DE2727077C2

DE2727077C2 - Verfahren zur Herstellung einer flüssigkeitsdichten Sperrschicht als Auskleidung einer Grube für eine Mülldeponie od.dgl.

Info

Publication number: DE2727077C2
Application number: DE2727077A
Authority: DE
Inventors: Armen G. Hillside Ill. Avedisian
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1976-06-14
Filing date: 1977-06-13
Publication date: 1982-04-01
Also published as: CA1044902A; US4030307A; DE2727077A1; FR2354983B1; GB1530441A; FR2354983A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer flüssigkeitsdichten Sperrschicht als Auskleidung einer Grube für eine Mülldeponie od. dgl., bei dem ein leicht verdichtbares tonhaltiges, natürliches Bodenmaterial mit Wasser vermischt, entlang der Oberfläche der Grubenbegrenzung verteilt und danach mittels Schaffußwalzen verdichtet wird.

Ton ist ein feinkörniges, erdiges Material, das sich hauptsächlich aus wasserhaltigen Aluminiumsilikaten zusammensetzt. Die Art des Tons wird von dem vorherrschend vorhandenen Tonmineral (z. B. Kaolinit, Montmorillonit, Illit, usw.) bestimmt. Eine Tonprobe kann hauptsächlich aus einem dieser Mineralien bestehen oder ein Gemisch davon enthalten. Tone sind plastisch, wenn sie genügend Feuchtigkeit enthalten, fest (aber relativ weich im Vergleich zu Gesteinen) im trockenen Zustand und verglasen bei ausreichend hoher Temperatur. Tonmineralien kommen gemäß der Definition in kolloidalen Korngrößen von 2 micron oder darunter vor.

Kaolinit, ein wäßriges Aluminiumsilikat, AU(Si4Oi₀) (OH)e, ist eines der häufigsten Tonmineralien und der wichtigste Rohstoff der keramischen Industrie.

Montmorillonit ist ein wasserhaltiges Silikat von Magnesium und der Hauptbestandteil von Bentonit und Fullererde. Bentonit hat eine Kristallgitteranordnung, die ihm die ungewöhnliche Eigenschaft verleiht, sich auf das Mehrfache seines ursprünglichen Volumens auszudehnen, wenn er mit Wasser versetzt wird, eine Eigenschaft, die für einige der üblichen Anwendungen genutzt wird, z. B. für Dichtungsmassen zum Abdichten von Rissen in Betonfundamenten (unter Ausnutzung

seiner Quelleigenschaften) oder für Tierabfälle (unter

Ausnutzung seiner Wasser absorbierenden Fähigkeit).

Fullererde besitzt die Fähigkeit Öle und Fette durch

Zurückhalten der Farbstoffe zu entfärben, und wird

> daher als Filtermittel in der chemischen Industrie verwendet

Illit ein relativ kompliziertes Silikat von Kalium, Aluminium, Eisen und Magnesium, hat eine Kristallgitteranordnung, die ihm glimmerartigen Charakter

in verleiht Bislang hat Illit, falls überhaupt, nurjjeringfügig Anwendung gefunden, obgleich er in Tonen und Tonschiefern reichlich vorhanden ist.

Tonschiefer ist definiert worden als sehr feinkörniges Sedimentgestein, das parallel zur Ablagerung geschich-

n tet ist und in dem nach der Anreicherung keine wesentliche Änderung der Mineralstoffzusammensetzung stattgefunden hat mit Ausnahme von Veränderungen, die sich aus chemischen Veränderungen am Ort oder durch Verdichtung ergaben (W. H. Twenhofel,

2<> Principles of Sedimentation, Second Edition, McGraw Hill Book Company). Tonschiefer unterscheiden sich von Tonen darin, daß sie in Schichten gelagert sind. Im allgemeinen enthalten sie Quarz, was ihnen eine gesteinsartige Härte verleiht und die Fähigkeit nimmt > mit Wasser leicht verknetbar zu sein.

