DD245001A1 - Verfahren zur herstellung von gewaessergrundabdichtungen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Gewaessergrundabdichtungen, wobei der Gewaessergrund mittels Braunkohlenfilteraschen so abzudichten ist, dass ohne Nachbehandlung eine gefuegedichte Konstruktion entsteht. Dies wird erfindungsgemaess dadurch erreicht, dass auf den Gewaessergrund eine Wasser-Asche-Suspension mit einem Wasser-Asche-Faktor (Masseverhaeltnis) von 0,4 bis 1 unter nachfolgender Zugabe und Einmischung eines wasserbindenden, die Dichtheit und Standfestigkeit beeinflussenden Stoffes mit oder ohne Erhaertungseigenschaften in Mengen von 0-50 Ma.-% aufgebracht wird.

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewässergrundabdichtung, wobei auf den Grund des Gewässers eine aus Asche bestehende Schicht aufgebracht wird.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Zur Abdichtung von Gewässern ist es bekannt, das Wasser abzulassen und unterschiedliche Materialien auf den Grund aufzubringen. Als Materialien werden Beton, Asphalt, Folien, Bitumenemulsion, Ton, Lehm, Aschen und andere bindige Stoffe verwendet. Das Einbringen der Dichtungsmaterialien erfolgt durch geeignete Maschinenkomplexe, die sich auf dem ausgetrockneten Gewässergrund fortbewegen.

Der Nachteil der bekannten Materialien ist ihre geringe Beständigkeit und leichte Zerstörbarkeit (z.B. Folien aller Art) sowie die hohen Materialkosten und Herstellungskosten (Bitumenemulsion, Beton, Asphalt).

Die Abdichtung von Gewässern mittels Aschen hat bisher ebenfalls noch nicht zum Erfolg geführt, weil durch falsche Anwendung und nicht Erreichen der vollen Bindigkeit (Dichtigkeit) sowie nachträglichen Gefügestörungen kein ausreichender Abdichtungseffekt erreicht wurde.

Bekannt ist ein Verfahren zur Abdichtung von Teichanlagen mittels bergmännisch gewonnenen Abdichtungsmaterials.

Hierbei wird nach der Beräumung, Planierung und Verdichtung der Teichsohle bei abgelassenem Gewässer die Flutung des Teiches vorgenommen, die Suspension des Abdichtmaterials und eine Schutzschicht aus geeigneten Erdmaterial ien aufgebracht (DD-PS 106213). Die Nachteile dieses Verfahrens liegen im konstruktiven und apparativen Aufwand der Gewässergrundvorbereitung und derVerspüleinrichtung begründet. Des weiteren ist das Verfahren durch seine Kompliziertheit und Langwierigkeit uneffektiv und unökonomisch.

Ebenfalls bekannt ist ein Verfahren zur Gewässerabdichtung, wobei das Dichtungsmaterial entweder im trockenen Zustand direktauf den Wasserspiegel aufgestreut wird oder als dünnflüssig angerührte Schlämme auf den Wasserspiegel aufgegossen bzw. unter dem Wasser eingebracht wird. Hierbei wird der Vorgang der natürlichen Selbstdichtung von Gewässern durch Absetzung von Schwebestoffen bewußt ausgenutzt. Als Dichtungsmaterial wird ein Tonmehl- bzw. Bentonit-Zementgemisch im Verhältnis1:1 eingesetzt (DE-AS 1817606).

Die Nachteile des Verfahrens sind:

— Einsatz von Tonmehl erfordert bergmännische Gewinnung mit nachgeschalteter Aufbereitung (hoher Aufwand).

— Zement stellt ein hochwertiges volkswirtschaftliches Produkt dar, dessen Herstellung sehr aufwendig ist (kein Abprodukt).

— Während des ausgewiesenen Absetzvorganges gehen die meisten hydraulischen Reaktionen des Zementes verloren, dadurch werden noch relativ große K-Werte (K = Durchlässigkeitsbeiwert nach Darcy) erreicht.

— Aufwendiger Mehrschichtaufbau.

