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Langfristige Schwermetalleinbindung in Böden und Ersatzbaustoffen durch Behandlung mit Bindemitteln

  Link zum kostenlosen Volltext   

[Quelle: http://d-nb.info]

Zur Schonung der natürlichen Ressourcen und des Deponieraums sollen Ersatzbaustoffe (industrielle Nebenprodukte, Recycling-Baustoffe, Bodenmaterial) möglichst verwertet werden. Dabei dürfen jedoch Boden und Grundwasser nicht beeinträchtigt werden. Der wichtigste Anwendungsbereich liegt im Straßen- und Erdbau. Auch Baustoffe mit einer leichten Belastung an umweltrelevanten Stoffen dürfen unter definierten Bedingungen eingesetzt werden. Hierfür wird zukünftig die Ersatzbaustoffverordnung herangezogen werden, sofern eine politische Einigung erzielt werden kann. Der Eintrag umweltrelevanter Inhaltsstoffe aus Baustoffen in den Boden oder das Grundwasser erfolgt hauptsächlich durch Auslaugung. In den letzten Jahrzehnten wurden zahlreiche Forschungsprojekte zur Umweltverträglichkeit der Baustoffe und zur Immobilisierung umweltrelevanter Inhaltsstoffe durchgeführt. Die Bodenbehandlung mit Bindemitteln ist eine bekannte Methode im Straßen- und Erdbau. Neben der Verbesserung der mechanischen Eigenschaften von Böden oder Baustoffen können Bindemittel zur Immobilisierung umweltrelevanter Inhaltstoffe durch Reduzierung ihre Eluierbarkeit angewendet werden. Allerdings wurden die meisten Untersuchungen zu dieser Thematik nur an frisch behandelten Materialien unter Laborbedingungen durchgeführt. Die Randbedingungen der Elution während der Nutzung im Freiland und daraus resultierende Unterschiede im Elutionsverhalten wurden noch nicht umfassend untersucht. Zudem wurde auch die Verwitterung des behandelten Materials über mehrere Jahre nicht systematisch untersucht. Ziel dieser Arbeit war es, durch Feststellung praxisnaher Elutionsrandbedingungen und der Einflüsse der Verwitterung sowie den zugrundeliegenden chemischen Prozessen die langfristige Schwermetalleinbindung in mit Bindemitteln behandelten Böden und Ersatzbaustoffen zu bewerten. Diese experimentellen Arbeiten wurden zum großen Teil von Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt) über das Projekt „Dauerhaftigkeit von Bodenbehandlungen mit Bindemittel im Hinblick auf das Elutionsverhalten (Versuchsprogramm)“ FE 05.0167/2011/LRB finanziert. Diese Arbeit unterteilt sich in experimentelle Untersuchungen und geochemische Modellierungen. Die experimentellen Untersuchungen umfassen Felduntersuchungen und Laborversuche. Bei den Felduntersuchungen wurden mit Bindemitteln behandelte Materialien aus mindestens 10 Jahre alten Einbauorten entnommen und charakterisiert, um den Zustand bzw. den Verwitterungsgrad der Bindemittel zu erfassen. Zudem wurden die Randbedingungen der Elution vor Ort ermittelt. Für die Laborversuche wurden zwei Bindemittel (ein Zement und ein Kalk) und zwei zu verfestigende Materialien (ein Gemisch aus Bodenmaterialien und ein Gemisch aus Brechsanden) ausgewählt. Die mit Bindemitteln behandelten Materialien wurden mit unterschiedlichen Elutionsversuchen, in erster Linie Säulenversuche, unter variierten Randbedingungen sowie nach künstlichen Alterungen untersucht. Zusätzlich wurden geochemische Modellierungen durchgeführt. Durch Einstellung der Elutionsrandbedingungen und mit Hilfe der thermodynamischen Stoffdatenbanken konnten die für die Einbindungen relevanten Phasen für Schwermetalle identifiziert werden. Unter Berücksichtigung der Änderungen durch Alterung bzw. Verwitterung konnte eine Prognose zur langfristigen Bindung der Schwermetalle mittels Simulationen erstellt und z. T. Empfehlungen zur Bodenbehandlung im Hinblick auf das Elutionsverhalten gegeben werden.