Ton ist als undurchlässige Auskleidung für Brunnen und Zisternen seit alters her verwendet worden, und zwar wurde sogenannter »Blauton«, vorwiegend Kaolinit verwendet. Blauton wurde zum Auskleiden von

in Brunnen und Zisternen sowohl im plastischen Zustand, so wie er abgebaut wird, als auch in Form von im Ofen gebrannten Ziegeln verwendet. Roher, plastischer Ton und Ziegel wurden manchmal auch gemeinsam verwendet, z. B. durch Einfügen einer Schicht von plastischem

)) Ton zwischen der Ausschachtung und der inneren Schutzschicht aus Ziegeln. Weiterhin wurden Dämme oder Wehre aus Ton in unterschiedlichen unterirdischen Kohlengruben schon in früheren Zeiten angelegt, um das Grubenwasser von den Arbeitsbereichen fernzuhal-

4i) ten. Ferner wurde Blauton als wasserundurchlässige Schicht auf den Innenflächen von mit Erde gefüllten Dämmen verwendet.

Bekannt ist auch (Striegel, Werner »Dammbau in Theorie und Praxis«, 1969, Springer-Verlag Wien/New

4-, York, Seiten 23, 192, 193, 195), daß Tonschiefer, der sich vom Ton hauptsächlich hinsichtlich seiner Härte unterscheidet, als Dammbaustoff geeignet ist.

Bei einem bekannten Verfahren der eingangs erwähnten Art (US-PS 37 32 697) wird ein entsprechend aufbereitetes toniges Bodenmaterial mit Wasser vermischt, entlang der Oberfläche der Grubenbegrenzung verteilt und danach verdichtet. Der Boden der Flüssigkeit wird bei diesem bekannten Verfahren stets trockengepumpt. Tritt Flüssigkeit auf, so wird sie herausgepumpt und mit mehr Erdreich vermischt. Die Mischung wird dann auf die Sperrschicht zurückgebracht. Hierdurch ist eine ständige Wartung mit entsprechenden Kosten erforderlich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren gemäß der eingangs erwähnten Art derart zu entwickeln, daß durch Handhabung von speziellen tonhaltigen Bodenmaterials die flüssigkeitsabdichtende Wirkung der als Auskleidung einer Grube dienenden Sperrschicht nahezu unbegrenzt aufrechterhalten wird. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Bodenmaterial abgebauter Tonschiefer ist, der aus der stratigraphischen Formation des oberen Ordovizium direkt unterhalb der stratigraphischen

Formation des Silur stammt und einen hohen Anteil an Illitmineral aufweist, und daß der abgebaute Tonschiefer vor dem Einbau derart zerkleinert wird, daß er eine stetige Korngrößenverteilung aufweist

Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Das erfindungsgemäße Verfahren erweist sich insbesondere dadurch als vorteilhaft, daß die Verwendung eines speziellen Tonschiefers, der aus mineralogischer Sicht bislang als Baumaterial als weitgehend ungeeignet angesehen wurde, zur kostensparenden Herstellung einer flOssigkeitsdichten und als Auskleidung für Gruben dienenden Sperrschicht möglich wird, die nahezu unbegrenzte Lebensdauer aufweist.

Im folgenden wird das erfindungsgemäße Verfahren näher beschrieben:

Wie in »Procedures for Testing Soils«, 1964, angegeben ist, hat die American Society for Testing and Materials Standard-Durchlässigkeitstests ausgearbeitet, gemäß denen der Durchlässigkeitskoeffizient eines bestimmten Schichtmaterials ermittelt werden kann. Ein Merkmal zur Bestimmung der äkologischen Eignung eines abdichtenden Materials besteht darin, daß es einen Durchlässigkeitskoeffizienten von nicht mehr als 5 χ 10-⁸cm/sec, bestimmt mittels fallender Wassersäule gemäß ASTM, besitzt. Eine 3,05 m dicke Auskleidung mit einem Material, das einen solchen niedrigen Durchlässigkeitskoeffizienten besitzt, würde das Hindurchsickern von Sickerflüssigkeit aus einer Abfalldeponie so lange verhindern, bis der Abfall durch Witterungseinflüsse und Alterung harmlos geworden wäre.

