[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft einen verbesserten Faserverbund im Überlappungsbereich
von vernadelten Bentonit-Dichtungsmatten.
[0002] Derartige, aus der eigenen DE-OS 37 04 503 bekannte wasser- und/oder ölundurchlässige
Dichtungsmatten bestehen im wesentlichen aus einer Trägerschicht, einer Zwischenschicht
aus quellfähigem Bentonit und einer Deckschicht. Im vorliegenden Fall bestehen sowohl
die Trägerschicht als auch die Deckschicht aus einem Vliesstoff.
[0003] Die verwendeten Vliesstoffe bestehen vorzugsweise aus Qualitäts-Kunststoff-Fasern,
insbesondere aus Polyethylen-, Polypropylen-, Polyester-, Polyacryl- und/oder Polyamidfasern.
Besonders bevorzugt im Einsatzgebiet der Deponietechnik sind Vliesstoffe aus Polyethylen
hoher Dichte (HDPE) oder Polypropylen, die verrottungsfest (resistent) gegen alle
im Gewässer und im Boden vorkommenden Substanzen sind und somit nachweislich eine
extrem hohe Lebensdauer gewährleisten. Ihre überaus hohe Reißfestigkeit bewirkt eine
weitgehende Unempfindlichkeit gegen mechanische Beanspruchungen.
[0004] Im Aufbau handelt es sich bei den eingesetzten Vliesstoffen vorzugsweise um durch
Vernadelung mechanisch verfestigte Spinnfaservliese. Sie sind so aufgebaut, daß die
gekräuselt zusammengefügten Fasern ein Flächengebilde mit unzähligen labyrinthartigen
Gängen bilden. Hierbei wird die Bodenstruktur ideal nachgebildet. Das Gefüge der Vliesstoffe
läßt sich je nach der Bodenbeschaffenheit gröber oder feiner einstellen, so daß eine
optimale Anpassung an die anstehende Bodenart gewährleistet ist. Die mechanische Verfestigung
garantiert einen hohen Reibungswert zwischen dem anstehenden Boden und dem Vliesstoff
sowie die Abdeckung. Anstelle der durch Vernadelung mechanisch verfestigten Vliesstoffe
kann man auch solche Vliesstoffe einsetzen, die mittels der Nähwirktechnik oder durch
Verwirbelung mechanisch verfestigt wurden, oder solche Vliesstoffe, die chemisch verfestigt
wurden.
[0005] Die als Zwischenschicht verwendeten quellfähigen Bentonite sind Tone mit merklichem
bis hohem Gehalt an Smectit (Montmorillonit), der die Eigenschaften (hohe Quellbarkeit,
gutes Wasserbindevermögen, hohe Plastizität) maßgebend bestimmt. Um aus einem in Wasser
wenig quellfähigen Erdalkali-Bentonit einen hochquellfähigen Aktivbentonit zu erhalten,
werden die Erdalkaliionen der Bentonite durch Alkaliionen, vorzugsweise Natriumionen,
ersetzt. Als "hochquellfähiger" Aktivbentonit wird daher Natrium-Bentonit mit seiner
stark erhöhten Plastizität, Viskosität, Thixotropie und Wasseraufnahme bevorzugt.
Besonders bevorzugt sind die natürlich vorkommenden Natrium-Bentonite, insbesondere
solche, die aus dem Abbaugebiet in Wyoming, USA, kommen.
[0006] Bei der Herstellung dieser bekannten Dichtungsmatten geht man so vor, daß man auf
die Trägerschicht zunächst die Schicht aus trockenem, quellfähigen Bentonit und dann
darauf die Deckschicht aufbringt und anschließend alle drei Schichten in einem Nadelstuhl
vernadelt.
[0007] Die auf diese Weise erhaltenen Dichtungsmatten sind überlicherweise 4,5 Meter breit
und 30 Meter lang und werden auf Rolle zur Baustelle geliefert.
[0008] Bei der Verlegung dieser Dichtungsmatten ist so vorzugehen, daß man eine Randüberlappung
von 30 bis 50 cm erhält. Dabei ist es bekannt, den Überlappungsbereich sorgfältig
mit Bentonitpulver und/oder Bentonitpaste abzudichten. Zu diesem Zweck wird auf die
faltenfrei ausgerollte Bahn in ca. 30 cm Abstand zur Kante ein 10 cm breiter und ca.