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Konstantin Terytze, Robert Wagner, Michaela Dumm
Überprüfung des Einflusses von standardisiertem Wasser auf das Auslaugverhalten von Bauprodukten im inversen Säulenversuch im Rahmen der Normierung der inversen Säulenelution nach Schössner. Abschlussbericht
Bauforschung, Band T 3308
2014, 157 S., zahlr. Abb. u. Tab., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Kenntnisse über das Auslaugverhalten von Bauprodukten sind für die objektive Bewertung eines möglichen Gefährdungspotenzials mobilisierbarer umweltrelevanter Stoffe erforderlich. Aus diesem Grund sind praxisnahe Eluatherstellungen vorgesehen. Für Bauprodukte zur Injektion in den Boden wird in den Grundsätzen zur "Bewertung der Auswirkungen von Bauprodukten auf Boden und Grundwasser" des DIBt der Säulenversuch mit inverser Fließrichtung genannt (DIBt, 2009). Für dieses Verfahren liegt eine Arbeitsanweisung des Hygiene Instituts des Ruhrgebiets Gelsenkirchen vor. In der Arbeitsanweisung zur Durchführung der inversen Säulenelution ist u.a. eine Elution mit Trinkwasser vorgesehen. In einem von 2008 - 2009 laufenden Forschungsvorhaben zur Normierung des inversen Säulenversuches wurde mittels einer Vergleichsuntersuchung festgestellt, dass die regional unterschiedlichen Trinkwässer einen signifikanten Einfluss auf die Freisetzung und die Vergleichbarkeit des Verfahrens besitzen. Diese beträchtlichen Unterschiede der Qualität des Trinkwassers lassen es nur eingeschränkt als geeignetes Elutionsmittel für Laboruntersuchungen erscheinen. Die in diesem Forschungsvorhaben weiterentwickelte Arbeitsanweisung (DIN-Vorlage) wurde im Unterausschuss Eluierungsverfahren (NA 119-01-02-05 UA) vorgestellt. Dabei wurde vor allem die Verwendung von Trinkwasser als Elutionsmittel in Frage gestellt. Bei der Weiterentwicklung und Validierung der Methode der inversen Säulenelution ist neben der Aufnahme der bisherigen Erfahrungen auch die Umstellung des Verfahrens auf ein standardisiertes Elutionswasser zu prüfen, Der Einfluss auf die weitere Bewertung nach den Grundsätzen zur "Bewertung der Auswirkungen von Bauprodukten auf Boden und Grundwasser" des DIBt ist ebenfalls zu betrachten. Ziel des Forschungsvorhabens ist es, die inverse Säulenelution auf ein standardisiertes Elutionswasser umzustellen. Die sich daraus veränderten Auslaugraten sollen anhand von mehreren Bauprodukten. die laut den Grundsätzen zur "Bewertung der Auswirkungen von

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Martin Ziegler, Rebecca Schüller
Energetische Einsparpotentiale bei der Herstellung komplizierter Untergeschosskonstruktionen mit Hilfe des Vereisungsverfahrens. Abschlussbericht
Forschungsinitiative Zukunft Bau, Band F 2887
2014, 109 S., zahlr. Abb. u. Tab.,
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