Der erfindungsgemäß verwendete Tonschiefer stammt aus der stratigraphischen Formation des oberen Ordovizium direkt unterhalb der stratigraphischen Formation des Silur. Als Tonschiefer ist er tonartig, und der spezielle Tonanteil besteht zu einem sehr hohen Anteil aus dem Mineral Illit, einer in der ganzen Welt gebräuchlichen Bezeichnung für alle feinkörnigen Glimmer in tonartigen Sedimenten.

Obgleich in der vorliegenden Beschreibung der Erfindung die Bezeichnung »Maquokete Shale Group« durchweg verwendet wird, soll sie auch für alle anderen vergleichbaren Tonschiefer aus dem oberen Ordovizium gelten.

Die in Amerika häufig vorkommenden Maquoketa Shale Group bildet die erste geologische Schicht unterhalb der wertvollen Ablagerung des bekannten Niagarian- und Alexandrian-Dolomits und Kalksteins, die beim Straßenbau und im Bauwesen Verwendung finden. Die Maquoketa Shale Group besteht im allgemeinen aus einer unteren Einheit, dem Scales Shale, über der eine mittlere Kalksteinschicht (der Ft. Atkinson Limestone) und eine obere Tonschieferschicht (der Brainard Shale) liegen. Obgleich dieses Schema im allgemeinen zutrifft, unterliegt es lokalen und regionalen Unterschieden.

Für die Erfindung ist die gesamte Maquoketa Shale Group von allgemeinem Interesse, jedoch wird die Brainard Shale Formation, die im allgemeinen die oberste Schicht der Gruppe bildet und direkt unter den kommerziell genutzten Dolomitlagern liegt, speziell bevorzugt. Vor dieser Erfindung war eine Nutzung von Brainard Shale nicht bekannt, erstens, weil er zu spröde und dünnschichtig ist, um als Unterlage für Schüttlasten zu dienen, und zweitens, weil er rasch zu Staub abgebaut wird, wenn er nassen und trockenen Verwitterungsperioden ausgesetzt ist, wie in den speziellen Gegenden,

wo dieses der Fall ist, erkennbar ist.

Von großer Bedeutung für die Entdeckung der günstigen Eigenschaften des Brainard Shale ist der geologische Zufall, daß er direkt unterhalb von zahlreichen der handelsmäßig abgebauten Dolomit- und Kalkstein-Formationen aus dem Silur liegt Die Schicht ist 23 bis 30 m dick, falls sie nicht durch die Ungleichförmigkeit der Silur-Unterschichten stark verküret wird. Brainard Shale ist gründlich grünlichgrau bis grün, an einigen Stellen selbst teilweise dolomitisch und stellenweise versandet. Brainard Shale ist gewöhnlich fossilienhaltig und läßt sich durch das Vorhandensein von Cornulit-Fossilien in seinen oberen Bereichen identifizieren. Die Cornulit-Fossilien sind einzigartig insofern, als sie nur am Ende des Ordovizium abgelagert worden sind, und dienen somit als Merkmal zur Identifizierung der Maquoketa Shale Group, selbst wenn diese in anderen Gegenden als dem zentralen Mitteiwesten andere Bezeichnungen trägt. Die wichtigsten Gesichtspunkte sind, daß Brainard Shale eine weiträumige, dicke, aus nahezu reinen Illit-Teilchen zusammengesetzte Schicht bildet. Die veröffentlichten Werte (Illinois State Geologie Survey, Report of Investigations No. 203, 1957) zeigen, daß die Tonfraktion (unter 0,002 mm) dieses Tonschiefers im allgemein2nzu90bis 100% aus Illit besteht.