— Die so eingebrachte Dichtungsschicht verfügt über Rißbildungen, da großflächige Zementsysteme aufgrund der Schwinderhärtung Dehn- und Arbeitsfugen benötigen.

— Diese Rißbildungen verfügen über weitere große Wasserundurchlässigkeiten.

— Tonmehl wird als Feinstzuschiagstoff eingesetzt und bildet als Gemisch mit Zement nicht die erforderliche Dichtigkeit.

— Die Einbringungstechnologie erfordert aufwendige Speziaivorrichtungen und stellen eine unvertretbare Lösung dar. Weiterhin ist ein Verfahren zur Abdichtung von Speicherbecken, Dämmen, Deichen und dgl. bekannt, wobei auf die abzudichtende Fläche ein Geme.nge von granulierter, hydraulisch abgebundener Asche und staubförmiger Filterasche aufgebracht und der Filterasche unmittelbar vor oder bei der Herstellung des Gemenges und bei der Aufbringung desselben auf die abzudichtende Fläche Wasser zugesetzt wird. - "

Eine schichtweise Einbringung ist möglich;, wobei die Filterasche in die Granulatzwischenräume eingeschwemmt wird (DD-PS 48533). ' '

Die Nachteile dieses Verfahrens sind:

— Die Handhabung führt zwangsläufig zur Klumpenbildung (kein homogener Gefügeaufbau) und bei weiterem späteren Wasserkontakt zu parallelen Gefügestörungen (grundsätzlich: nicht Wasser zugeben zur Trockenasche, da ansonsten Großkornbildung mit nachfolgenden Treiberscheinungen).

— Die so aufgebaute Dichtungsschicht verfügt schon in ihrer Ausgangsform über eine kaum dichtende Wirkung und nur über vernachlässigbar mechanische Beanspruchbarkeiten.

— Dichtungsschicht verfügt über thixotrophe Eigenschaften.

— Umweltbelastung durch Staub.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist eine einfache, ökonomische und wirkungsvolle Gewässergrundabdichtung.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Gewässergrund mittels Braunkohlenfiiteraschen so abzudichten, daß ohne Nachbehandlung eine gefügedichte Konstruktion entsteht.

Dies wird dadurch erreicht, daß erfindungsgemäß auf den Gewässergrund eine Wasser-Asche-Suspension mit einem Wasser-Asche-Faktor (Masseverhältnis) von 0,4 bis 1 unter nachfolgender Zugabe und Einmischung eines wasserbindenden, die Dichtheit und Standfestigkeit beeinflussenden Stoffes in Mengen von 0—50 M % aufgebracht wird.

Ausführungsbeispiel

Die nähere Erläuterung der Erfindung erfolgt anhand von vier Ausführungsbeispielen.

Beispiel 1:

Es erfolgt die Abdichtung eines Erdbeckens, vorzugsweise Fischteich, das mit einem Dichtungsmaterial geringer Dichtungsmächtigkeit und über einen Wasserundurchlässigkeitswert von K S= 10~⁹ verfugen muß. In geeignete Behältnisse werden getrennt einmataktive bindige Trockenaschen und weniger aktive Trockenaschen mit Wasserüberschuß durch Sedimentation eingesumpft.

Nach zwei Tagen wird der sich oberhalb der gebildeten Masse anstehende Wasserüberschuß entfernt. Die Herstellung des Dichtungsmaterials erfolgt mit Gewichtsverhältnissen

Masse aus aktiver bindiger Trockenasche.

Masse aus weniger bindiger Trockenasche und

Trockenzugabe von der weniger bindigen Trockenasche von 1:1, 5:1 in einer Zwangsmischanlage.

Die Einbringung von einer 5cm starken Dichtungsschicht vertikal und horizontal zur so entstehenden Asche-Asche-Konstruktion erfolgt nach traditioneller Einbringungstechnologie für plastischen Zementbeton.

Die so hergestellte Dichtungsschicht verfügt über einen Wasserundurchlässigkeitswert von K = 10~⁹ und über eine Festigkeit von >7MPa.

