2 Levensduur bepalende factoren
2.1.3 Samenvatting, discussie en conclusies (literatuuronderzoek)
Na het aanbrengen van de bovenafdichting op afvalstorten kunnen diverse processen in het afval nadelig werken op de kwaliteit van de minerale afdichtingslaag. Deze processen betreffen enerzijds zetting en afbraak van het afval waardoor de laagdikte van het afval afneemt en de temperatuur van het afval gedurende een bepaalde periode verhoogd kan zijn, anderzijds fysisch-chemische interacties tussen afval, steunlaag en de afdichtingslaag.
De afname van de laagdikte van het afval is in het algemeen evenredig met de laagdikte en de samenstelling van het oorspronkelijk gestort afval. Afhankelijk van de heterogeniteit van het afval en de mate van voorverdichting, kan de hoogteafname van het gestort afval sterk uiteenlopen en spreekt men van ongelijkmatige zettingen. Het oppervlak van de afdichtingslaag kan daardoor zowel toe- als afnemen. Bij regelmatige, maar niet gelijkmatige zetting komt alleen oppervlakteafname voor die met stuik wordt aangeduid en binnen zekere grenzen (oppervlakte afname <4%) geen nadelige gevolgen heeft voor de afdichtende werking van de afdichtingslaag. Bij ongelijkmatige zetting kan daarentegen ook oppervlaktetoename voorkomen. Deze wordt aangeduid met rek. Van bentonietmatten, zand-bentoniet, Trisoplast en Hydrostab is aangetoond dat ze rek tot 10% kan ondergaan zonder noemenswaardig functieverlies. Die eigenschap bezitten deze materialen in zowel verzadigde toestand als onverzadigde toestand. Omtrent het gedrag van zand-bentoniet bestaat in dit verband nog onzekerheid omdat de gevolgen van rek in onverzadigde toestand niet zijn gemeten. Aangenomen wordt dat scheurvorming bij rek in onverzadigde toestand eerder optreedt dan in verzadigde toestand. Een grootschalig Duits model onderzoek (Edelman, 2000) laat zien dat in natuurlijke klei al bij geringe rek (< 1%) plaatselijk scheuren ontstaan die een aanzienlijke lek tot gevolg heeft. Overigens moet worden opgemerkt, dat bij die proef geen bovenbelasting was aangebracht zoals in de praktijk wel het geval is. De conclusies ten aanzien van natuurlijke klei hebben dus een beperkte geldigheid.
De invloed van temperatuur(s variatie) op de afdichtende functie betreft een (normale, maar geen blijvende) beïnvloeding van de viscositeit van het water of percolaat, waardoor de doorlatendheid van de afdichtingslaag indirect afhangt van de temperatuur. De temperatuur in de afdichtingslaag varieert jaarlijks tussen 5 en 20 graden, maar toont geen dag- en nacht ritme. De daarmee samenhangende variatie in de doorlatendheid bedraagt +/- 15%. Deze temperatuursschommeling is overigens niet levensduur bepalend.
Temperatuursveranderingen gaan gepaard met een temperatuursgradiënt, die de drijvende kracht is voor (zeer langzaam) transport van water en waterdamp daardoor verandering van het vochtgehalte in de afdichtingslaag veroorzaakt. Deze verandering is bij afwezigheid van een verhoogde temperatuur in het afval ook op de lange termijn verwaarloosbaar (minder dan 2% afname in 100 jaar). Is daarentegen de temperatuur in het afval wel verhoogd, dan neemt het vochtgehalte in de afdichtingslaag na de aanleg significant toe. Veldonderzoek heeft laten zien dat het vochtgehalte van afdichtingslagen in de teen van afvalstorten na aanleg toeneemt,
hetgeen moet worden toegeschreven aan indringend percolaat in de afdichtingslaag. Aangezien de functionaliteit van Hydrostab aangetast kan worden door aanzienlijk vochtverlies, mag op grond van metingen en berekeningen worden aangenomen dat dit materiaal duurzaam is.
