Wie können strukturierte Kunststoffdichtungsbahnen in Abfalldeponien eingesetzt werden?

Bei Deponieabdichtungen ist die Gewährleistung der Stabilität von Abfallmasse, Abdichtungssystem und Untergrund entscheidend für den Erfolg und die Langlebigkeit der Lösung. Kunststoffdichtungsbahnen mit einer strukturierten Oberfläche können die Reibungsfestigkeit zwischen der Abdichtung und dem Untergrund oder zwischen den Abdichtungen in mehrschichtigen Systemen verbessern und so die Hangstabilität erhöhen. Doch welche Abdichtung bietet die besten Ergebnisse? 

Laut einer konservativen Schätzung der Weltbank beträgt das aktuelle weltweite Abfallaufkommen allein für feste Siedlungsabfälle 1,3 Milliarden Tonnen pro Jahr. Erwartungsgemäß soll diese Menge bis 2025 auf rund 2,2 Milliarden Tonnen ansteigen. Da Deponien zum Teil steile Böschungen aufweisen, werden einige Abdichtungsmerkmale immer wichtiger. 

Basisabdichtungen und Oberflächenabdichtungen für Deponien sind umfangreiche, kritische Projekte. Obwohl die geosynthetische Abdichtung nur einen kleinen Teil der Gesamtkosten ausmacht, bildet diese als starke Barriere zwischen Schadstoffen und der Umwelt den größten Schutz einer Deponie. Zugleich trägt sie deutlich zur Stabilität der Deponiekonstruktion bei. 

Der grundsätzliche Aufbau der Abdichtungssysteme für die verschiedenen Deponieklassen wird in Regelwerken beschrieben. Neben der Formulierung und der Dicke der Kunststoffdichtungsbahn, spielen die Oberflächenstruktur und die Scherfestigkeit der Grenzflächen, die Dichtigkeit der Nähte eine Rolle für die Konstruktion der Abdichtung. Die Entscheidung über das am besten geeignete Abdichtungssystem hängt von verschiedensten Faktoren wie dem Bedarf an Filterschichten, Niederschlagswasserabfluss und Gasableitung, Sickerwasserverhinderung oder der Möglichkeit der Leckageortung ab. Darüber hinaus müssen die Fähigkeit, unterschiedliche Setzungen und Gasentweichungen aufzunehmen, sowie die Beständigkeit gegen korrosive, brennbare und giftige Stoffe berücksichtigt werden. 

Geokunststoffe sind als Komponenten für sichere und kostengünstige Barrierelösungen bewährt. Geosynthetische Tondichtungsbahnen (GBR-C) werden häufig  als sekundäre Barriere aber auch als primäre Abdichtung eingesetzt, Kunststoffdichtungsbahnen  bilden grundsätzlich die primäre Barriere. Bezüglich der Stabilität (d.h. Stabilität des Auskleidungssystems an Hängen) haben Untersuchungen jedoch gezeigt, dass eine höhere Texturdichte die beste Leistung für einen höheren Reibungswiderstand bietet. 

Bei einem Gefälle von etwa acht Grad wird der Reibungswinkel kritisch und Ihr System könnte ins Rutschen geraten. Strukturierte Kunststoffdichtungsbahnen können einen Reibungswinkel von bis zu 35 Grad erreichen, wodurch viel steilere Hänge gestaltet werden können. 

Vorteile der verschiedenen Arten von strukturierten Kunststoffdichtungsbahnen 

Drei gängige Arten der Geomembran-Texturierung sind Co-Extrusion, Aufsprühen der Oberflächenstruktur mit einem Schweißverbund und Prägung der Struktur. 

Co-Extrusions-Texturierung: Die Extrusion in drei Schichten (Deck-, Kern- und Unterschicht) auf  Blasfolienextrusionsanlagen ermöglicht die Anpassung der Strukturhöhe der beiden Oberflächenschichten. Stickstoffgas wird in die plastifizierten Polymerschichten eingespritzt und entweicht nach dem Austritt aus der Düse, wodurch eine aufgeraute und unregelmäßige Oberfläche entsteht. In diesem Stadium können auch andere Additive wie Weißpigmente oder eine höhere Konzentration an speziellem Ruß (für Leckageauskleidungen) hinzugefügt werden. Während die Kernschicht durch dieses Verfahren nicht beeinträchtigt wird, bildet sich ein widerstandsfähiges Oberflächenprofil. Dadurch wird der Reibungswiderstand der Dichtungsbahn gegenüber Böden und Geotextilien verbessert, und es entsteht ein robuster, klettähnlicher Effekt unter den typischen niedrigen bis normalen Belastungsbedingungen, die bei Deponieabdichtungen auftreten. 