Der Fischbesatz erfolgt nach einer pH-Wert-Einstellung von <8,5; zweckmäßigerweise ist vorher ein Spülvorgang vorzunehmen.

Die Zugabe eines entwässerbaren Stoffes (z. B. Trockenasche) mit oder ohne eigene Reaktionen führt zur Verdichtung der aktiven Bestandteile der Wasser-Asche-Suspension (effektivere Reaktionen durch weniger Wasserüberschuß), zur Erhöhung der Lagerungsdichte des Systems und zur erhöhten Dichtigkeit, wobei das Wasserreservoir durch den entwässerbaren Stoff für die aktiven suspensionierten Bestandteile abgesichert wird.

Beispiel 2:

Abdichtung eines Fischteiches gegen Sickerwasserverluste bei Absenkung des Grundwasserspiegels durch den Braunkohlenbergbau. Der Teich verfügt über Teichsedimente (natürliche Kolmotion) mit einem Durchlässigkeitsbeiwert K = 10~^e m/s. Aufgrund der hydrologischen Verhältnisse wird ein Dichtungsmaterial mit einer Durchlässigkeit von K < 10~⁸m/s gefordert. Auf den anstehenden Bodenverhältnissen wird eine ca. 5cm starke Dichtungsschicht mit aufbereiteten Filterascheprodukten mit folgenden Parametern aufgebracht:

• 93 M % mit d < 0,09 mm

• 78 M % mit d < 0,05 mm .

• CaO-Wert29,2M%

• Schüttdichte 1 kg/l

• spezifische Oberfläche nach Blaine: 3900cm²/g

Das Verhältnis Wasservolumen zur Fläche der Abdichtung beträgt ca. 1:1.

Die Einbringung trockener, aufbereiteter Filterascheprodukte in den wassergefüllten Teich erfolgt zonenweise und mittels Booten, welche mit einem mit Benzinmotor betriebenen Verteilersystem, das mit einem Rührwerk gekoppelt ist, ausgestattet wurden.

Diese in das Wasser eingebrachten Ascheprodukte setzen sich aufgrund der wirkenden Schwerkraft auf den Boden des Teiches ab und bilden eine Dichtüngsschicht. Bei einer Dichtungsmächtigkeit von durchschnittlich 5cm werden ca. 50 kg/m² der Filterascheprodukte benötigt. Die Zeitdauer bis zur endgültigen Aufquellung und Aushärtung des Filterascheproduktes beträgt 56 Tage, wobei die abgedichtete.Fläche eine ausreichend hohe Stabilität von >5MPa besitzt und über ein Durchlässigkeitsfaktor von K < 10~⁸ verfügt. Die pH-Wert-Einstellung beträgt <8,5.

Beispiel 3:

Abdichtung von lokalen Schwächungszonen in wassergefüllten Wasserreservoire, vorzugsweise Fischteiche, vertikal und horizontal im Einflußbereich von Grundwasserabsenkungen.

Der Teich verfügt über größtenteils ausreichende Dichtung.

Aufgrund der hydrogeologischen Verhältnisse wird ein Dichtungsmaterial mit einer Durchlässigkeit von K < 1CT⁸m/s und einer Stabilität von 5MPa für die lokalen Schwächungsstellen gefordert. Die Lokalisierung der Schwächungszonen erfolgt mit einer Versickerungsglocke nach Darcy bzw. mit einem Meßisotopenverfahren (hydrogeologische Detailerkundung) und im Ergebnis wird eine Teichkartierung vorgenommen.

Die erforderlichen-Dichtungssctiichten werden mit Stützgerüst (Feinsplitt, Grobsplitt) aufgebaut. Das Einbringen eines solchen Stützgerüstes ist abhängig von der zu erreichenden Dichtheit und Stabilität.

