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Durchlaessigkeitsverhalten von mineralischen Dichtungsschichten

Im Rahmen dieses Projektes soll das Durchlaessigkeitsverhalten verschiedenartiger mineralischer Materialien mit verschiedenen Versucheinrichtungen und unter verschiedenen Bedingungen (hydraulischer Gradient, Saettigungsgrad) untersucht werden. Weiter sind Modellversuche in einem Modellkasten vorgesehen.

Untersuchung von Schadensgrenzen mineralischer Dichtungen durch Simulation von Verformungszustaenden

Mit dem vorliegenden Forschungsvorhaben sollen die Schadensgrenzen mineralischer Dichtungen in einer als Simulator arbeitenden Grossversuchsanlage im Massstab 1:1 im Hinblick auf die Rissesicherheit bei ungleichmaessigen und raeumlichen Verzerrungen sowie auf die Selbstheilung von mineralischen Dichtungen untersucht werden. Dabei werden verschiedenartige Erdstoffe und mit kuenstlichen Baustoffen verbesserte Erdstoffe untersucht. Mit dem Ergebnis der Untersuchungen wird es moeglich sein, Basis- und Oberflaechenabdichtungen praxisgerecht zu dimensionieren.

Veraenderung der bodenmechanischen Eigenschaften von bindigen Erdbaustoffen nach Zugabe von Ca-Bentonit und organophilem Bentonit, vor und nach Beaufschlagung mit organischer Prueffluessigkeit

Bei der Sicherung von Deponien wird bisher versucht, Basis- und Seitenabdichtungen mittels homogener Tonsperrschichten und Kunststoffolien oder mit Hilfe von kuenstlichen Sperren aus Dichtwandmassen zu realisieren. In vielen Faellen stehen jedoch geeignete, mehrere Meter dicke homogene Tonschichten gar nicht zur Verfuegung. Gegenstand des Forschungsvorhabens soll sein, an mehreren, fuer den suedwestdeutschen Erdbau typischen Erdbaustoffen Bentonitbeimengungen systematisch zu variieren, wobei als Bentonit ein herkoemmlicher Bentonit (Durchlaessigkeitsminderung) und ein organophiler Bentonit (Diffusionssperre) eingesetzt werden soll. Es soll untersucht werden, wie sich die bodenmechanischen Eigenschaften sowohl nach Zugabe des Bentonits zum Ausgangsmaterial als auch nach Beaufschlagung der Proben mit einer organischen Testsubstanz veraendern, um daraus Hinweise fuer die Praxistauglichkeit der Mischungen im Deponiebau zu gewinnen.

Filter- und Draenwirksamkeit von Abdecksystemen von Deponien mit oder ohne Geotextilien

Es wird untersucht, ob Entwaesserungs- und Rekultivierungsschicht in Deponieoberflaechenabdichtungen ohne eine Beeintraechtigung der Funktionssicherheit so ausgebildet werden koennen, dass sich zwischenliegende Geotextilien eruebrigen und damit Kosten gespart werden koennen. Zu klaeren ist: Welche Anforderungen muessen in dieser Hinsicht dann an die Materialien der jeweiligen Schicht gestellt werden? Welche sonstige Eigenschaften koennen diese Materialien dann noch erfuellen? Als Variationsgroessen treten bei den mineralischen Materialien die Korngroessenverteilung, die Konsistenz und der Verdichtungsgrad des Rekultivierungsmaterials sowie die Korngroessenverteilung und die Durchlaessigkeit der Entwaesserungsschicht auf. Letztere spielt auch bei den Geodraenmatten, die in die Untersuchungen einbezogen werden, eine besondere Rolle, wobei eigentlich nicht der Durchlaessigkeitsbeiwert, sondern vielmehr die Transmissivitaet, also das Wasserableitevermoegen, die entscheidende Kenngroesse fuer die Entwaesserungsschicht darstellt. Die Untersuchungen sind noch nicht abgeschlossen.

