Richtlijn herstel en beheer (water)bodemkwaliteit

Isolatie, bovenafdichting met zand-bentoniet, het principe van de techniek

De afsluitende laag wordt gecreëerd door menging van zand met bentoniet en verdichting (zoek ook op uitvoeringsvormen afdichtende laag, zand-bentoniet). Het percentage bentoniet dat moet worden toegevoegd is afhankelijk van het poriënvolume van het basismateriaal (het zand) en ligt in de orde van 5-10%. Daarbij is 5% veelal onvoldoende voor een goede afdichtende constructie. Het percentage voor een afdichtende constructie die voldoende af zal dichten zal veelal zo’n 8% bedragen. Bij lagere percentages is een kritische beschouwing vereist van het ontwerp van de constructie (zie literatuurverwijzing 12).

Het noodzakelijke bentonietgehalte wordt bepaald door de vereiste doorlatendheid, de eigenschappen van het zand, de kwaliteit van het bentoniet, de verwerkingsmethode en eventueel de vereiste levensduur. Door CUR wordt aanbevolen het (theoretisch) noodzakelijke bentonietgehalte volgens een gestandaardiseerde proef vast te stellen (literatuurverwijzing 10). De maximaal toelaatbare k-waarde van 10-10 m/s (bij een verhang van 15) wordt hierbij als uitgangspunt aangenomen.

Door regenwater dat door de gebruikslaag percoleert kan het bentoniet een deel van de geadsorbeerde Na+-ionen verliezen. Hierdoor neemt het zwelvermogen met de tijd af. Bij contact met zure percolaten zijn Ca-bentonieten stabieler. Het Ca2+-ion wisselt in het algemeen ook minder snel uit dan het Na+-ion. De zwellingsgraad van Ca-bentoniet is echter minder dan die van Na-bentoniet. Na-bentoniet zwelt circa 5 x meer dan Ca-bentoniet. Dit kan ondervangen worden door toepassing van hogere bentoniet-concentraties (zie literatuurverwijzing 9).

De zandkorrels vormen het 'skelet' van de afdichtingslaag. Om zand-bentoniet goed te kunnen verdichten is een stabiele steunlaag noodzakelijk. Dit is te bereiken door de ondergrond te verdichten of, als de ondergrond zich hier niet toe leent, een draagkrachtige laag aan te brengen die wel verdicht kan worden. Als ook dit niet mogelijk is, kan met een hoger bentonietgehalte toch aan het ontwerpcriterium worden voldaan.

Door het zand een optimale korrelverdeling te geven kan de porositeit worden verlaagd. De samenstelling van dat zand benaderd dan de 'Fuller-kromme'. In de poriën van grotere korrels passen kleinere korrels en tussen deze kleinere korrels bevinden zich nog kleinere korrels. Voorbeelden van dit soort mengsels van zand en bentoniet zijn het Dywidag-mengsel en Wülfralit. Wülfralit bestaat uit een mengsel van gebroken kalksteen (met vaste korrelverdeling) waaraan een vulstof is toegevoegd om het percentage fijne deeltjes te vergroten. Hieraan wordt verder bentoniet toegevoegd. Om met dit granulaire materiaal een doorlaatfactor van 1 x 10-9 m/s te bereiken is toevoeging van 3% bentoniet noodzakelijk. Na het toevoegen van water wordt het materiaal aangebracht en verdicht. Het Dywidag-mengsel is (in Duitsland) toegepast in vloeistofdichte lagen onder de bestrating van benzinestations.

Uit waterbalansstudies in het veld is gebleken is dat de lekkage door bentoniet-liners over een periode van 2 jaar vrijwel verwaarloosbaar is. Het optreden van scheurvorming in bovenafdichtingslagen van natuurlijke materialen kan echter tot een relatief grote lekkage leiden. Direct contact tussen plantenwortels en kleiafdichting leidt tot uitdroging van de klei. Van groot belang is ook de kwaliteit van de uitvoering bij het aanbrengen van de laag. Deze bepaalt in belangrijke mate de uiteindelijke doorlatendheid. In een later stadium optredende scheurvorming kan bijvoorbeeld zijn oorsprong hebben in een onvoldoende verdichting van de afzonderlijke lagen. Uit onderzoek is gebleken dat de mate van optreden van scheurvorming die is ontstaan door uitdroging afhankelijk is van het vochtgehalte bij de verdichting. Als de klei vóór verdichting verzadigd wordt met water neemt de kans op scheurvorming bij een relatieve uitdroging (lager dan het vochtgehalte bij compactie) toe. Uit onderzoek bij toepassingen in snelwegconstructies op AVI-bodemas is gebleken dat het zand-bentonietmengsel na verloop van jaren sterk kan degenereren.

In onderstaande figuur wordt het verband tussen het initieel watergehalte (bij verdichting) en doorlatendheid weergegeven voor een zwak zandige bodem met 0,5% bentoniet. Het belang van een juist watergehalte bij de verdichting is evident.

(zie literatuurverwijzing 44).

Om een extra zekerheid te verkrijgen kan de zand-bentonietlaag in combinatie met een kunststoffolie worden aangebracht. De voorkeur gaat uit naar een folie op de zand-bentonietlaag in plaats van eronder (zoek ook op uitvoeringsvormen afdichtende laag, combinatie-afdichtingslagen).