Der Aufbau der Dichtungsschicht erfolgt schichtweise, wobei das Gewichtsverhältnis Trockenascheprodukt zu Stützgerüststoff 1:4 beträgt. _w

Die Einbringung des Stützgerüstes erfolgt mit normalen Futterbooten und die des Trockenascheproduktes wie im Beispiel 2. Mit den gleichen Parametern des Filterascheproduktes des Beispieles 2 wird bei einer Dichtungsmächtigkeit von ca. 10cm (erforderlich von örtlich anstehenden Durchlässigkeiten von >10~⁵) eine Stabilität von >7MPa mit einem Durchlässigkeitsbeiwert von K < 1CT⁹ erreicht.

Beispiel 4:

Ausgehend von bestimmten hydrogeologischen Verhältnissen (Grundwasserentzug durch den Absenkungstrichter des fortschreitenden Braunkohletagebaues) besteht das Erfordernis, ein ablaßbares Gewässer mit einer kostengünstigen Dichtungsschicht, die einen Durchlässigkeitswert von mindestens K = 1CT¹⁰ aufweist und über eine Dichtungsmächtigkeit von

nur 5-1.0cm verfügt, abzudichten. .

Das zu verwendende Ascheprodukt, bestehend aus feinkörniger, kalkreicher, hochbindiger und aktiver Trockenasche, wird im Prozeß ihres Anfallens (Braunkohlenkraftwerk) in einem erdfeuchten Zustand gebracht. Die Verladung der erdfeuchten Masse erfolgt mit der im Prozeß installierten Anlagentechnik umweltfreundlich in offenen Waggons, z. B.

2 Seitenkastenkipperwaggons.

Der so mögliche aufwandsreduzierte Tränsport in offene Waggons (keine geschlossenen Spezialwaggons mehr erforderlich) erfolgt bis zur bestgeeignetsten Zwischendeponie zum abdichtenden Gewässer (bestmöglicher Reichsbahnanschluß).

Die Zwischendeponie der erdfeuchten Masse im Freigelände einschließlich Verladung und Transport erfolgt an 2 Tagen.

Während des zweitägigen Zeitraumes des erdfeuchten Zustandes der definierten Asche, erhält diese eine Anaktivierung, wodurch schnellere Mindestfestigkeiten und Undurchlässigkeiten erzielt werden und somit das abzudichtende Gewässer schneller nutzungswirksam wird. Der Aufbau des Intensivmischkomplexes (z. B. fahrbare Zwangsmischanlage mit Mörtelpumpe) erfolgt in unmittelbarer Nähe des abzudichtenden Gewässers.

DerTransport der erdfeuchten anaktivierten Massen erfolgt per LKW, wobei die Verladung auf die LKWs mit Greifern erfolgt. Die Suspensionierung erfolgt durch Intensivmischvorgänge. Die so entstehende Wasser-Asche-Suspension wird mittels Mörtelpumpen auf den Gewässergrund als 5-10cm starke Dichtungsschicht aufgebracht.

Nach einer kurzen Ansteifzeit (Mindestfestigkeit > 1 MPa) der Dichtungsschicht wird das Stützgerüst eingepreßt.

Die so hergestellte Dichtungsschicht verfügt über eine Festigkeit von >7 MPa und übereinen Durchlässigkeitswert nach Darcy von < io~ io

Das erfindungsgemäße Verfahren besitzt folgende Vorteile:

— hohes Maß an Sekundärrohstoffverwertung

— das Verfahren ist billig und einfach durchzuführen (mit einfacher Technik) mit relativ geringem Materialeinsatz

— kein Einsatz von gesonderter aufwendiger Spezialtechnik erforderlich

— unter der technisch bedingten Einbringungstechnologie (Sedimentationseinbau) vorzugsweise nicht ablaßbarer Gewässer mit geringen Dichtungsmächtigkeiten wirksam (keine sonst bekannten Materialien unter den Bedingungen geeignet)

— keine thixotrophen Eigenschaften undToxitäten

— unwesentliche Veränderung der mittleren Wassertiefe

— sehr gutes Dichtungsverhalten auf natürlichem Teichboden

— Schadstoffbindung

— relativ günstige Einbringung der Dichtungsschicht mit einfachen Mechanisierungsgeräten

