Functionele levensduur van minerale afdichtingsconstructies en kunststoffen in vloeistofdichte eindafwerking van stortplaatsen
2001
Provinciale overheden zijn volgens de Leemtewet belast met de nazorg van stortterreinen waar na 1 september 1996 nog is of zal worden gestort. Ter dekking van de kosten van het beheer en 'eeuwige' nazorg legt de provincie een heffing op aan de eigenaar van die stortplaats. Vervanging van afdichtingconstructies op het moment waarop deze niet meer aan de eisen volgens de oorspronkelijk afgegeven vergunning voldoen, maakt deel uit van die kosten. Deze eisen betreffen kwaliteitseisen voor de bovenafdichting die zijn opgenomen in de vergunning(en) voor de stortplaats en voldoen minstens aan de eisen volgens het Stortbesluit. De (gekapitaliseerde) kosten van vervanging hangen nauw samen met de levensduur van onderdelen van die constructie.
In de uitvoeringspraktijk van de Leemtewet bleek dat het nodig was om de levensduur van minerale afdichtingslagen waarmee gerekend werd aan een nader onderzoek te onderwerpen. Op initiatief van de technische werkgroep, BENTIN genaamd, die onder de vlag van de IPO-projectgroep AF4a opereert, is dit onderzoek gestart. Daarbij is de nadruk gelegd op het onderbouwen van de eerder ontwikkelde theoretische benadering van de levensduur van minerale afdichtingsmaterialen. Tegelijkertijd is een opdracht verleend voor het onderbouwen van de levensduur van diverse kunststoffen in de afdichtings- en eindafwerkingsconstructie. Dat onderzoek is op verzoek van de opdrachtgever onderaanbesteed aan TNOIndustrie, Eindhoven.
Tot nu toe is de levensduur van minerale afdichtingsmaterialen gebaseerd op een theoretische (fysisch-chemisch) benadering. Daarin was aangetoond dat de chemische samenstelling van het vocht in de steunlaag of bodemlagen die direct in contact staan met de afdichtingslaag een grote invloed kan hebben. Ook bleek daaruit dat de levensduur nauw samenhing met de initiële afdichtende werking. De benadering was echter niet met empirisch onderzoek onderbouwd.
Het ingesteld (onderbouwend) onderzoek betreft:
1. een literatuuronderzoek van levensduurbepalende factoren van fysisch-chemische aard bij minerale afdichtingsmaterialen;
2. een bureaustudie van de levensduur van geomembranen, kunstof drainage systemen, drainageleidingen en weefsels in bentonietmatten (uitgevoerd door TNO-Industrie);
3. een laboratoriumonderzoek van de samenhang tussen chemische samenstelling van de vloeistof in afdichtingsmaterialen zand-bentoniet, Trisoplast en bentonietrnatten, en de doorlatendheid;
4. een theoretische (model) studie van het verloop van de chemische samenstelling van vocht in afdichtingslagen in relatie tot de chemische samenstelling van vocht in steunlagen of lagen in direct contact met het afdichtingsmateriaal;
5. een berekening van de levensduur van voornoemde materialen voor verschillende (chemische samenstelling van) steunlagen;
6. een inventarisatie van mogelijkheden voor hergebruik van minerale afdichtingsmaterialen wanneer vervanging nodig is;
7. een overzicht van afstemming van het vervangingsmoment van onderdelen van de combinatieafdichling.
Ad 1 Levensduur bepalende factoren van minerale afdichtingsuxaterialen
De levensduur van afdichtingsmaterialen hangt samen met externe invloeden van chemische of fysisch-chemische aard. Het materiaal kan gaan scheuren (of afschuiven) onder invloed van krachten of kan chemische veranderingen ondergaan waardoor de afdichtende eigenschappen veranderen. Ongelijkmatige zetting van het stortlichaam, verandering van het vochtgehalte (uitdroging), wisselende temperatuur, uittredend percolaat of uitwisseling van opgeloste stoffen tussen afdichtingslagen en lagen waarmee deze in nauw contact staan, zijn als potentieel levensduur bepalende factoren aangemerkt.
Het literatuuronderzoek liet zien dat in de praktijk gemeten ongelijkmatige zettingen (alzijdige rek < 5%) geringer zijn dan de materialen Trisoplast, bentonietmatten en Hydrostab zonder functieverlies kunnen opvangen (< lO%). Aangezien minerale materialen niet volledig verzadigd in bovenafdichtingsconstructies worden aangetroffen en het vervormingsgedrag van zand-bentoniet alleen onder verzadigde condities is onderzocht, bestaat nog onvoldoende zekerheid of voornoemde conclusie ook geldt voor zand-bentoniet. Temperatuurschommelingen hebben in de meest voorkomende gevallen geen nadelige invloed op de functionaliteit van minerale afdichtingsmaterialen (Hoofdstuk 2). Vorsteffecten worden bij de gangbare diktes van afdeklagen (1,0 - 1,3 ru) niet verwacht: het vorstfront dringt niet tot die diepte door. Overigens is gebleken dat herhaalde vorst-dooi cycli geen blijvend nadelig effect hebben op de doorlatendheid van zand-bentoniet. Temperatuurschommelingen kunnen watertransport via de gasfase veroorzaken in afdichtingsiagen onder een geomembraan. Van Hydrostab, waarvan de afdichtende werking berust op een ruimtelijke structuur van waterglasgel met ingesloten water, is gebleken dat het vochtgehalte slechts weinig varieert rond een vrijwel constante waarde die overeenkomt met het inbouwvochtgehalte. Met theoretische berekeningen is aangetoond dat het vochtgehalte in afdichtingslagen onder een folie nauwelijks zal veranderen: een afname van minder dan 3% in 100 jaar. Het vochtgehalte in de afdichtingslagen in bovenafdichtingen zal echter toenemen wanneer de temperatuur in het stortmateriaal verhoogd is, en komt in de buurt van verzadiging, hetgeen overigens niet nadelig is.
Afname van de fractie geadsorbeerde eenwaardige ionen (voornamelijk natrium en kalium en soms ook ammonium) aan het adsorptiecomplex van kleimineralen ten gunste van tweewaardige ionen (voornamen calcium en magnesium) bleek grote invloed te kunnen hebben op de doorlatendheid. Dat effect wordt nog versterkt door hoge zoutconcentraties in het porievocht.
Geconcludeerd is dat toename van het aandeel twee-waardige ionen in de oplossing in bentoniet-houdende afdichtingslagen en hoge zoutgehaltes vrijwel de enige levensduur bepalende factoren zijn van bentoniet-houdende afdichtingsmaterialen.