Bevor das Verfahren zur Anbringung einer undurchlässigen Sperrschicht oder Auskleidung in einer aufzuschüttenden Grube in naturgetreuem Maßstab, z. B. einem erschöpften Steinbruch, beschrieben wird, sollen zunächst eine Reihe von Arbeitsgängen, die die Hauptstufen der Herstellung dieser Sperrschicht erläutern, sowie Labor- und Feldversuche zur Ermittlung ihres Durchlässigkeitskoeffizienten beschrieben werden.

Die Versuche, welche die bisher nicht erkennten Eigenschaften bestätigten, die Maquoketa Shale als flüssigkeitsundurchlässige, geologische Sperrschicht in idealer Weise geeignet machen, wurden im März 1976 in einem Steinbruch im westlichen Cook Country, Illinois, USA, durchgeführt. Dolomit und Kalkstein aus dem Silur, die ?.n dieser Stelle nahezu ein Jahrhundert lang abgebaut worden waren, waren bis zum Boden der Formation, etwa 80 m unterhalb Straßenhöhe oder bis zur mittleren Meereshöhe 400, abgetragen worden. Dadurch wurde die obere Schicht der Maquoketa Group freigelegt. Direkt unterhalb des Silur-Dolomits lag eine 0,6 m dicke Ader von rötlichem Tonschiefer. Diese erwies sich als die Neda-Formation. die jüngste Schicht der Maquoketa Group und die Kontaktschicht zwischen dem darüberliegenden (bereits abgebauten) Silur-Dolomit und den Gesteinen des Ordovizium-Systems. Direkt unterhalb dieser 0,6 m dicken Ader befand sich der grau gefärbte Tonschiefer der Brainard Formation. Ein Bohrprofil an dieser Stelle zeigte eine Dicke von mindestens 30,5 m für diese Brainard Formation, die sich mindestens bis zur mittleren Meereshöhe 292 erstreckte.

Ein Anteil dieses Brainard Shale wurde durch Bohrung und Sprengung abgebaut und bis zu einer maximalen Kerngröße von 38,1 mm grobzerkleinert. Kornanteile über 25,4 mm wurden dann abgesiebt und entfernt, und eine Analyse der Korngrößenverteilung mit Hilfe des Standard-Trockensiebverfahrens wurde an einer typischen Probe durchgeführt. Eine Zusammenfassung sämtlicher Werte für die betreffende typische Probe einschließlich der Korngrößenverteilung ist wie folgt:

Beschreibung:

Tonschiefer, grau, Mohs'sche Härte 3,5. Geologische Bezeichnung:

Brainard Formation, Maquoketa Group, Richmondain Stage, Cincinnatian Epoch, Ordovicium, Paläozoikum.

Optimaler Feuchtigkeitsgehalt Korngrößenverteilung (trocken) hindurchgehend durch ein Sieb von 25,4 mm(l inch)

19,1 =r,m (3/4 inch)

12,7 mm (1/2 inch)

4,76 mm (No. 4)

2,00 mm (No. 10)

0,42 mm (No. 40)

0,149 mm (No. 100)

0,074 mm (No. 200)
Natürlicher Feuchtigkeitsgehalt (Mittel von 2 Versuchen)
Raumgewicht ohne Wasser (Bulk Spezific Gravity)
Scheinbares spezifisches Gewicht (Apparent Specific Gravity) Teilchen von Ton-Größe
(unter 2 Micron)
Maximale Trockendichte im verdichteten Zustand
(Compacted Maximum Dry Density)

Trockendichte im Feldversuch, im verdichteten Zustand
(Compacted Field Dry Density), (Mittel von 4 Versuchen)

