemente und an der Verbindung zum Schachtfundament müssen sie vor Ort durch Verschweißung gas- und wasserdicht verbunden werden. Der obere Abschluss muss durch Anschweißen an den Schachtdeckel oder Verschließen des oberen Elementes ebenfalls dicht erfolgen. Anforderungen an die Herstellung einer solchen Beschichtung beschreibt die DVS Richtlinie 2227.
Außer bei Schächten kommt Beton bei Stollen oder Schrägschächten zum Einsatz. Solche Bauwerke werden im Allgemeinen unter der Abdichtung des Abfallablagerungsbereiches eingebaut und daher von außen nicht mit Sickerwasser oder Gas beaufschlagt. Im Inneren verlaufen geschlossene Leitungen, so dass auch hier keine oder nur kurzfristige Angriffe auf den Bauwerksbeton entstehen. Der Ansatz der zutreffenden Expositionsklasse und eine hochwertige Betontechnologie sind erforderlich. Empfehlenswert ist zumindest ein wasser- hemmender Anstrich der Außenseiten. Je nach Art des Untergrundes kann eine Möglichkeit außen anstehendes Wasser gezielt abzuführen erforderlich sein.
Grundsätzlich ausgekleidet werden müssen Sickerwasserbecken aus Beton. Für diese Bauwerke gelten Anforderungen wie schon für Schachtbauwerke ausgeführt. Zusätzliche Bedeutung kommt hier doppelwandigen Systemen zu, die eine Kontrollierbarkeit der Abdichtung ermöglichen. Die fremdüberwachte Herstellung durch eine nach WHG oder gleichwertig zugelassene Fachfirma sollte selbstverständlich sein.
Eine wichtige Rolle spielt Beton als Verbaumaterial für die Herstellung von Baugruben im Abfall. Da es sich um temporäre Bauwerke handelt, bestehen keine Anforderungen an die Dauerhaftigkeit, die bei deponiespezifisch korrekter Bemessung und Konstruktion zusätzliche Maßnahmen erforderlich machen. Hinweise enthalten die GDA Empfehlungen für die Herstellung von Baugruben und Schächten im Abfall.
Art und Ausführung von Verbindungen von Plattenelementen zur Abdichtung von Betonbauwerken sind in der DVS Richtlinie 2227 geregelt. Hier werden im Wesentlichen zwei mögliche Ausführungsarten der Fugenabdichtung unterschieden. Während Fugen mit einer Breite < 10 mm mit einer Naht überschweißt werden dürfen, müssen breitere Fugen mit PEHD-Streifen überdeckt werden. Diese Streifen müssen an ihrer Ober- und Unterseite mit den Beschichtungen der Elemente verschweißt werden. Die Verbindungen der senkrechten PEHD-Beschichtung mit der waagrechten PEHD-Platte der Fundamentabdichtung oder einem überstehenden Deckel können im Allgemeinen mit Kehlnähten erfolgen.
Solche Verbindungen können nur von Fachfirmen mit speziell geschultem Personal ausgeführt werden. Dies betrifft neben den im Folgenden beschriebenen technischen Anforderungen insbesondere die Erfordernisse der Sicherheitstechnik, die im Deponiebau einen wichtigen und auch kostenrelevanten Faktor bilden. Die technischen Regelungen und Anforderungen sind in den DVS Richtlinien spezifiziert. Bei der Ausführung muss größter Wert auf Sauberkeit gelegt werden. Ausreichende Nahtvorbereitung und gegebenenfalls die Beachtung von Restfeuchte von frischem Beton sind Voraussetzung für dauerhaft dichte Nähte. Arbeitstäglich müssen Probeschweißungen hergestellt und geprüft werden. Werden verschiedene Materialien verarbeitet, ist die Schweißeignung zu überprüfen. Dies gilt auch für das verwendete Schweißgut.
Nahtgeometrie und Dichtigkeit werden nach der Herstellung geprüft. Für die Dichtheitsprüfung stehen Hochspannungsprüfung und Vakuumprüfung zur Verfügung. Der Gesamtvorgang muss durch Schweiß- und Prüfprotokolle dokumentiert werden. Die endgültige Freigabe erfolgt durch einen unabhängigen Fremdprüfer.