In jüngerer Zeit gewinnt das Vereisungsverfahren im Bereich der Sicherung komplizierter Baugruben im Grundwasser immer weiter an Bedeutung. Ein Ausschlusskriterium für den planmäßigen Einsatz stellen oftmals der zu hoch eingeschätzte Energieverbrauch und die damit verbundenen Kosten der Vereisungsmaßnahme dar. Das Ziel dieses Forschungsprojekts war die zeitliche und energetische Optimierung von Vereisungsmaßnahmen im Vorfeld der Ausführung, um den planmäßigen Einsatz durch eine Erhöhung der Wirtschaftlichkeit des Verfahrens zu steigern. Aufbauend auf einer Analyse des Status Quo zur Abschätzung der Kühlleistung bei Vereisungsmaßnahmen wurde das Programmsystem SHEMAT um ein numerisches Lösungsmodelle zur realitätsnahen Bestimmung der Kühlleistung in Zusammenarbeit mit der Geophysica Beratungsgesellschaft mbH erweitert. Die Lösungsmodelle wurden durch die Nachrechnung eines Modellversuchs der ETH-Zürich verifiziert. Weiterhin wurde eine reale Baumaßnahme simuliert, die weiteren Optimierungsbedarf aufgezeigt hat. Mit den vorliegenden Lösungsmodellen wurde dann eine Parameterstudie zur Bestimmung der maßgebenden Einflussfaktoren auf die Aufgefrierzeit und die erforderliche Kühlleistung durchgeführt. Die Ergebnisse haben gezeigt, dass die Grundwasserfließgeschwindigkeit den maßgebenden Einflussparameter sowohl für die Aufgefrierzeit als auch für die Kühlleistung darstellt. Bei den weiteren numerischen Simulationen zur energetischen Optimierung von Vereisungsmaßnahmen wurde neben der Aufgefrierphase auch die Erhaltungsphase betrachtet, die einen großen Anteil am Gesamtenergieverbrauch einer Vereisungsmaßnahme ausmacht. Durch eine strömungsangepasste Gefrierrohranordnung, verbunden mit zusätzlichen Gefrierrohren, können sowohl die Aufgefrierzeit als auch die Kühlleistung verringert werden. Durch angepasste Betriebsvarianten in der Erhaltungsphase können deutliche Einsparpotentiale realisiert werden. Der intermittierende Betrieb hat sich in den numerischen Simulationen als effektivste Variante ergeben. Abschließend kann

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Andreas Koch, Roland Weiß, Gerhard Volland
Untersuchungen zur Verifizierung der Eignung des Algentests nach DIN 38412-33 für wässrige Eluate bei der Prüfung von Schleierinjektionen
Bauforschung, Band T 3301
2013, 123 S., zahlr. Abb. u. Tab.,
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Im Rahmen der Ermittlung und umwelthygienischen Bewertung der biologischen Prüfung von Bauprodukten (hier: Schleierinjektionen von Polyacrylatsystemen) wurde in der Vergangenheit bei einigen Produkten eine hohe Algengiftigkeit (GA >> 8) gemäß der DIN 38412-33 "Bestimmung der nicht giftigen Wirkung von Abwasser gegenüber Grünalgen (Scenedesmus-Chlorophyll-Fluoreszenttest) über Verdünnungsstufen" nachgewiesen. Aufgrund der hohen Algentoxizität im Eluat des Säulentests ergeben sich für diese Produkte häufig Schwierigkeiten hinsichtlich der Beurteilung, ob die Zulassungsanforderungen des Deutschen Instituts für Bautechnik (DIBt), Berlin, für Bauprodukte, die erst nachträglich im Boden und Grundwasser aushärten, eingehalten werden. Die chemische Zusammensetzung dieser Bauprodukte und die in den wässrigen Eluaten von Säulenelutionsversuchen bisher nachgewiesenen gelösten Inhaltsstoffen geben zum Teil keine eindeutigen Hinweise, auf welche Stoffe die ermittelte Algentoxizität zurückzuführen ist. Es galt daher zu klären, ob für die hohen Algentoxizitäten ggf. andere Ursachen vorliegen und ob für den Algentest gemäß DIN 3841 2-33 Grenzen hinsichtlich seiner Anwendbarkeit bei der ökotoxikologischen Beurteilung von Polyacrylaten bestehen.