Trockendichte im Feldversuch im verdichteten Zustand

(Compacted Field Dry Density), (Mittel von 4 Versuchen)

Feuchtigkeitsgehalt im

Feldversuch

(Mittel von 4 Versuchen)

Durchlässigkeitskoeffizient im Feldversuch

(Mittel von 4 Versuchen)

Durchlässigkeitskoeffizient im Laborversuch

Dichte für die Durchlässigkeit (trocken; im Laborversuch) (Laboratory Density for

(Permeability)

Dichte für die Durchlässigkeit (im Laborversuch)
Feuchtigkeitsgehalt
(Laborversuch)

7,3%

100%

97%

81%

49%

30%

12%

6%

3%

5,7% 2,589 2,789 33%

2,25 g/ccm (140,8 pcf) 8,9

2,12 g/ccm (132,1 pcf)

93,8% 11,0%

3,7 χ 10-⁸cm/sec 2,2 χ 10-⁸cm/sec

2,21 g/ccm (137,9 pcf)

97,9% 10,4% Flüssigkeitsgrenze
(Liquid Limit)
Plastizitätsgrenze
(Plastic Limit)
Schrumpfungsgrenze
(Shrinkage Limit)

23% 16% 15%

Eine Probe von 1,36 kg wurde gemäß ASTM-Bestimmungsmethode C 136. Trockenfiebmethode, auf ihre Korngrößenverteilung geprüft.

Die maximale Dichte und der optimale Feuchtigkeitsgehalt des zerkleinerten Tonschiefers wurden gemäß ASTM D 1557, Methode A, ermittelt und um den über 25,4 mm liegenden Kornanteil, der entfernt worden war. korrigiert.

Eine Testfläche angrenzend an den Steinbruch wurde gewählt, um das Verfahren zur Herstellung einer undurchlässigen Sperrschicht aufzuzeigen und um die Durchlässigkeit der so erstellten Schicht zu bestimmten. Eine Fläche von etwa 3 m χ 15 m wurde von der darauf befindlichen Erde befreit, und zwar bis hinunter in die obere Oberflächenschicht des Niagarian-Dolomits, der einigermaßen verwittert war, aber einen guten, festen Untergrund bildete, welcher dann unter Verwendung eines Wasserwagens und einer Sprühvorrichtung leicht angefeuchtet und dann mittels eines großen, gummibereiften Traktors gleichmäßig glattgewalzt wurde. Der zerkleinerte Tohschiefer wurde angeliefert, in Chargen von etwa 2 t in einen schweren Mischer eingebracht, und etwa 5 Gew.-% Wasser wurden zugesetzt. Nachdem das Korngemisch durch gründliches Mischen in dem schweren Mischer gleichmäßig durchfeuchtet worden war, wurde es sofort in einer gleichmäßigen Dicke von etwa 15,24 cm lockerem Schüttgut verteilt, und zwar unter Verwendung eines fahrbaren Streugeräts. Nachdem bis zur fertigen Höhe von 15,24 cm aufgetragen worden war, wurde die lockere Schicht mit einer selbstgetriebenen Schaffußwalze mit spitz zulaufenden Füßen gewalzt. Nach sechs- bis zehnmaligem Überwalzen lief die Walze ohne nennenswertes Eindrücken der Füße über die Oberfläche, was eine praktisch vollständige Verdichtung bewies. Sechs aufeinanderfolgende Schichten wurden in dieser Weise gemacht, und zwar bis zu einer Gesamtdicke im verdichteten Zustand von 61 bis 76 cm; schließlich wurde die Oberfläche mit einem großen, gummibereiften Traktor endgültig abgewalzt.