Hydrophobierte Tone/Mergel zur Oberflächenabdichtung

In Bayern werden in den nächsten Jahren Oberflächenabdichtungen im Wert von 400 Millionen Mark gebaut werden. Für die Oberflächenabdichtung erscheint in vielen Fällen ein toniger Baustoff, der in geringen Massenanteilen mit einem organischen Polymer versetzt ist, als interessante Alternative zu vielen anderen Systemen. Dieser vergütete Baustoff besitzt bessere bodenmechanische Kennwerte, nimmt weniger Wasser auf und gibt das aufgenommene Wasser schwerer ab als der reine Ton: Verringert wird damit die Gefahr der Rißbildung in der Oberflächenabdichtung. Für derartige organophilierte Gesteinsphasen sollen vor allem sehr minderwertige Tone und Mergel (Abraum) eingesetzt werden, vorzugsweise verfestigte Tongesteine, die vor ihrem Einbau grundsätzlich kleingemahlen müßten. Bei diesem Aufarbeitungsprozeß kann dann das Polymer in Lösung bzw. als Dispersion zugegeben werden. Schwerpunktmäßig wird die Organophilierung mit kationischen Polymeren untersucht werden, es werden aber auch nichtionische / amphotere Polymere und Polymermischungen zu Vergleichszwecken miteinbezogen sein. Die Untersuchungen an den Gesteinsphasen werden von ergänzenden Untersuchungen an Suspensionen begleitet sein. Aufbauend auf Literaturstudien wird das Trocknungsverhalten, das Mischungsverhalten, das Wasseraufnahmevermögen und die Gasdurchlässigkeit, alles soweit möglich auch in der Zeitabhängikeit, untersucht werden. Da die Experimente eine Anwendung des Materials in der Praxis zum Ziel haben, werden die Untersuchungen immer auch von Kosten-Nutzen Überlegungen begleitet sein: Preisgünstige Polymere, biologisch schwer abbaubar, leicht in den Ton einmischbar, möglichst geringe Mengen bei einem optimalen Effekt bzw. Beschränkung der Zugabe auf der Grundlage von Wirtschaftlichkeitsüberlegungen, Betrachtung der GLEICHWERTIGKEIT gegenüber den Regelabdichtungssystemen. Es ist geplant, in Kooperation mit einem Grundbauinstitut die bodenmechanischen Systemleistungen und die Durchlässigkeit des Materials zu analysieren.

Untersuchungen grundlegender petrophysikalischer Eigenschaften kontaminierter Fest- und Lockergesteine

Das Vorhaben diente der Klaerung der Frage, welche physikalischen Gesteinseigenschaften sich bei Kontamination mit organischen Fluiden wie aendern. Hierzu wurden die elektrischen Eigenschaften im Bereich von 10 Hz bis 1 MHz, die thermischen Eigenschaften, die Durchlaessigkeitseigenschaften, die Porenstruktur und die Ultraschallgeschwindigkeit vorwiegend konsolidierter Sandsteine untersucht, in wassergesaettigtem und kontaminiertem (iso-Oktan, Toluol, Trichlorethylen) Zustand. Besonders bei den elektrischen Eigenschaften zeigte sich der deutliche Einfluss der Grenzflaechenbedingungen und Benetzungseigenschaften. Nur bei hochporoesen Gesteinen mit geringer spezifischer innerer Oberflaeche koennen diese Einflussfaktoren ausser Betracht bleiben. Hierdurch ergeben sich Einschraenkungen fuer die Nutzbarkeit geophysikalischer Verfahren zur Untersuchung kontaminierter Standorte, aber auch Erweiterungen der Anwendungsgebiete.

Realisierbarkeit, Nutzen, Eigenschaften und Kosten von Untergrundabdichtungen unter besonderer Beruecksichtigung von Dichtwaenden im Lockergestein des rheinischen Braunkohlenreviers

Im 1. Abschnitt der Untersuchungen werden die heute moeglichen Verfahren zur Erstellung von tiefen und langgestreckten Untergrundabdichtungen hinsichtlich der erreichbaren Herstellungsteufen und ihres Verformungsverhaltens bewertet. Unter den vorgegebenen Bedingungen muss die Untergrundabdichtung ungleichmaessige Setzungen und horizontale Verschiebungen aufgrund des hydrostatischen Druckes rissfrei aufnehmen koennen. Im 2. Abschnitt werden die Auswirkungen von Undichtigkeiten der Untergrundabdichtung auf deren Funktion und Bestand sowie evtl. Sanierungsmoeglichkeiten und die Untergrundstroemung der Abdichtungen untersucht.

