Bentonitmatten

Verhalten von Bentonitmatten bei Frost-Tau-Wechsel



Die Bentonitmatte ist ein Verbundsystem aus Geotextil und mineralischem Material (Bentonit), woraus sich die Bezeichnung Geosynthetische Tondichtungsbahn (GTD) abgeleitet hat. Das bei Bentonitmatten verwendete Tonmineral Bentonit besteht zum überwiegenden Teil aus Montmorillonit der Smectit-Gruppe und befindet sich in getrockneter, pulverisierter oder granulierter Form zwischen dem geosynthetischen Träger- und Deckmaterial. Es kommen neben natürlichen Natrium- und Calciumbentoniten auch sogenannte sodaaktivierte Natriumbentonite zum Einsatz. Der Zusammenhalt der Bentonitmatte wird durch Vernähen oder Vernadeln der Deck- und Trägergeotextilien erreicht.

Ihre dichtende Eigenschaft erhält die Bentonitmatte durch die Hydratation des Bentonits bei Wasserzutritt. Neben ihrer Funktion als hydraulische Barriere besitzen Bentonitmatten ein hohes Adsorptionsvermögen für Schadstoffe, weshalb Haupteinsatzgebiete im Deponie- und Straßenbau zu finden sind. Daneben werden Bentonitmatten unter anderem auch im Damm- und Deichbau, im Tunnelbau sowie als Dichtungssystem bei Wasserstraßen eingesetzt.

Bentonitmatten können in Kombination mit anderen Dichtungselementen aber auch als eigenständiges Dichtungssystem verwendet werden. Ein wesentlicher Vorteil der GTD gegenüber herkömmlichen mineralischen Dichtungen ist dabei der einfachere und schnellere Einbau. Hierbei kann eine gleichwertige Dichtungswirkung bei wesentlich geringerer Schichtdicke durch vergleichsweise geringere Durchlässigkeit erreicht werden.

Neben den klaren Vorteilen, welche mit der Verwendung von Bentonitmatten einhergehen, wie der schnelle und einfache Einbau, sind aufgrund der Wirkungsweise der Bentonitmatte Einschränkungen in der Einsatzmöglichkeit zu berücksichtigen. So ist z.B. das Austrocknen der Matte nach Möglichkeit zu vermeiden, da die Dichtwirkung allein auf dem Quellen des Bentonits beruht (Abb. 1). Ausgeprägte Trockenperioden haben das Austrocknen des Bentonits sowie das damit verbundene Schrumpfen des Dichtstoffes zur Folge. Die sich dabei ausbildenden Schrumpfrisse führen zum Versagen der Dichtwirkung. Erst wenn wieder ausreichend Wasser zur Verfügung steht, schließen sich die Schrumpfrisse durch erneutes Quellen des Bentonits wieder. Die Dauer bis zum Schließen der Schrumpfrisse ist dabei abhängig vom Austrocknungsgrad der Matte.

Einen weiteren Einflussfaktor stellt eine mögliche Frostbelastung dar, da mit der Frostung des stark wasserhaltigen Bentonits stets eine Veränderung bzw. Umlagerung des Wassergehaltes verbunden ist (Abb. 2). Das sich während der Frostung im Bentonit ausbildende Frostgefüge hat negativen Einfluss auf die Durchlässigkeitseigenschaften der Bentonitmatte im aufgetauten Zustand.

 
Abb. 1:    Computertomographische Aufnahme der Strukturbildung nach Nass-Trocken-Belastung, Schick / Schmitz, 2003

 
Abb. 2:    Zylinder nach einwöchigem Frost-Tau-Zyklus (-20°C, +20°C)
Strukturbildung

Abb. 1

Frost Tau

Abb. 2