1 cm dicker Streifen Bentonitpulver oder Bentonitpaste aufgebracht. Das Bentonitpulver
kann zum Beispiel mit einem Streuwagen aufgebracht werden. Die Paste kann man mit
Hand aufspachteln oder per Pumpe aus einem entsprechend geformten Mundstück aufpressen.
Darauf wird dann überlappend die nächste Bahn verlegt.
[0009] Das aufgestreute Bentonitpulver bzw. die aufgebrachte Bentonitpaste dient nicht nur
dazu, den Zwischenraum zwischen den sich überlappenden Bereichen abzudichten, sondern
ein Teil des Pulvers bzw. der Paste dringt auch in die sich gegenüberliegenden Vliesstoffe
ein. Nach Untersuchungen im Feld und im Labor kann mit dieser Fügetechnik im Überlappungsbereich
ein Wasserdurchlässigkeitsbeiwert von k = ca. 5 x 10 hoch -9 m/s erreicht werden.
Da die Dichtungsmatte selbst Wasserdurchlässigkeitsbeiwerte von kleiner als 10 hoch
-10 m/s besitzt, ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Fügetechnik zu
entwickeln, die im Überlappungsbereich Wasserdurchlässigkeitsbeiwerte in der Größenordnung
der Dichtigkeit der Matte selbst erwarten läßt. Als Nachteil bei der bisherigen Fügetechnik
hat sich ferner herausgestellt, daß an Böschungen oder auch beim Aufbringen der zur
Belastung der Matte notwendigen Erdschichten auf horizontalen Flächen eine gegenseitige
Mattenverschiebung mit Faltenbildung im Überlappungsbereich eintreten kann. Eine weitere
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, die bisher angewandte Fügetechnik
im Überlappungsbereich von Bentonitmatten der vorstehend beschriebenen Art so zu verbessern,
daß der Überlappungsbereich eine kraftschlüssige Einheit bildet, so daß keine Verschiebung
der Vliesstoffschichten im Überlappungsbereich mehr möglich ist.
[0010] Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der vorliegenden Erfindung auf drei verschiedenen
Wegen und zwar entweder
(a) dadurch, daß man den mit Bentonitpulver bzw. Bentonitpaste versehenen Überlappungsbereich
in situ mit einer mobilen Vernadelungsvorrichtung auf der Baustelle vernadelt, wobei
einerseits ein kraftschlüssiger Verbund der im Überlappungsbereich gegenüberliegender
Vliesstoffschichten erreicht wird und andererseits so viel Bentonit in die Porenräume
der sich gegenüberliegenden Vliesstoffschichten eingenadelt wird, daß diese Vliesstoffbereiche
eine zufriedenstellende, in der Größenordnung der Wasserdichtigkeit der Dichtungsmatte
selbst liegende Wasserdichtigkeit zeigen, oder
(b) dadurch, daß man in den sich überlappenden Vliesstoffschichten alle Porenräume
mit Bitumen oder einem allwettertauglichen, witterungsbeständigen und gegen Bodenbakterien
widerstandsfähigen Kunststoff wobei Bitumen oder Kunststoff im Gemisch mit Bentonit
vorliegen können, ausfüllt, was entweder in situ auf der Baustelle oder aber fabrikmäßig
erfolgen kann, und dann die derart vollständig aufgefüllten, sich überlappenden Vliesstoffbereiche
mit allwettertauglichen, witterungsbeständigen und gegen Bodenbakterien widerstandsfähigen
Klebstoffen kraftschlüssig verklebt oder aber kraftschlüssig verschweißt, wobei bei
der in situ erfolgenden Tränkung der Randbereiche die eingesetzten Bitumen- oder Kunststoffsysteme,
gegebenenfalls im Gemisch mit Bentonit, gleichzeitig die überlappenden Vliesstoffbereiche
verkleben, oder
(c) dadurch, daß man entweder fabrikmäßig die Vliesstoffbereiche der Dichtungsmatte,
die später den Überlappungsbereich bilden, auf einer oder beiden Seiten zu "Folien"
zusammenschmilzt und dann auf der Baustelle nach der Verlegung verklebt oder verschweißt,
daß man in einem Arbeitsgang die sich im Überlappungsbereich gegenüberliegenden Vliesstoffschichten
zu "Folien" zusammenschmilzt und sofort durch sich daran anschließendes Zusammenpressen
kraftschlüssig miteinander verschweißt.
