Langfristige Schwermetalleinbindung in Böden und Ersatzbaustoffen durch Behandlung mit Bindemitteln

Aachen (2019) [Doktorarbeit]

Seite(n): 1 Online-Ressource (III, 353 Seiten) : Illustrationen, Diagramme

Kurzfassung

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.

Autorinnen und Autoren

Autorinnen und Autoren

Lin, Xiaochen

Gutachterinnen und Gutachter

Vollpracht, Anya
Stephan, Dietmar

Identifikationsnummern

  • REPORT NUMBER: RWTH-2019-10719

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