Richtlijn herstel en beheer (water)bodemkwaliteit

Isolatie, materialen voor diepwandconstructies, eigenschappen en processen

Processen

Als aan bentoniet water wordt toegevoegd zwelt dit kleimineraal. Dit zwelproces vindt zijn oorsprong in de eigenschap dat de aan het oppervlak van het kleimineraal geadsorbeerde Ca- en Na-ionen zich met waterlaagjes omhullen waardoor ze groter worden en elkaar gaan afstoten. Door deze onderlinge afstoting en de vorm van de kleimineralen heeft de structuur van de suspensie het karakter van een kaartenhuis. Deze tamelijk stabiele structuur zorgt ervoor dat de kleideeltjes niet uitzakken. De bentoniet-suspensie kan als steunvloeistof gebruikt worden om de diepwandsleuf tijdens het graven stabiel te houden.

Aan de suspensie kunnen stoffen worden toegevoegd zonder dat ze uitzakken. Als aan de bentoniet-suspensie cement wordt toegevoegd reageren de in het cement aanwezige mineralen met elkaar (hydrateren) en vormen silicaten van calcium en aluminium. De uitharding van dit mengsel, dat normaal binnen enige uren plaatsvindt, kan door toevoeging van vertragers als (ferro-chroom)lignosulfaat tot meer dan 8 uur worden vertraagd. In onderstaand figuur is schematisch het model weergegeven dat de vorming van de microstructuur van cement-bentoniet weergeeft.

Het in de figuur weergegeven calciumsilicaathydraat (CSH) is een neerslag (in de vorm van een semi-kristallijne gel) gevormd uit calcium- en silicaationen die vrijkomen bij de hydratatie van cementdeeltjes. De CSH-gel slaat neer op de bentonietdeeltjes, bedekt deze en lijmt ze aan elkaar waarbij de oorspronkelijke structuur behouden blijft en een relatief sterk bouwsel ontstaat. Bij verdergaande hydratatie van het cement worden de holle ruimten in steeds grotere mate gevuld.

In plastisch beton is aan het cement-bentonietmengsel zodanig veel vulmiddel toegevoegd dat het percentage vaste stof toeneemt tot 1.800- 2.000 kg/m3. Het vulmiddel verlaagt de doorlatendheid en verhoogt de sterkte van de diepwand. De lage doorlatendheid van de diepwand is het gevolg van het lage poriëngehalte. De ‘filtercake’, die aan de binnen- en buitenkant van de wand ontstaat doordat de verse suspensie in de bodem dringt, draagt bij aan het waterremmende vermogen van de wand.

In het beperken van het stoftransport door de wand speelt de adsorptie van verontreinigende stoffen (bijvoorbeeld zware metalen) aan bentoniet een rol. Er zijn mengsels op de markt waarin deze adsorptie- eigenschap is versterkt door het gebruik van speciaal hiertoe geactiveerde bentonietsoorten. De adsorptie van organische stoffen zou kunnen worden verhoogd als organische stof aan het mengsel wordt toegevoegd. Er zijn gemodificeerde bentonieten in de handel die organische oplosmiddelen zoals chloorfenolen kunnen adsorberen.

De adsorptie vertraagt echter hoogstens de verspreiding van schadelijke stoffen maar voorkomt deze niet als de adsorptiecapaciteit van de wand lager is dan de te verwachten emissie van de bewuste stof.

Een mechanisme dat wel bijdraagt aan de emissiereductie is het neerslaan van metalen als gevolg van de hoge pH in de diepwand. In door Grondmechanica Delft uitgevoerde bakexperimenten is gebleken dat een pH-gradiënt op enige afstand van de cement-bentonietwand kan ontstaan. De wand functioneert dus bovendien als een (weliswaar tijdelijke) barrière voor metalen.

In literatuurverwijzing 5 en 6 worden de resultaten besproken van een onderzoek waarin de rol van verschillende fysische/chemische en biologische processen in de beperking/vertraging in de verspreiding van verontreinigende stoffen is onderzocht.