Innerhalb von 24 Stunden wurden vier Testlöcher gegraben, um Dichte und Durchlässigkeit zu bestimmen. Sämtliche Prüfungen wurden gemäß dem United States Bureau of Reclamation, Specification E-36 durchgeführt. In der folgenden Tabelle sind die wesentlichen Ergebnisse dieser Tests angegeben, wobei der wichtige Durchlässigkeitskoeffizient in der letzten Zeile zu finden ist, der in jedem Falle weniger als 5 χ 10-⁸ cm/sec betrug; damit ist die Eignung als flüssigkeitsundurchlässige Sperrschicht für Abfalldeponien bewiesen.

Loch Nr. 1

Datum der Grabung	24. 3. 76	24. 3. 76	24. 3. 76
Trockendichte des	2,09 g/ccm	2,08 g/ccm	2,13 g/ccm
Tonschiefers*)	(130,3 pcf)	(130,0 pcf)	(133,0 pcD
Feuchtigkeitsgehalt des	11,7	11,8	10,7
Tonschiefers**)

24. 3. 76 2,17 g/ccm (135.2 pcf) 12,8

	Fortsel/ung	Loch Nr. 1	27 27 077	10,8 cm	8	4
7		10.8 cm		30,5 cm		10,8 cm
Durchmesser des Loches	30,5 cm		24. 3. 76,		30,5 cm
Tiefe des Loches	24. 3. 76,				24.3.76. 11'"
Wasser zugesetzt		10,8 cm	27. 3. 76,
/ur Quellung	27. 3. 76,	30,5 cm	29. 3. 76,	II³"	27.3.76,8"
lest I begonnen	29. 3. 76,	11'" 24.3.76, 11'"	13,9 C		29. 3. 76, 8^:\|
Test 1 beendet	13,9 C			O	13,9 C
Durchschnittliche		8¹'⁶ 27. 3. 76, 8"'	66,0 cm	8'"
Wassertemperatur	55,9 cm	8" 29. 3. 76, 8¹-			48,3 cm
üesamt-Füllstärke		13,9 C	25,4 cm
an Tonschiefer	27,9 cm		62 ecm		26,0 cm
Wassersland im Loch	75 ecm	63,5 cm			87 ecm
Gesamtfluß aus dem			3.4X10 ^s
Bohrloch	3.1 x 10 "	27,3 cm			4.2X10 "cm/sec
Permeabilitätskoeffizient	88 ecm
		cm/sec
	cm/sec 4.0 x 10 ^s cm/sec

*) Die Dichteprüfungen im IcId wurden gemäß den American Society Tor Testing and Materials Current Standards,

ASTM Π.Ή67, durchgeführt.
**) Der feuchtigkeitsgehalt wurde gemaU ASTM 1) 22Ih bestimmt.

Bei einer 3,05 m dicken Auskleidung mit einem Material, das einen Durchlässigkeitskoeffizienten von 5 χ 10-⁸ cm/sec hat, würde es etwa 200 Jahre dauern, bis Flüssigkeit aus einer mit Abiällen aufgeschütteten Grube durchsickern würde. Es ist unwahrscheinlich, daß nach einer derart langen Zeit Schadstoffe für die Grundwasservorkommen in normalen kommunalen Abfällen nach vorhanden sind. Blauton hat einen ähnlichen Durchlässigkeitskoeffizienten und ist von den zuständigen Behörden als Abdichtung für Aufschüttungen mit Abfällen für geeignet befunden worden. Blauton ist jedoch in vielen Gegenden, wo er benötigt wird, knapp, und die Transportkosten über weite Entfernungen sind beträchtlich. Ein sehr wesentliches Ergebnis der vier oben beschriebenen Durchlässigkeitsversuche besteht darin, daß Tonschiefer, welcher demjenigen aus der Maquoketa Group äquivalent ist und durch Zerkleinern und Verdichten an Ort und Stelle gemäß der Erfindung verarbeitet worden ist, einen so niedrigen Durchlässigkeitskoeffizienten besitzt, daß er als Austauschstoff für Blauton in Abfalldeponien geeignet ist.