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Martin Ziegler, Benjamin Aulbach, Christian Baier
Erweiterung des Vereisungsverfahrens zur umweltverträglichen Herstellung komplizierter Untergeschosskonstruktionen bei strömendem Grundwasser. Abschlussbericht
Forschungsinitiative Zukunft Bau, Band F 2744
2010, 95 S., zahlr. Abb., 4 Tab., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Im Rahmen der Forschungsinitiative Zukunft Bau des Bundesamtes für Bauwesen und Raumordnung wurde am Lehrstuhl für Geotechnik im Bauwesen das Forschungsvorhaben "Erweiterung des Vereisungsverfahrens zur umweltverträglichen Herstellung komplizierter Untergeschosskonstruktionen bei strömendem Grundwasser" durchgeführt. Das Forschungsvorhaben beinhaltete zum einen numerische Berechnungen mit dem Programmsystem SHEMAT und zum anderen die Erfassung der Grundwassersituation einer konkreten Baumaßnahme mittels klassischer Methoden und mit Hilfe des Grundwasser-Fluss-Visualisierungs-Verfahrens (GFV-Verfahren). Die numerischen Berechnungen gliedern sich in eine Parameterstudie zur Beurteilung des Einflusses verschiedener Bodenkennwerte und Randbedingungen, die Untersuchung verschiedener Optimierungsmöglichkeiten von Vereisungsmaßnahmen durch strömungsangepasste Gefrierrohranordnungen und in die Nachrechnung einer konkreten Baumaßnahme auf. Die Parameterstudie zeigte, dass die Grundwasserfließgeschwindigkeit einen entscheidenden Einfluss auf das Gefrierverhalten und damit auf den Erfolg und die Sicherheit von Vereisungsmaßnahmen hat. Mit Hilfe der weiterführenden Untersuchungen wurde gezeigt, dass sich durch eine strömungsangepasste Anordnung der Gefrierrohre, auch ohne oder nur durch wenige zusätzliche Rohre, wesentlich kürzere Aufgefrierzeiten erreichen lassen. Für die Nachrechnung einer konkreten Baumaßnahme wurde zunächst die Grundwassersituation mittels verschiedener Pegelmessungen, eines Pumpversuchs und numerischer Strömungsberechnungen sowie durch Messungen mit dem GFV-Verfahren erkundet. Die Nachrechnungen zeigten, dass eine hinreichend genaue Abbildung konkreter Vereisungsmaßnahmen mit SHEMAT möglich ist, wenn die Grundwasserverhältnisse bekannt sind und realitätsnah berücksichtigt werden. Findet eine ausreichende Erkundung der Grundwassersituation statt, lassen sich bereits im Vorfeld von Vereisungsmaßnahmen durch numerische Berechnungen Optimierungsmöglichkeiten untersuchen, welche während der Durchführung zu

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S. Savidis, N. Schneider
Online-Vermessung von Düsenstrahlsäulen. Schlussbericht
2003, 50 S., 22 Abb.,
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Anlass des Forschungsprojekts: Standsicherheitsgefährdung von Baugrubenumschließungen und Nachbargebäuden neben tiefen, innerstädtischen Baugruben. Projektziel: Online-Durchmesserbestimmung von Düsenstrahlsäulen, produktionsbegleitend. Arbeitsplan: Fertigstellung von Messsensorik und Messaufnehmern zur Durchführung von full-scale Versuchen in Containern mit unterschiedlichen Suspensionen. Untersuchungsergebnisse: Eine analog/digitale Wandlung der Messsignale erlaubt eine hinreichend sichere Interpretation. Die Software zur Unterdrückung des Störechos ist noch zu verbessern. Der Einfluss der spezifischen Laufzeit in homogenen Suspensionen ist zu kalibrieren.

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Zeitschriftenartikel

Folgende Literaturnachweise stammen aus der Datenbank RSWB^®plus. Die Datenbank unterstützt schnell und zielsicher Fachleute aus Planungsfirmen, Industrie und Forschung, sowie Lehrkräfte und Studierende in der akademischen Ausbildung bei Nachweis und Beschaffung von Fachinformation zum Planen und Bauen.

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Gasser, Daniel; Marte, Roman; Tschuchnigg, Franz
Horizontalverspannung nicht bindiger Böden durch die Rütteldruckverdichtung mit Tiefenrüttler - Experimentelle und numerische Untersuchungen
Geotechnik, 2022

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Rauch, Frank; Hass, Ulrike; Köller-Schöllmann, Bettina; Lindstädt, Ralph
Sanierung mit Hindernissen
Altlasten-Spektrum, 2022

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Huber, Stefan; Henzinger, Christoph; Hock, Andreas; Maurer, Holger
Prognose der Festigkeitsentwicklung von zeitweise fließfähigen, selbstverdichtenden Verfüllbaustoffen (ZFSV) anhand des Wasser-Bindemittel-Wertes
Bauingenieur, 2022

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Wannenmacher, Helmut; Kratz, Thorsten; Passmann, Svend; Liebetrau, Norbu
Combined cement-polyurethane grouting operations in tunnel and shaft construction (kostenlos)
Tunnel, 2021

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Gömmel, Roland; Neidhart, Thomas
Nachweis gegen Grundbruch bei Fundamenten auf Stabilisierungssäulen
Konstruktiver Ingenieurbau KI, 2021

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Highlights aus dem Programm 2022