[0011] Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Fig. 1 bis 5 näher erläutert, ohne sie
jedoch darauf einzuschränken.
- Fig. 1
- zeigt im Querschnitt den Überlappungsbereich von 2 Bentonitmatten.
- Fig. 2
- zeigt im Querschnitt die linke und rechte Seite einer erfindungsgemäß behandelten
Bentonit-Dichtungsmatte.
- Fig. 3
- zeigt im Querschnitt in schematischer Darstellung den Überlappungsbereich von 2 erfindungsgemäß
behandelten Bentonit-Dichtungsmatten.
- Fig. 4
- zeigt in schematischer Darstellung im Querschnitt die im späteren Überlappungsbereich
bildende Kante einer Dichtungsmatte, die beidseitig einschließlich der Endkante mit
Kunststoff bzw. Kunststoff-Bentonit-Gemisch versiegelt ist.
- Fig. 5
- zeigt in schematischer Darstellung im Querschnitt den späteren Überlappungsbereich,
bei dem die beiden Vliesstoffschichten zu einer Folie zusammengeschmolzen sind.
[0012] Die in den Figuren 1 bis 3 dargestellten Dichtungsmatten bestehen aus der Deckschicht
1, 1', der Trägerschicht 2, 2' und der zwischen Träger und Deckschicht befindlichen
Bentonitschicht 3, 3'. Im Überlappungsbereich liegen die Vliesstoffschichten 2, 1,
2' und 1' übereinander. Wie man an dieser Darstellung erkennt, ist es möglich, daß
ohne Behandlung durch die überlappenden Bereiche der Vliesstoffschichten 1 und 2'
Wasser in den Untergrund eindringen kann. Um dies zu verhindern, bringt man im Überlappungsbereich
zwischen den Vliesstoffschichten 1 und 2' Bentonitpulver bzw. Bentonitpaste (in der
Fig. 1 nicht dargestellt) ein und vernadelt dann auf der Baustelle in situ den Überlappungsbereich
mit einer mobilen Vernadelungsvorrichtung. Diese mobile Vernadelungsvorrichtung besteht
im wesentlichen aus einer mit Schieber- bzw. Zugstange versehene, gleichzeitig als
Lochplatte (Abstreiferplatte) fungierende Schiebeplatte, auf der eine Halterungs-
und Führungseinrichtung für das nach oben und unten bewegliche Nadelbrett montiert
ist, das durch eine ebenfalls auf der Schiebeplatte montierte Antriebsvorrichtung
über eine entsprechende Exzenterwelle senkrecht nach oben und unten bewegt werden
kann, wobei, wie die üblicherweise bei stationär arbeitenden Nadelstühlen, vorhandene
untere Lochplatte (Stichplatte) in Wegfall gekommen ist. Das Nadelbrett dieser mobilen
Vernadelungsvorrichtung ist gleichzeitig mit zwei verschiedenen Nadelsorten bestückt,
wobei die eine Nadelsorte nach unten gerichtete Widerhaken und die andere Nadelsorte
nach oben gerichtete Widerhaken aufweist. Anstelle dieser beiden verschiedenen Nadelsorten
oder aber auch zusätzlich, kann man das Nadelbrett mit Spezialnadeln, sogenannten
Doppelfunktionsnadeln, bestücken, die Widerhaken aufweisen, von denen ein Teil nach
unten und ein Teil nach oben gerichtet ist, wobei möglichst viele Widerhaken in Nadelspitzennähe
angeordnet sind.
[0013] Durch diese Vernadelung mit der mobilen Vernadelunsvorrichtung wird sowohl ein kraftschlüssiger
Verbund der Vliesstoffschichten 1 und 2' als auch eine Abdichtung dieser Vliesstoffbereiche
1 und 2' durch in die Porenräume dieser Vliesstoffbereiche eingedrungenen Bentonitteilchen
erreicht.