Die Anwendung der Erfindung im vollen kommerziellen Maßstab zur Abdichtung eines erschöpften Dolomit-Steinbruches, der mit kommunalen Abfällen aufgeschüt-0iv]pn crtl)

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19,1 mm bis weniger als 0,076 mm, welches der zur

ίο Verdichtung geeignete Bereich ist zerkleinert und ausgesiebt Das Korngemisch wird dann mit etwa 5 Gew.-% Wasser in einem der bekannten schweren Mischer vermischt und bis zu einer Tiefe von etwa 15 cm zwischen der Wand des Steinbruches und einer

υ Schalung, die etwa 3,05 m von der Wand des Steinbruches zurückgesetzt ist unter Anwendung eines bekannten Auftraggeräts verteilt Danach wird das lockere, feuchte Korngemisch mittels einer bekannten Schaffuß-Walze verdichtet bis es praktisch fest ist was sich darin zeigt daß die Füße der Walze nicht mehr in die Schicht eindringen. In der gleichen Weise werden wiederholte Schichten hergestellt um die Wand bis zu einer Höhe entsprechend dem Fortschreiten der Aufschüttung abzudichten. Wenn der Steinbruch oder die Grube keine Grundfläche aus Maquoketa-Tonschiefer oder einem anderen ausreichend undurchlässigen Material besitzt sollte zunächst der gesamte Boden unter Anwendung der gleichen Technik, wie sie für die vertikalen Wände beschrieben worden ist mit dem

:<i verdichteten Tonschiefer abgedichtet werden.

Dementsprechend bildet Maquoketa Shale oder ein äquivalenter Tonschiefer unter einer anderen Bezeichnung wenn pr opmäß H*»m V<»rfahr<»Ti H*»r

vorstehenden Beschreibung hervor. Angenommen jedoch, daß der Steinbruch über Tonschiefer liegt, welche denjenigen der beschriebenen Maquoketa Group äquivalent sind, und daß sich der Boden des Steinbruches in Höhe der oberen Schicht des an IUit reichen, der Brainard Formation entsprechenden Tonschiefers befindet, was anhand von chemischen und geologischen Untersuchungen und insbesondere durch das Vorhandensein von Cornulit-Fossilien in der oberen Schicht leicht festgestellt werden kann, dann braucht man nur die vertikalen Wände abzudichten, da der Maquoketa-Tonschiefer selbst undurchlässig ist

Zu diesem Zweck wird der Tonschiefer durch Bohrung und Sprengung abgebaut und bis zu leicht verdichtbaren, stetigen Korngrößenverteilung von etwa Ort und Stelle rekonstruiert wird, eine geeignete Alternative für Blauton als undurchlässige Sperrschicht Da die Maquoketa Group, insbesondere die Brainard Formation, die ganz oben liegt, im natürlichen Zustand einen Durchlässigkeitskoeffizienten aufweist, der weit unter den 5-10 ~⁸ cm/sec liegt, die gegenwärtig zur Erfüllung der Umweltschutzbedingungen für undurchlässige Sperrschichten bei Grubenaufschüttungen gefordert werden, bildet sie eine sehr geeignete, im natürlichen Zustand undurchlässige Bodenschicht, wodurch die Kosten zur Abdichtung des Bodens entfallen und nur die Seitenwände mit der Sperrschicht versehen werden müssen.

Obgleich es nicht vollständig geklärt ist warum das Verfahren gemäß der Erfindung in so erfolgreicher

Weise eine undurchlässige Auskleidungsschicht erzeugt, wird angenommen, daß es an der Tatsache liegt, daß die angewendeten Tonschiefer eine Verdichtbarkeit ungefähr zwischen derjenigen von Ton und von zerkleinertem Kalkstein aufweisen. Es ist bekannt, daß angefeuch- ^r> teter Ton plastisch ist und mittels einer Schaffußwalze leicht zum praktisch undurchlässigen Zustand verdichtet werden kann. Zerkleinerter Kalkstein hingegen läßt sich niemals in einem solchen Maße verdichten. Er bleibt selbst bei Bearbeitung mit einer Rüttelwalze porös und eignet sich daher als tragende, trocknungsfähige Unterlage für Betonfundamente und -platten.