Aufgesprühte Dichtungsbahn-Textur: Hierbei handelt es sich um ein zweistufiges Verfahren, bei dem plastifiziertes Polyethylen mit Druck, Temperatur und hoher Geschwindigkeit auf eine zuvor hergestellte glatte Dichtungsbahn aufgesprüht wird. Dieses Verfahren ist mit dem Schweißvorgang vergleichbar. Zu den daraus resultierenden technischen Eigenschaften zählen der Klettverschluss-Effekt und ein verbesserter Reibungswiderstand bei Kontakt mit anderen Geokunststoffen oder mineralischen Schichten. Ein höherer Reibungswiderstand kann auch hier durch Variation der Sprühdichte des Materials erreicht werden. Vorteilhaft ist, dass die Dichtungsbahn zusätzlich zum erhöhten Reibungswiderstand die Eigenschaften einer glatten Dichtungsbahn aufweist. 

Geprägte Oberflächenstrukturen der Dichtungsbahnen: Dies erfolgt im Rahmen eines einstufigen Verfahrens. Wenn die Polyethylenfolie in zähflüssigem Zustand aus der Flachdüse austritt, prägen Prägewalzen eine Struktur auf deren Oberfläche. Dabei können mit unterschiedlichen Walzen unterschiedliche Strukturhöhen erzielt werden. 

Ist ein Herstellungsverfahren für texturierte Dichtungsbahnen besser als ein anderes? 

Der Vorteil der co-extrudierten strukturierten Dichtungsbahn besteht darin, dass die Höhe der Unebenheiten variiert werden kann. Die Dichtungsbahn kann durch Veränderung der strukturierten Oberfläche für eine Vielzahl von Böschungsformen eingesetzt werden. Ein Vorteil ist auch die die hohe Strukturdichte sowie der Effekt, dass die Strukturen in ihere Höhe sehr vielfältig sind und so einen hervorragenden Klettverschlusseffekt der Texturierung mit angrenzenden Schichten erzielen. 

Der wesentliche Vorteil einer aufgesprühten Textur ist, dass die physikalischen Eigenschaften der Dichtungsbahn nicht beeinträchtigt werden. Außerdem bleibt der Randstreifen auf der Dichtungsbahn glatt und kann mit einem Schutzband abgedeckt werden – dies erleichtert das Verschweißen und ist insbesondere bei der Verlegung unter schlammigen oder nassen Bedingungen von großem Vorteil. Der Strukturverbund wird hier gegenüber anderen Verfahren regelmäßig getestet. 

Und was ist mit geprägten Dichtungsbahnen? Der Wert geprägter Dichtungsbahnen besteht darin, dass sie einen guten Reibungswinkel (je nach Struktur des Musters) bieten, insbesondere bei hohen Belastungen. Das Vergrößern der Oberflächenunebenheit kann vorteilhaft sein, dennoch ist die Strukturhöhe alleine nicht vorteilhaft und auch die Strukturdichte ist zu berücksichtigen. Zu große Strukturhöhen können sich auch nachteilig auf die Dichtungbahn und das Schweißen auswirken. 

Welche Abdichtung wann? 

Alle drei Texturierungsarten haben Vorteile und Grenzen. Anwendungsbezogene Prüfungen sind für ein optimales Design entscheidend. Die Eigenschaften jeder Oberflächenstruktur müssen ebenso wie die Anforderungen der Anwendung berücksichtigt werden (z.B. ist die multiaxiale Dehnung in Bereichen mit unterschiedlichen Setzungen von entscheidender Bedeutung). 

Solmax ist in der Lage, Dichtungsbahnen zu fertigen, die den spezifischen Anforderungen jedes Projektes gerecht werden, sodass wir die Bedürfnisse unserer Kunden auch unter schwierigsten Bedingungen erfüllen können. Alle unsere Kunststoffdichtungsbahnen, einschließlich unserer Speziallösungen – z.B. unsere GSE LL mit ihrer mehrachsigen Bruchfestigkeit für Anwendungen, bei denen höhere Setzungen und unebene Oberflächen zusätzliche Unterstützung und größere Flexibilität erfordern – können grundsätzlich auch in verschiedenen Farbausführungen, oder mit einer leitfähigen Unterschicht und als einfach oder doppelt strukturierte Dichtungsbahnen hergestellt werden. 

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