[0014] Eine andere Möglichkeit in diesem Überlappungsbereich eine kraftschlüssige und wasserdichte
Verbindung herzustellen, besteht darin, daß man die in dem Vliesstoffbereichen 1 und
2' befindlichen Porenräume mit einem verrottungsbeständigen und in weiten Temperaturbereichen
temperaturunabhängigen Kunststoff bzw. Kunststoff-Bentonit-Gemisch ausfüllt. Man kann
dabei so vorgehen, daß man beispielsweise eine Dichtungsmatte an der linken Längskante
in der unteren Vliesstoffschicht 2 und an der rechten Längskante die obere Deckschicht
1 versiegelt, so daß man die versiegelten Bereiche 4 bzw. 5, wie sie in Figur 2 dargestellt
sind, erhält
[0015] Bei der Verlegung bildet dann 4 den Teil der Dichtungsmatte über den die Kante 5
einer zweiten Dichtungsbahn überlappt. Zur zusätzlichen Abdichtung kann man dann noch
an der Endkante der oben überlappenden Vliesstoffbahn den in Fig. 3 mit 6 gekennzeichneten
Bereich mit einem Silikon und/oder anderem klebefähigem Kunststoff ausfüllen, wobei
diese Versiegelung auch so gestaltet werden kann, daß diese Versiegelungsmasse gleichzeitig
zusätzlich die untere Vliesstoffschicht 1 bis zur Bentonitschicht 3 durchdringt. Dies
bietet sich insbesondere dann an, wenn man eine zusätzliche Sicherheit hinsichtlich
der Wasserundurchlässigkeit des Überlappungsbereiches haben möchte, der durch Vernadelung
und Einbringung einer Zwischenschicht von Bentonitpulver oder Bentonitpaste in den
Zwischenraum zwischen den sich überlappenden Vliesstoffbereichen 1 und 2' verbunden
wurde.
[0016] Bei der Verlegung der in Fig. 2 dargestellten fabrikmäßig in den Randbereichen 4
und 5 versiegelten Dichtungsmatten muß natürlich sorgfältig darauf geachtet werden,
daß die Bereiche 5 und 4 tatsächlich übereinander zu liegen kommen. Um Fehler in dieser
Richtung auszuschließen, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, den gesamten Randbereich,
wie in Fig. 4 dargestellt, mit Kunststoff zu versiegeln, so daß man eine Durchdringung
der Vliesstoffbereiche 7 und 7' einschließlich einer Versiegelung der Stirnkante 7''
erreicht. Bei dieser "Verkappung" der Ränder ist es nicht notwendig, daß der gesamte
Vliesstoffbereich bis zur Bentonitschicht hin mit Kunststoff ausgefüllt ist, da nach
der Verklebung entsprechend gegenüberliegender Randbereiche im Überlappungsbereich
kein Wasser mehr durch den Überlappungsbereich hindurchtreten kann. Diese "Verkappung"
kann man auch dadurch erreichen, daß man einen Folienstreifen oben und unten im Bereich
7, 7' anschweißt, wobei gleichzeitig die Stirnseite 7'' mit verschlossen wird.
[0017] Eine weitere Möglichkeit, eine Randzone bei den Dichtungsmatten zu schaffen, die
eine spätere Wasserdichte und kraftschlüssige Verbindung im Überlappungsbereich ergeben
kann, ist in Fig. 5 dargestellt, bei der die die Ränder bildenden Vliesstoffbereiche
zu einer wasserundurchlässigen Folie zusammengeschmolzen wurden. Diese Folienbereiche
können dann mit einer anderen Dichtungsmatte gleicher Art überlappend verklebt oder
verschweißt werden.