Tonschiefer besteht vorherrschend aus Toriteilchen, in Wasser dispergierbare, kolloidale Teilchen (unter 0,002 mm), die von einer festen Quarzmatrix in ihrer Position festgehalten werden, was dem Tonschiefer eine gesteinsartige Konfiguration verleiht. Anders als Ton läßt er sich im angefeuchteten Zustand nicht leicht verkneten. Er muß zerkleinert werden, um einen Teil des Tongehaltes freizusetzen. Daher findet bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ein zweiter Zerkleinerungs- und Mischungsvorgang statt, wenn das grobzerkleinerte und angefeuchtete Aggregat an Ort und Stelle mittels der Schaffußwalze verdichtet wird. Dieses sekundäre Zerkleinern und Vermischen unterteilt die :?> grobzerkleinerten Tonschieferteilchen fortschreitend in kleinere und kleinere Teilchen, wodurch ständig neue Oberflächen freigelegt und Tonanteile in einer breiten Vielfalt von Korngrößen freigesetzt werden, und zwar durch Schmieren, Reiben und Abtreiben ihrer schlammartigen Oberflächen gegeneinander. Ferner enthält der Tonschiefer aus der Maquoketa Shale Group einen hohen prozentualen Anteil an Illit, welcher glimmerartig ist, was sich durch zahlreiche, dicht angeordnete, schieferige Basisflächen zeigt, wodurch das angefeuchtete Illitmineral während der endgültigen Verdichtung unter der Schaffußwalze leicht zerfällt. Auf diese Weise wird durch das primäre Vermischen im Grobzerkleinerer und schweren Mischer sowie durch den Sekundären Zerkleinerungs- und Vermischungsvorgang unter der Schaffußwalze ein weiter Bereich von Klumpen- und Teilchengrößen erzeugt; dadurch können die winzigsten, glimmerartigen Illit-Teilchen in den Zwischenräumen zwischen den größeren, diese wiederum in die Zwischenräume zwischen den noch größeren usw. gedrückt werden. Die Schaffußwalze läuft, wie beschrieben, bereits nach wenigen Durchgängen oben auf der Höhe der Schicht, was den erreichten hohen Grad der Verdichtung beweist. Es wird angenommen, daß die Kombination der Sprödigkeit des Tonschiefers mit der Neigung der kleinen Teilchen, abzubrechen, sich abzulösen und einen Haltschlamm zu bilden, nahezu eine ebensolche Degradation unter der Schaffußwalze verursacht wie sie in dem schweren Mischer beim Zusatz von Wasser erfolgt.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung einer flüssigkeitsdichten Sperrschicht als Auskleidung einer Grube für eine Mülldeponie od. dgl., bei dem ein leicht verdichtbares tonhaltiges, natürliches Bodenmaterial mit Wasser vermischt, entlang der Oberfläche der Grubenbegrenzung verteilt und danach mittels Schaffußwalzen verdichtet wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Bodenmaterial abgebauter Tonschiefer ist, der aus der stratigraphischen Formation des oberen Ordovizium direkt unterhalb der stratigraphischen Formation des Silur stammt und einen hohen Anteil an Illitmineral aufweist und daß der abgebaute Tonschiefer vor dem Einbau derart zerkleinert wird, daß er eine stetige Korngrößenverteilung aufweist

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß die Korngrößenverteilung nach dem ersten Zerkleinern von ungefähr 19,1 mm bis weniger als 0,076 mm variiert.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die größten Körner des zum ersten Mal zerkleinerter. Tonschiefers durch ein Sieb mit einer Sieböffnung von 25,4 mm hindurchgehen.