Bij daling van de temperatuur in de afdichtingslaag onder het vriespunt vormen zich onder bepaalde condities ijslenzen(vorstheffing). Daardoor kan de pakkingsdichtheid afnemen. Van zand-bentoniet afdichtingen is experimenteel aangetoond dat de doorlatendheid na vorst-dooi cyclus aanzienlijk toeneemt, maar dat binnen een week geen effect meer was te bespeuren als gevolg van (her)consolidatie. Diverse literatuurbronnen bevestigen dat bevriezing vrijwel geen effect heeft op de door- latendheid van afdichtingslagen. Onder Nederlandse omstandigheden is bevriezing van de afdichtingslaag niet waarschijnlijk omdat de afdichtingslagen minstens op 1 m onder maaiveld liggen het vorstfront zelden tot meer dan 1 m diepte in de bodem dringt.
Afdichtingslagen worden in het algemeen onder een folie en op steunlagen aangebracht. Bentonietmatten legt men daarentegen vaak op de folie en onder de drainagelaag. De chemische samenstelling van de afdichtingslaag en de laag waarmee deze in direct contact staat verschilt doorgaans, waardoor uitwisseling van opgeloste stoffen tussen beide lagen zal optreden. Dit stoffentransport wordt aanvankelijk veroorzaakt door een herverdeling van vocht in beide lagen tot een thermo- dynamisch evenwicht is bereikt en daarna door moleculaire diffusie in de waterfase tot het moment waarop geen concentratiegradiënten meer aanwezig zijn. Tijdens dit transport vindt ook uitwisseling plaats tussen stoffen in oplossing tegen stoffen die aan de minerale bestanddelen zijn geadsorbeerd. De theoretische benadering van het transportmechanisme, chemische evenwichtsreacties in het bodemvocht en de adsorptie-desoptieprocessen zijn in aanhangsel 2 beschreven.
Het zwelvermogen van kleimineralen bepaalt de afdichtende werking van de materialen bentonietmatten, zand-bentoniet, Trisoplast en natuurlijke klei. Dit zwelvermogen is evenredig met de dikte van de diëlectrische dubbellaag van kleimineralen en wordt beïnvloed door de verhouding tussen een- en meerwaardige kationen (positief geladen ionen) aan het kleicomplex en de diëlectrische constante van de vloeistof waarmee de mineralen zijn omgeven. De ion-verhouding aan het adsorptiecomplex hangt samen met de verhouding in de opgeloste fase. Een theoretische benadering voor de berekening van de dikte van de dubbellaag in relatie tot de vloeistofsamenstelling is in aanhangsel 1 gegeven. Ook is daarin de samenhang beschreven tussen die dikte en de doorlatendheid.
Uit het literatuuronderzoek is gebleken dat de doorlatendheid van zand-bentoniet nauwelijks verandert als de fractie natrium aan het adsorptiecomplex daalt van 100 tot ca 35%, maar juist zeer sterk toeneemt als dit percentage daalt. Dit omslagpunt komt min of meer overeen met een verhouding tussen de concentraties (eq/l) van een- en tweewaardige ionen in de bodemoplossing van 1:1. Veldonderzoek van de doorlatendheid van zand-bentoniet in een constructie zonder folie heeft aangetoond dat 7 jaar na eenleg de doorlatendheid (nog) niet significant is veranderd.
Afdichtingsmaterialen waarvan de afdichtende werking op waterglasgelvorming berust, zijn gevoelig zijn voor vochtverlies. Het vochtverlies in lagen onder een folie blijft overigens zeer beperkt. Hydrostab wordt daarom als duurzaam beoordeeld, mede doordat Hydrostab daarnaast alzijdige rek tot 10% verdraagt zonder noemenswaardige functieverlies.
Geconcludeerd kan worden dat ongelijkmatige zetting van het afvallichaam, fluctuaties in de temperatuur, bevriezing, vochtverandering, transport en uitwisseling van opgeloste stoffen tegen geadsorbeerde stoffen aan kleimineralen, externe factoren zijn die in principe van invloed kunnen zijn op de functionele levensduur van afdichtingslagen. Uit literatuuronderzoek blijkt dat voornamelijk de uitwisseling van eenwaardige ionen tegen meerwaardige ionen aan kleimineralen bij overschrijding van zekere grenzen grote nadelige effecten heeft op de doorlatendheid. Die effecten kunnen met de theoretische benaderingen worden gekwantificeerd en kunnen voorspellingen worden gedaan omtrent de functionele levensduur van kleihoudende minerale afdichtingen in relatie tot de aard van de lagen waarmee de afdichtingslagen in contact staan.