[0018] Zu Kunststoffsystemen, die sich zur Auffüllung des Porenraumes der sich überlappenden
Vliesstoffbereiche eignen, gehören vorzugsweise Reaktionsharzsysteme, insbesondere
Polyurethan- und Epoxidharzsysteme, Quellschweißpasten, zum Beispiel auf Polybutadien-Basis,
wässrige Kunstharzdispersionen, zum Beispiel auf Acrylat-Basis (Acronal-Produkte der
Firma BASF) sowie Heißsiegel- und Schmelzkleber. In ähnlicher Weise können auch spezielle
Bitumensorten eingesetzt werden. Sowohl die vorstehend genannten Kunststoffsysteme,
einschließlich der Kleber, als auch die verschiedenen Bitumensorten werden vorzugsweise
mit Bentonit abgemischt, was insbesondere für die Polyurethansysteme gilt, die mit
Bentonit vorzugsweise im Gewichtsverhältnis Polyurethansystem zu Bentonit von 1 :
1 bis 5 : 1 gemischt werden.
[0019] Je nach Viskositätsgrad der eingesetzten gegebenenfalls mit Bentonit gefüllten Kunststoff-
oder Bitumensysteme dringen diese entweder von alleine in die Porenräume ein oder
sie werden durch entprechende Anpreßwalzen oder andere Einrichtungen eingepreßt, wobei
gleichzeitig eine Verdichtung des Vliesstoffvolumens in den sich überlappenden Bereichen
herbeigeführt werden kann.
[0020] In ähnlicher Weise kann eine Verdichtung der Vliesstoffschichten auch dadurch erreicht
werden, daß man die sich überlappenden Vliesstoffbereiche mittels Heizwalzen oder
anderen Einrichtungen zu wasserundurchlässsigen folienähnlichen Flächengebilden zusammenpreßt.
1. Wasser- und/oder ölundurchlässige Dichtungsmatte mit verbessertem Verbund im Überlappungsbereich,
die im wesentlichen aus zwei Vliesstoffschichten als Deck- und Trägerschicht und einer
dazwischen eingenadelten Bentonitschicht besteht, dadurch gekennzeichnet, daß die
Porenräume zwischen den Fasern in den Vliesstoffbereichen, die nach der Verlegung
den Überlappungsbereich bilden, mit Bitumen oder einem allwettertauglichen, witterungsbeständigen
und gegen Bodenbakterien widerstandsfähigen Kunststoff oder einem solchen mit Bentonit
gefüllten Kunststoff oder Bitumen ausgefüllt sind, wobei dies entweder nur für die
im Überlappungsbereich direkt aufeinander zu liegen kommenden Vliesstoffbereiche,
d.h. der Deckschicht der unten liegenden Dichtungbahn und der Trägerschicht der darauf
liegenden Vliesstoffbahn gilt, oder aber daß die Porenräume aller Vliesstoffbereiche,
die im Überlappungsbereich übereinander zu liegen kommen, mit dem Kunststoff oder
Bitumen oder deren Gemisch mit Bentonit ausgefüllt sind.
2. Dichtungsmatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Porenräume aller Vliesstoffbereiche,
die später im Überlappungsbereich übereinander liegen mit Kunststoff ausgefüllt sind
und gleichzeitig die Stirn-Kanten der Dichtungsmatten mit dem Kunststoff versiegelt
sind, so daß aus den Stirnkanten das Bentonitpulver nicht mehr austreten kann.