Diffusion und Sorption von Schwermetallen in tonigen Barrieregesteinen

Tone und Tongesteine haben die Eigenschaften semipermeabler Membranen und eignen sich daher als geologische Barrieren gegenueber problematischen Abwaessern, Klaerschlaemmen und Deponiewaessern. Geologische Membranen verzoegern oder verhindern den Loesungsdurchfluss in unterschiedlicher Weise, wobei die Loesungsparameter, die Gesteinsparameter und die Parameter des geologischen Umfeldes den Grad der Barriereeignung bestimmen. Teile des Spektrums von Einflussgroessen werden durch das vorliegende Projekt abgedeckt und prinzipiell an ungestoerten Proben aus potentiellen bzw im Betrieb befindlichen Deponien gewonnen. Der Kleinsaeulenversuch als Pilotstudie zu wesentlich groesser dimensionierten Testanordnungen soll an geologisch detailliert identifizierten Tonen das Ad- und Desorptionsverhalten in Abhaengigkeit vom Diffusionspotential (kf-Wert) qualitativ und quantitativ ermitteln. Schwermetallbelastete Loesungen werden hier diffundiert. An acht Tongesteinen, welche ein breites Feld in Bezug auf Korngroesse, Durchlaessigkeit und mineralogische Zusammensetzung abdecken, wurden Schuettel- (Batch-), Diffusions-, Durchlaessigkeits- und Durchstroemungsversuche durchgefuehrt. Bei den verwendeten Schwermetallen Cd, Cr, Cu, Pb und Zn wurden fuer nahezu alle Tongesteine zwei unterschiedliche Sorptionsmechanismen festgestellt, eine rasch (innerhalb weniger Minuten) ablaufende Festlegung an den aeusseren Oberflaechen der Tonminerale sowie eine langsamere (Tage-Monate) Diffusion der Schwermetalle in die Zwischenraeume. Die Retardationsfaktoren (Ff5=vH20/vMe) liegen fuer die karbonatfreien Tone in der Regel zwischen 5 und 10. Fuer karbonatische Tone sind die Retardationsfaktoren bei Anwendung hochkonzentrierter Schwermetalloesungen infolge von Faellungsprodukten (hauptsaechlich Schwermetallkarbonate und -oxichloride) etwa um das Zehnfache hoeher. Die Untersuchungen wurden in einem Folgevorhaben (PD 88.064) fortgesetzt.

Zusammenhang zwischen Rissbildungen und Wasserspannungen in mineralischen Dichtungen unter Beruecksichtigung der Parameter Zeit, Temperatur, Verdichtung sowie Saettigungsgrad

Mineralische Abdichtungen werden im Deponiebau sowohl fuer Basis- als auch fuer Oberflaechenabdichtungen verwendet. Der bindige Boden mit nur sehr geringer Durchlaessigkeit schliesst weitgehend eine Konvektion aus und ist in der Lage, Schadstoffe zu adsorbieren. Voraussetzung fuer diese Sperrfunktion ist allerdings, dass der Boden nicht austrocknet und damit Risse entstehen. Bei diesem Forschungsvorhaben werden Parameter ermittelt, die den Austrocknungsprozess beeinflussen. Daraus wird eine Transportgleichung entwickelt, sowie ein Gleichung fuer die Beschreibung der Zugspannungen in Abhaengigkeit vom Wassergehalt. Ausserdem soll das Rissproblem numerisch modelliert werden.

Vorhaben mit Modellcharakter - Altablagerung Meissenheim-Kuerzell

Die starke Durchlaessigkeitsverminderung der 'schwarzen Kiese' bewirkt eine Selbstabdichtung der Altablagerung. Es stellt sich nun die Hauptfrage in welchem Umfang diese Selbstabdichtung technisch nutzbar ist. Dazu muessen die Teilfragen geklaert werden. a) Woraus bestehen die 'schwarzen Kiese' und welcher Genese unterliegen sie? b) Welche Stabilitaet besitzen die 'schwarzen Kiese'?

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