Immobilisierung in situ

Baumaßnahme

Immobilisierung/Verfestigung von Atlasten und Schadstoffen In-situ-Verfahren

Aufgabe

Eine sinnvolle Methode zur Sanierung von Altlasten im Boden sind in situ-Verfahren. Durch Niederdruckinjektionen mit Feinstbindemitteln oder Hochdruckinjektionen mit geeigneten HDI-Bindemitteln können Kontaminationen direkt im Boden eingebunden werden und dort verbleiben. Durch die Injektion des Bodens wird:

  • ein kompakter Bodenkörper mit einem dichteren Gefüge als der anstehende Boden erzeugt,
  • das Durchströmen des verfestigten Bodens mit Grundwasser bzw. Oberflächenwasser praktisch verhindert und damit der Austrag von Kontaminationen in das umgebende Grundwasser vermieden,
  • bei geeigneter Zusammensetzung der Injektionsbindemittel – z. B. unter Zugabe von speziellen Additiven – das Schadstoffadsorptionsvermögen erhöht,
  • für eine spätere Bebauung des injizierten Bodens die Tragfähigkeit des Untergrundes erhöht.

Liegt die Altlast unter einer bebauten Fläche (Wohn- oder Industriebebauung), kann die Sicherung in den meisten Fällen ohne größere Beeinträchtigung der Anwohner bzw. des Produktionsstandortes erfolgen.

Verfahren

Injektionen mit Feinstbindemitteln
Mit der Entwicklung von Feinstbindemitteln wurden die Anwendungsbereiche von zementgebundenen Injektionssystemen in Abhängigkeit von der Korngröße des zu injizierenden Bodens wesentlich erweitert. Bisher konnten ausschließlich Fein- und Mittelkiese sowie Grobsande mit üblichen Zementen, z. B. gemäß DIN 1164, injiziert werden, während Mittel- und Feinsande Wasserglas oder Kunstharzen vorbehalten blieben. Mit Suspensionen aus Feinstbindemitteln kann nunmehr auch der Porenraum von Mittel- und Feinsanden verfüllt werden.

Für die In-situ-Behandlung kontaminierter Böden müssen Feinstbindemittel folgende Anforderungen erfüllen:

  • stetige, enggestufte Kornverteilung mit begrenztem Größtkorn (in der Regel bei 95 % Siebdurchgang ≤ 16 µm),
  • definierte chemisch-mineralogische Zusammensetzung,
  • Beständigkeit gegenüber anstehenden, betonaggressiven Bodenwässern,
  • Kapazität für Schadstoffadsorption.

Damit die Suspension während der Injektion gleichmäßig, homogen und vollständig in den anstehenden Boden eindringen kann, muss sie während der Verarbeitung eine möglichst gleich bleibende Konsistenz behalten.

Deshalb gilt:

  • Die Feinkörnigkeit des Bindemittels in der Suspension muss möglichst lange erhalten bleiben. Wachsen die hydratisierenden Zementkörner nach dem Anmischen zu stark, kann es zur Sperrkornbildung an den Porenengstellen des Bodens kommen.
  • Das Erstarren und Erhärten der Suspension muss auf die Anforderungen des Anwenders einstellbar sein und darf sich aufgrund im Boden befindlicher Schadstoffe nicht signifikant verändern.
  • Die Suspension sollte Schadstoffe, die im Kluft- und Porenwasser gelöst sind, vollständig binden können.

Vor der Festlegung der Bindemittel-Type und des Wasser/Zement-Wertes muss die Beschaffenheit des zu injizierenden Baugrundes bekannt sein. Dazu gehören Korngrößenverteilung, Durchlässigkeit, Lagerungsdichte, Masse der Feinstanteile, Schichtung, auftretende Trennflächen, Geometrie der Fließkanäle, Höhe und Art der Kontamination. Zusätzliche Informationen können durch Probeinjektionen im Labor und/oder im Feldversuch gewonnen werden.

Die Herstellung der Suspension geschieht durch intensives, hochtouriges Mischen.

Die eigentliche Verpressung erfolgt im Rahmen üblicher Zement-Injektionstechniken (Manschettenrohrinjektion mit Packern u. ä.).

Dyckerhoff MIKRODUR® ist standardmäßig in 3 verschiedenen Feinheiten und unterschiedlichen Zusammensetzungen erhältlich. Sondermischungen sind auf Anfrage lieferbar und können innerhalb bestimmter Grenzen, je nach Schadstoffart, objektspezifisch angepasst werden.

Hochdruckinjektionen (Düsenstrahlverfahren)
Die bautechnischen Grundlagen der Hochdruckinjektionen sind vergleichbar mit herkömmlichen Injektionen, d. h. die Beschaffenheit des Baugrundes muss bekannt sein, um alle Parameter optimieren zu können.

Die benötigten Bohrlöcher werden nach bekannten Bohrverfahren niedergebracht.