— keine Schutzschichten erforderlich

— mit geringen Dichtungsmächtigkeiten werden hohe Effekte hinsichtlich Festigkeit und Undurchlässigkeit der Dichtungsschicht erzielt

— hohe Erosion- oder Korrosionsstabilität zur Gewährleistung einer relativ unbegrenzten Lebensdauer unter organischen Verhältnissen

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Dichtungsschicht wird ermöglicht mit Sekundärrohstoff (kein bilanzpflichtiger bzw. zu importierender) bei pH-Wert-Einstellung <8,5 verfügt die Dichtungsschicht über keine toxischen Eigenschaften mit einfacher Misch- und Einbringungstechnologie wird mit dem Sekundärrohstoff unter erhöhten hydrogeologischen Verhältnissen eine wirksame, im zulässigen Bereich befindliche Abdichtung erzielt durch die Anaktivierung der definierten Trockenasche wird eine wesentliche Verkürzung der Stillstandszeit erreicht und damit eine frühere Nutzungsfreigabe ermöglicht

billige Verladung und Transport der erdfeuchten Masse (erdfeuchte definierte Asche) die so entstehende starre Abdichtungskonstruktion verfügt über hohe Preßdrücke auf flexiblem Untergrund

Claims (10)

1. Erfindungsanspruch:

   1. Verfahren zur Herstellung von Gewässergrundabdichtungen unter Verwendung von vorzugsweise Braunkohlenfilteraschen, • gekennzeichnet dadurch, daß auf den Gewässergrund eine Wasser-Asche-Suspension mit einem Wasser-Asche-Faktor (Masseverhältnis) von 0,4 bis 1 unter nachfolgender Zugabe und Einmischung eines wasserbindenden, die Dichtheit und Standfestigkeit beeinflussenden Stoffes mit oder ohne Erhärtungseigenschaften in Mengen von 0-50 M % aufgebracht wird.
2. 2. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß als Braunkohlenfilteraschen feinkörnige, kalkreiche; hochbindige und aktive Trockenaschen und weniger aktive und bindige Trockenaschen verwendet werden.
3. 3. Verfahren nach Punkt 2, gekennzeichnet dadurch, daß die aktive Trockenasche vor der Suspensionsbildung zur Aktivierung angefeuchtet und gelagert wird.
4. 4. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß zur Suspensionsbiidung organisch belastetes Wasser verwendet wird.
5. 5. Verfahren nach Punkt !,gekennzeichnet dadurch, daß als wasserbindender, die Dichtheit beeinflussender Stoff Trockenasche und/oder Zement verwendet wird.
6. 6. Verfahren nach Punkt !,gekennzeichnet dadurch, daß als wasserbindiger, die Dichtheit und Standfestigkeit beeinflussender Stoff Texti!schnitzel verwendet werden.
7. 7. Verfahren nach Punkt !,gekennzeichnet dadurch, daß bei nicht ablaß baren Gewässern auf den Gewässergrund die Wasser-Asche-Suspension und der, die Dichtheit und Standfestigkeit beeinflussende Stoff durch Sedimentation aufgebracht wird.
8. 8. Verfahren nach Punkt 1;2, 3, 4, 5 und 7, gekennzeichnet dadurch, daß bei nichtablaßbaren Gewässern auf den Gewässergrund die Asche-Wasser-Suspension und der wasserbindende, die Dichtheit und Standfestigkeit beeinflussende Stoff über ein Verteilersystem mit Rührwerk aufgebracht wird.
9. 9. Verfahrennach Punkt !,gekennzeichnet dadurch, daß bei abgelassenen Gewässern die Wasser-Asche-Suspension und der - wasserbindende, die Dichtheit und Standfestigkeit beeinflussende Stoff auf den Gewässergrund aufgebracht und anschließend verdichtet wird.
10. 10. Verfahren nach Punkt 1 und 9, gekennzeichnet dadurch, daß in die Dichtungsschicht ein Stützgerüst, bestehend aus nicht porösen festen Zuschlagstoffen (z. B. Schotter, Splitt) eingepreßt wird.