Langzeitverhalten von mit Bindemitteln behandelten Böden und Baustoffen hinsichtlich des Auslaugungsverhaltens von Schadstoffen

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Oldwig Daniel Walter
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Baustoffen hinsichtlich des Auslaugungsverhaltens von Schadstoffen Xiaochen

1 GBB 9. Fachtagung, Langzeitverhalten von mit Bindemitteln behandelten Böden und Baustoffen hinsichtlich des Auslaugungsverhaltens von Schadstoffen Xiaochen Lin Institut für Bauforschung der RWTH Aachen University (ibac) Inhalt Einleitung Auslaugverhalten umweltrelevanter Parameter Einfluss der Randbedingungen 2

Einleitung Gesetz zur Förderung der Kreislaufwirtschaft und Sicherung der umweltverträglichen

Erdbau und Oberbauschichten im Straßenbau Primärenergie-, Ressourcen- und Deponieraumschonung 3

durch Behandlung mit Portlandzement Behandlung mit Bindemittelgemischen bzw.

2 Einleitung Gesetz zur Förderung der Kreislaufwirtschaft und Sicherung der umweltverträglichen Beseitigung von Abfällen (KrW-/AbfG) Verwertung von schadstoffbelasteten Böden und Baustoffen für Erdbau und Oberbauschichten im Straßenbau Primärenergie-, Ressourcen- und Deponieraumschonung 3 Inhalt Einleitung Auslaugverhalten umweltrelevanter Parameter Änderungen des Auslaugverhaltens durch Behandlung mit Portlandzement Behandlung mit Bindemittelgemischen bzw. Zusatzstoffen Bindungsmechanismen Ergebnisse von stat. -Versuchen Ergebnisse von Langzeitstandtests Einfluss der Randbedingungen 4 2

3 Änderungen des Auslaugverhaltens durch Behandlung mit Portlandzement (Trogversuche) Parameter Boden HMVA RC = Leit fähigkeit - As (-) (-) Cd Cr + - (-) Parameter Boden HMVA RC Cu + (+) Hg (-) Mo Ni - + Pb Parameter Boden HMVA RC Sb = (+) (+) V - Zn - (-) Cl = = - SO 4 =: keine Veränderung zum ursprünglichen Material : Die Konzentrationen lagen vor und nach der Behandlung unter oder an Bestimmungsgrenze. + / -: Zu- bzw. Abnahme der Konzentration bis zu Faktor 5 oder Zu- bzw. Abnahme des -Werts um bis zu. + + / : Zu- bzw. Abnahme der Konzentration bis zu Faktor 50 oder Zu- bzw. Abnahme des -Werts um bis zu 2 usw. Quelle: Bialucha, R. et al. : Untersuchungen zur Übertragbarkeit der Ergebnisse verschiedener Auslaugverfahren im Hinblick auf bestehende Bewertungs maßstäbe, Schlussbericht, FE /2007/BGB, 2. November Behandlung mit Bindemittelgemischen () 450 As-Konzentration in mg/l Ref. 22g HüS + 22g FA +,3g Kalk 36g FA + 7,7g Kalk 44g HüS +,3g Kalk 44g HüS +,3g Kalk + 2,2g Ss 22g CEM I + 22g FA +,3g Kalk 22g CEM I + 22g HüS 44g CEM I Quelle: Akhter, H. ; Butler, L.G. ; Branz, S. ; Cartledge, F.K. ; Tittlebaum, M.E.: Immobilization of As, Cd, Cr and Pb-Containing Soils by using Cement or Pozzolanic Fixing Agents. - In: Journal of Hazardous Materials, 24 (990)

4 Behandlung mit Bindemittelgemischen (2) 500 Cr-Konzentration in mg/l Ref. 43g FA + 9g Kalk 26g CEM I + 26g FA +,5g Kalk 26g HüS + 26g FA +,5g Kalk 52g CEM I 49g HüS +,5g Kalk + 2,6g Ss 52g HüS +,5g Kalk 26g CEM I + 26g HüS Quelle: Akhter, H. ; Butler, L.G. ; Branz, S. ; Cartledge, F.K. ; Tittlebaum, M.E.: Immobilization of As, Cd, Cr and Pb-Containing Soils by using Cement or Pozzolanic Fixing Agents. - In: Journal of Hazardous Materials, 24 (990) Bindungsmechanismen Fällungsreaktion (z. B. als Hydroxid, Sulfat) Substitution in Hydratationsprodukten (z. B. Cd² + für Ca² +, Cr³ + für Al³ + ) Adsorption an Hydratationsprodukten 8 4