Die Bindemittelsuspension wird danach unter hohem Druck mit geeigneten Düsenträgern verpresst, wobei das Gestänge je nach Anwendungsfall gedreht und/oder gezogen wird. Der ungehinderte Ausfluss der überschüssigen Suspension über den Ringraum oder Entlastungslöcher sollte gewährleistet sein, um Hebungen des Baugrundes zu vermeiden. Um Entsorgungskosten des kontaminierten Rücklaufs zu minimieren, empfiehlt sich dessen Regenerierung und die Wiederverwertung der entsandeten Suspension.

Der Arbeitsdruck des Schneid- und Lösestrahls ist auf die Festigkeit des anstehenden Bodens abzustimmen.

Man unterscheidet drei Verfahren, wobei die Baugrundeigenschaften, die gewünschte Säulengeometrie und die erforderliche Qualität die Auswahl bestimmen:

Monojet: Die Bindemittelsuspension wird zum gleichzeitigen Schneiden und Vermörteln benutzt. Das Monojet-Verfahren wird überwiegend bei leicht erodierbaren Böden für kleinere und mittlere Säulendurchmesser eingesetzt.

Duplex: Der Suspensionsstrahl wird zur Erhöhung der Erosionskraft und der Reichweite mit Druckluft ummantelt. Dadurch können mittelschwer bis schwer erodierbare Böden verfestigt werden.

Triplex: Der anstehende Boden wird mit einem luftummantelten Wasserstrahl aufgeschnitten. Die Bindemittelsuspension wird über eine zusätzliche Düse unterhalb der Wasserdüse gleichzeitig injiziert.

Produkte

1) Feinstbindemittel für Niederdruckinjektionen
Als ultrafeines mineralisches Injektionsbindemittel bietet Dyckerhoff das Produkt MIKRODUR® an. Durch seine enggestufte Kornverteilung mit hoher Feinheit und die enge Begrenzung des Größtkorndurchmessers eröffnen sich neue Möglichkeiten auf dem Gebiet der zementgebundenen Injektionssysteme.

Dyckerhoff MIKRODUR® zeichnet sich gegenüber üblichen mineralischen Bindemittelsuspensionen durch sein hervorragendes Penetrationsvermögen aus, wodurch Porenräume und Fehlstellen des Baugrundes (Lockergestein, Fels) ausgefüllt, verfestigt und abgedichtet werden.

Dyckerhoff MIKRODUR® zeigt ein extrem geringes Kornwachstum in der Suspension.

Durch sein spezielles Produktionsverfahren hat Dyckerhoff MIKRODUR® konstant niedrige SO3-Gehalte, da die Einzelkomponenten separat in der jeweiligen Feinheit hergestellt und erst danach zielgerichtet zusammengesetzt werden.

Dyckerhoff MIKRODUR® ist standardmäßig in 4 verschiedenen Feinheiten und unterschiedlichen Zusammensetzungen erhältlich. Sondermischungen sind auf Anfrage lieferbar und können innerhalb bestimmter Grenzen, je nach Schadstoffart, objektspezifisch angepasst werden.

Die MIKRODUR®-Sorten mit der Sortenbezeichnung “R” sind aufgrund ihres hohen Hüttensandgehaltes hoch sulfatbeständig und mit HS-Zementen sowie Zementen mit niedriger Alkalität (NA-Zementen) gem. DIN 1164 vergleichbar. Zudem weisen diese Feinstbindemittel bei der Hydratation eine geringe Wärmeentwicklung auf.

Weitere Vorteile von Dyckerhoff MIKRODUR® sind:

  • hohe Festigkeit,
  • umweltverträglich, da mineralisch (Bodenaushub, der mit Dyckerhoff MIKRODUR® vermischt ist, kann als Bauschutt entsorgt werden). Die Umweltverträglichkeit wurde in Gutachten des Hygieneinstituts Gelsenkirchen nachgewiesen.
  • lange Lagerbeständigkeit bei sachgemäßer Lagerung.

2) HDI-Binder für das Düsenstrahlverfahren
Für In-situ-Verfahren als Hochdruckinjektion liefert Dyckerhoff das Produkt HDI-Binder. Die Standardsorten HF und R können je nach Schadstoffart und -gehalt objektspezifisch modifiziert werden, sodass

  • ein Großteil der Schadstoffe chemisch fixiert wird und
  • ein Bodenkörper mit geringer Wasserdurchlässigkeit entsteht, sodass nur geringe Schadstoffgehalte aus dem Bodenkörper ausgewaschen werden.

Dyckerhoff HDI-Binder werden als Fertigtrockenmischungen angeliefert und müssen vor Ort nur noch in einem bestimmten Mischungsverhältnis mit Wasser angerührt werden. Dyckerhoff HDI-Binder bestehen aus mineralischen Rohstoffen.

Dyckerhoff HDI-Binder unterliegen einer ständigen Qualtitätsüberwachung.

Aufgrund guter Regenerierbarkeit der Rückflusssuspension sind Dyckerhoff HDI-Binder sehr ergiebig.

Speziell bei höheren Wasser-/Feststoffwerten weisen die Dyckerhoff HDI-Binder gegenüber reinem Zement eine bessere Suspensionsstabilität auf.

Dokumente

Datenblatt HDI-Binder