3. Verfahren zur Herstellung eines wasserdichten und kraftschlüssigen Verbundes im Überlappungsbereich
von Dichtungsmatten gemäß Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die vorliegende
Erfindung auf drei verschiedenen Wegen gelöst werden kann und zwar entweder
(a) dadurch, daß man den mit Bentonitpulver bzw. Bentonitpaste versehenen Überlappungsbereich
in situ mit einer mobilen Vernadelungsvorrichtung auf der Baustelle vernadelt, wobei
einerseits ein kraftschlüssiger Verbund, der im Überlappungsbereich gegenüberliegender
Vliesstoffschichten erreicht wird und andererseits so viel Bentonit in die Porenräume
der sich gegenüberliegenden Vliesstoffschichten eingenadelt wird, daß diese Vliesstoffbereiche
eine zufriedenstellende, in der Größenordnung der Wasserdichtigkeit der Dichtungsmatten
selbst liegende Wasserdichtigkeit zeigen, oder
(b) dadurch, daß man in den sich überlappenden Vliesstoffschichten alle Porenräume
mit Bitumen oder einem allwettertauglichen, witterungsbeständigen und gegen Bodenbakterien
wiederstandsfähigen Kunststoff oder einem solchen mit Bentonit gefüllten Kunststoff
oder Bitumen ausfüllt, was entweder in situ auf der Baustelle oder aber fabrikmäßig
erfolgen kann, und dann die derart vollständig aufgefüllten, sich überlappenden Vliesstoffbereiche
mit allwettertauglichen, witterungsbeständigen und gegen Bodenbakterien widerstandsfähigen
Klebstoffen kraftschlüssig verklebt oder aber kraftschlüssig verschweißt, wobei bei
der in situ erfolgenden Tränkung der Randbereiche die eingesetzten Bitumen- oder Kunststoffsysteme,
gegebenenfalls im Gemisch mit Bentonit, gleichzeitig die überlappenden Vliesstoffbereiche
verkleben, oder
(c) dadurch, daß man entweder fabrikmäßig die Vliesstoffbereiche der Dichtungsmatte,
die später den Überlappungsbereich bilden, auf einer oder beiden Seiten zu "Folien"
zusammenschmilzt und dann auf der Baustelle nach der Verlegung verklebt oder verschweißt,
oder daß man in einem Arbeitsgang die sich im Überlappungsbereich gegenüber liegenden
Vliesstoffschichten zu "Folien" zusammenshmilzt und sofort durch sich daran anschließendes
Zusammenpressen kraftschlüssig miteinander verschweißt.
4. Verfahren nach Anspruch 3 (a), dadurch gekennzeichnet, daß man die In-situ-Vernadelung
auf der Baustelle mit einer mobilen Vernadelungsvorrichtung durchführt, die gekennzeichnet
ist durch eine mit Schiebe- bzw. Zugstange versehene, gleichzeitig als Lochplatte
(Abstreiferplatte) fungierende Schiebeplatte, auf der eine Halterungs- und Führungseinrichtung
für das nach oben und unten bewegliche Nadelbrett montiert ist, das durch eine ebenfalls
auf der Schiebeplatte montierte Antriebsvorrichtung über eine entsprechende Exzenterwelle
senkrecht nach oben und unten bewegt werden kann, wobei die üblicherweise bei stationär
arbeitenden Nadelstühlen vorhandene untere Lochplatte (Stichplatte) in Wegfall gekommen
ist.
5. Verfahren nach Anspruch 3 (a) und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Durchführung
des Verfahrens eingesetzte Vernadelungsvorrichtung ein Nadelbrett aufweist, daß gleichzeitig
mit zwei verschiedenen Nadelsorten bestückt ist, wobei die ein Nadelsorte nach unten
gerichtete Widerhaken und die andere Nadelsorte nach oben gerichtete Widerhaken aufweist.
6. Verfahren nach Anspruch 3 (a), 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Durchführung
des Verfahrens eingesetzte Vernadelungsvorrichtung ein Nadelbrett aufweist, das zusätzlich
zu den beiden verschiedenen Nadelsorten gemäß Anspruch 5 oder anstelle derselben Spezialnadeln,
sogenannte Doppelfunktionsnadeln aufweist, die Widerhaken haben, von denen ein Teil
nach unten und ein Teil nach oben gerichtet ist, wobei möglichst viele Widerhaken
in Nadelspitzennähe angeordnet sind.
7. Verfahren nach Anspruch 3 (b), dadurch gekennzeichnet, daß man als Kunststoffsystem
ein Polyurethan- oder Epoxidharzsystem oder diese im Gemisch mit Bentonit einsetzt.
8. Verfahren nach Anspruch 3 (b), dadurch gekennzeichnet, daß man als Kunststoffsystem
eine Quellschweißpaste zur gleichzeitigen Durchdrängung und Verklebung der sich überlappenden
Bereiche einsetzt.
9. Verfahren nach Anspruch 3 (b), dadurch gekennzeichnet, daß man in situ eine wässrige
Kunstharzdispersion zur gleichzeitigen Durchtränkung und Verklebung der sich überlappenden
Vliesstoffbereiche einsetzt.
10. Verfahren nach Anspruch 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß man nach der Verklebung,
Verschweißung oder Vernadelung des Überlappungsbereiches die obere Kante der überlappenden
Dichtungsmatte mit Kunststoff, vorzugsweise mit Silikon, versiegelt.