Schaden durch undichte Verschwei-
ßung von Betonschutzplatten
Bei der jährlichen Kamerakontrolle der Deponierohre wurde in der PE-Beschichtung des Fundamentes eines ca. 25 m hohen Deponieschachtes mit einem Innendurchmesser von 2,00 m nach einigen Jahren eine 40 cm hohe Aufbeulung des halben Schachtbodens vorgefunden. Mit der Auffindung der Ursache des Herauslösens und Ausbeulens der durch ihre einbetonierten Noppen im Schachtbeton befestigten Betonschutzplatten wurde das Institut für Statik der LGA Bautechnik, Nürnberg beauftragt.
Die Untersuchung des Schachtes ergab, dass die Kehlnaht am Schachtfuß vom Herstellerwerk einwandfrei hergestellt worden war. Die Verbindungsnähte der Schachtelemente wurden innen und außen auf der Baustelle gefertigt. Hierbei wurden, trotz deutlich größerer Fugenbreiten als für den Einsatz zulässig, einfache Überschweißungen durch Extrusionsnähte gewählt. Zudem waren die Nähte nicht durchgehend fachgerecht ausgeführt. Dem entsprechend ergaben die Untersuchungen Undichtigkeiten der Nähte mit umfangreichen Wassereintrittsspuren.
Ursache der Beule war das längere Zeit zwischen Beton und PEHD-Beschichtung herab laufende Wasser, das durch die mangelhaft abgedichteten Fugen innen und außen in die Schachtwand eindringen konnte. Berechnungen ergaben, dass durch langzeitig von hinten auf die Betonschutzplatten wirkender Wasserdruck ein Herausziehen auch korrekt einbetonierter Noppen aus dem Beton erfolgen kann. Dies wurde durch die nach wie vor fest mit den Platten verbundenen Noppen und die Löcher ihrer Verankerungen im Beton bestätigt. Das Freilegen der obersten Verbindungsnaht der äußeren Betonschutzplatten hatte gezeigt, dass die mangelhafte Ausführung innere und äußere Nähte betraf. Ein Freilegen und Sanieren der äußeren Nähte bedingt jedoch eine 25 m tiefe Baugrube im Abfall. Die hierfür erforderlichen Arbeiten und Schutzmaßnahmen waren deutlich teurer als der Einbau eines neuen Kunststoffschachtes in den bestehenden Betonschacht.
Nachdem von Seiten des Bauherrn und seiner Genehmigungsbehörden einem geringeren Schachtdurchmesser zugestimmt worden war, wurden die bestehenden Betonschächte aufgegeben. In die Schächte wurden Innenschächte DN 1500 mm eingebaut. Als Schachtmaterial wurde PE 100 gewählt. Der Ringspalt zwischen PE 100 Innenschacht und Betonschacht wurde mit Kies verfüllt, so dass eindringendes Wasser nach unten ablaufen kann, wo es gezielt abgeführt wird. Der Einfluss der Betonschächte wurde in den statischen Berechnungen der Sanierungsmaßnahme in Form von Erddruckansätzen und Bettung berücksichtigt. Die Ansätze wurden dabei so gewählt, dass bei einem Versagen der Betonschächte die Standsicherheit der PE-Schächte gegeben bleibt.
Auch wenn Beton durch PEHD-Beschichtungen oder konstruktive Maßnahmen dauerhaft vor dem Zugang des Deponiesickerwassers und der Deponiegase geschützt ist, soll eine Mindestrissbreite von 0,2 mm eingehalten werden. Durch die geeignete Wahl von Bewehrungsmenge und Durchmesser sowie der Betondeckung wird der Verbund zwischen PEHD und Beton sichergestellt. Ein dichter Beton bildet ein zusätzliches Element der angestrebten Redundanz.
Beton spielt im Deponiebau eine wichtige Rolle. Für dauerhafte Bauwerke bilden PEHD-Platten eine fachgerechte Art des Schutzes gegen Angriffe aggressiver Deponiemedien. Voraussetzung ist eine fachgerechte Herstellung. Diese beginnt bei der Planung und wird durch die Ausführung durch eine zugelassene Fachfirma sichergestellt. Zum Einsatz müssen Werkstoffe und Produkte kommen, die für den Deponiebau zugelassen sind. Die Ausführung muss von einer Fremdprüfung begleitet werden, die durch einen Abschlussbericht die fachgerechte Herstellung bestätigt und dokumentiert.n