5 stat. -Versuche an unbehandelten Materialien amphoter: Arsen, Blei, Bor, Cadmium, Chrom, Kobalt, Kupfer, Nickel, Selen, Vanadium, Zink unabhängig vom -Wert: Chlorid, Sulfat keine eindeutlige Zuordnung: Antimon, Barium, Fluorid, Molybdän, Quecksilber, Thallium 9 stat. -Versuche an unbehandelten Materialien (Bsp. Kupfer) 0 Cu-Konzentration in mg/l EU Boden 4 EU Boden 5 Hamburg Hafensediment S6 Hamburg Hafensediment S4 Flusssediment Lis2 EU Flusssediment Rhine EU 0, 0,0 0, gebrochen (Korngröße < 2 mm) Quelle: Leaching expert System. Adresse: 0 5

6 stat. -Versuche an Zementmörteln (Bsp. Kupfer) 0 Cu-Konzentration in mg/l CEM II/B NL CEM II/B Braz CEM II/B Chile CEM III/B NL CEM V/A F 0, 0,0 0, gebrochen (Korngröße < 2 mm) Quelle: Leaching expert System. Adresse: stat. -Versuche an Zementmörteln und verfestigten Abfällen 0 Ba-Konzentration in mg/l Ba-Konzentration in mg/l , CEM II/B NL CEM II/B Braz CEM II/B Chile CEM III/B NL CEM V/A F 0, V-Konzentration in mg/l 0,0 0,00 verfestigter Abfall NL verfestigter Abfall 2 NL V-Konzentration in mg/l verfestigter Abfall NL verfestigter Abfall 2 NL 0, 0, 0,0 CEM I H3 B Mörtel CEM I N N Mörtel CEM I B Mörtel CEM I Can Mörtel CEM I F Mörtel CEM I JP Mörtel 0, Quelle: Leaching expert System. Adresse: 0,0 0,

7 Freisetzungsrate von Langzeitstandtests,0E-03 Freisetzungsrate von Zn in mg/(m² s),0e-04,0e-05,0e-06,0e-07 0, 0 00 Zeit in Tagen Mörtel CEM II/B Mörtel PCA NL Beton mit CEM I Beton mit CEM III verfestigter Abfall verfestigter Abfall 2 Steigung=-0.5 Quelle: Leaching expert System. Adresse: 3 Inhalt Einleitung Auslaugverhalten umweltrelevanter Parameter Einfluss der Randbedingungen Einfluss der Permeabilität Einfluss der Beschaffenheit des Eluents Einfluss des Wasser/Feststoff-Verhältnisses Einfluss der Umgebungsbedingungen 4 7

8 Einfluss der Permeabilität Freisetzung von Chrom in % (log. Maßstab) 0, Zementgehalt in Gew.-% 6 7,5 9 Vorlagerung 7 in d: 28 0,0 0,00 Chrom 0, Durchlässigkeitsbeiwert k in m/s (log. Maßstab) Quelle: Sprung,S.; DAfStb-Fachgespräch: Einbinden von Schadstoffen in Beton. Berlin: Deutscher Ausschuss für Stahlbeton, 988. Vortrag gehalten auf dem 4. DAfStb-Fachgespräch am in Mühlheim/Main Lämmerspiel/Kurzfassung, 6 Seiten 5 Einfluss der Beschaffenheit des Eluents Quelle: Sprung, S. ; Rechenberg, W.: Einbindung von Schwermetallen in Sekundaerstoffen durch Verfestigen mit Zement. In: Beton 38 (988), Nr. 5, S

9 Einfluss des Wasser/Feststoff-Verhältnisses Variationskoeffizient Konzentration von Chrom in mg/l Quelle: Sloot van der, H.A. ; Hoede, D. ; Rietra, R.P.J.J. ; ECN ; ET AL: Environmental Criteria for Cement Based Products : ECRICEM. Phase I: Ordinary Portland Cements. Petten : Energy Research Centre of the Netherlands, 200. Forschungsbericht Nr. ECN-C Einfluss der Umgebungsbedingungen Randbedingungen -Wert Redoxpotential Beschaffenheit Bindungsform physikalische / chemische Eigenschaften Karbonatisierung Absenkung des -Werts, Reaktion Zutritt von sauren Wasser Absenkung des -Werts, Reaktion hohe Sulfatkonzentration Schädigung der Bindemittelmatrix Feucht-Trocken-Zyklen Anreicherung an der Oberfläche Jahreszeitliche Schwankungen Hohe Konzentrationen im Sickerwasser im Sommer 8 9

10 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Wir suchen einen mit Kalk behandelten Boden mindestens 0 Jahre alt gut dokumentiert durchsickerbar bzw. ohne Deckschicht Institut für Bauforschung RWTH Aachen Xiaochen Lin Tel: lin@ibac.rwth-aachen.de 9 0

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