Uszczelnienia asfaltowe w budowie składowisk odpadów

W zaleceniach dyrektywy UE 1999/31/EC dotyczących budowy naziemnych składowisk odpadów ustala się konieczność stosowania uszczelnień podwójnych, wykonywanych z nieprzepuszczalnych folii geomembranowych PE-HD układanych na warstwie gliny. Przepisy dopuszczają jednak stosowanie innych, alternatywnych wobec folii PE-HD materiałów, jeżeli zapewniają one równoważną skuteczność powierzchniowego uszczelniania. Takiego właśnie materiału poszukiwano.

Po wieloletnich badaniach polowych i laboratoryjnych, prowadzanych głównie w Szwajcarii i Niemczech, ustalono, że równoważnymi materiałami w stosunku do folii PE-HD są odpowiednio modyfikowane mieszanki mineralno- asfaltowe, zbliżone pod względem składu do asfaltobetonów stosowanych w budowie nawierzchni lotnisk i dróg. Parametry fizykochemiczne wraz z wytycznymi dotyczącymi stosowania takich mieszanek przeznaczonych do uszczelnień powierzchniowych, a także jako warstwy nośne stanowiące podłoże uszczelnień powierzchniowych, zawarte są w niemieckiej aprobacie technicznej wydanej przez Deutches Institut für Bautechnik [1]. Wcześniej analogiczne wytyczne budowy uszczelnień podłoża i skarp składowisk odpadów wydano w Szwajcarii, gdzie w 1986 r. zrealizowano pierwsze w Europie składowiska z uszczelnieniami asfaltowymi [2].

Charakterystyka warstw asfaltowych

Nawierzchnie asfaltowe przeznaczone do uszczelniania podłoża i skarp niecki składowiska odpadów (fot. 1) charakteryzują się następującymi właściwościami eksploatacyjnymi i budowlanymi:

• bitumiczno-mineralne mieszanki asfaltowe są bezwonne i neutralne smakowo wobec wody,
• asfalt jest odporny na agresywne oddziaływanie substancji wymywanych z odpadów,
• asfaltowe warstwy nawierzchniowe skarp wykazują dużą wytrzymałość na parcie gruntu budowlanego, nawet przy znacznych pochyleniach (rzędu 1:1,5), na zboczach podłoża składowisk,
• skuteczność uszczelniania podłoża nawierzchniami asfaltowymi, określona współczynnikiem wodoprzepuszczalności, wynosi od 7×10–11 m/s do 1,0×10–13 m/s [3],
• asfaltowe nawierzchnie składowisk wykonywane z mieszanek bitumicznych wypełnianych mączką kamienną o uziarnieniu 0,09 mm są wysoce podatne na zagęszczanie mechaniczne, pozwalają osiągnąć 103% w skali Proctora,
• podkładowe asfaltowe warstwy nośne uzyskują duży moduł sprężystości podporowej, wynoszący od 25 do 120 MN/m².

Skład i rodzaje mieszanek asfaltowych stosowanych w budowie nawierzchni nośnych i uszczelniających przedstawiono w tabeli 1.

Poniżej, na podstawie opracowań [1, 2 i 3], scharakteryzowano właściwości fizykochemiczne mieszanek asfaltowych.

Szczelność na konwekcyjne i dyfuzyjne przenikanie gazów „wysypiskowych”

W dobrze zagęszczonym asfaltobetonie uszczelniającym przestrzeń porowa jest mniejsza o 3% objętości, co wyklucza konwekcyjne i dyfuzyjne przenikanie substancji gazowych i wody. Jedynie na spojeniach niektórych pasów nawierzchni może dochodzić do minimalnego (dopuszczalnego) dyfundowania gazów.

Odporność na reakcje chemiczne

Nawierzchnie modyfikowanych mieszanek asfaltowych są odporne na korozyjne oddziaływanie zanieczyszczonych kwaśnych i alkalicznych odcieków wymywanych z odpadów. Stopień odporności chemicznej uszczelniających warstw asfaltowych porównywalny jest z odpornością geomembran PE-HD. Wskaźniki odporności na reakcje chemiczne podane zostały w tabeli 2.

Podatność na odkształcenia

Asfaltowe nawierzchnie uszczelniające skarpy wierzchowin zapełnianych składowisk odpadów komunalnych wykazują duży moduł sprężystości, są więc zdolne do przenoszenia punktowych odkształceń postaciowych wywoływanych osiadaniem złoża odpadów. Moduł sprężystości zagęszczonej nawierzchni asfaltowej wynosi ok. 120 MN/m2, podczas gdy moduł zagęszczonej warstwy wyrównującej wierzchowinę odpadów wynosi 30 MN/m2 (rys. 3). Tak więc parametry dopuszczalnej odkształcalności asfaltobetonów są dostosowane do wymagań budowlanych i ekologicznych składowiska.

Odporność na temperaturę

Powstające w składowiskach odpadów komunalnych temperatury wahają się pomiędzy 20 a 45°C, są więc zbliżone do średniorocznych temperatur atmosferycznych. W wytycznych budowy nawierzchni asfaltowych przyjmuje się, że oddziaływanie temperatury do 55°C nie powoduje rozszczepiających pęknięć nawierzchni stosowanych do uszczelnień wielkopowierzchniowych. Wymaga się równocześnie, by mineralne podłoża stanowiące warstwę podporową nawierzchni asfaltowych były mrozoodporne, gdyż w okresach zimowych tak wykonane warstwy podkładowe zabezpieczają uszczelnienia asfaltowe przed pęknięciami.

Technika i urządzenia do prowadzenia robót asfaltowych

Technika wykonania uszczelnień bitumicznych wymaga szczególnej staranności i jakości układania nawierzchni asfaltowych. Doświadczenia ze Szwajcarii, gdzie zostało wykonanych najwięcej w Europie uszczelnień asfaltowych składowisk odpadów, nie dają się porównać z typowymi pracami polegającymi na układaniu asfaltów drogowych.

Uszczelnienia asfaltowe składowisk powinny być wykonywane wyłącznie przez doświadczone firmy specjalistyczne. Dotyczy to w szczególności kontrolowania składów modyfikowanych mieszanek asfaltowych układanych na gorąco w zmiennych warunkach klimatycznych. Warstwy noś ne i warstwy uszczelnień powinny być nakładane kolejno, tak jak to przedstawiają rys. 1, 2, 3, 4. Wartości określone na rysunkach wynikają z niemieckich wytycznych budowy nawierzchni asfaltowych w składowiskach odpadów.

Do wykonania nawierzchni asfaltowo-betonowych niezbędne są następujące urządzenia:

• kotły do przetapiania asfaltu lub specjalistyczne podgrzewane cysterny samochodowe, dostarczające zamówioną mieszankę bitumiczno-mineralną na budowę składowiska,
• otaczarki do wytwarzania wsadu masy bitumicznej,
• urządzenia do nagrzewania spoiwa bitumicznego,
• rozkładarki masy bitumicznej (równą warstwą na budowanej nawierzchni),
• walce wibracyjne do wstępnego zagęszczania nawierzchni asfaltowej za układarką,
• walce cylindryczne do końcowego wygładzania nawierzchni.

Podczas prac należy zwracać szczególną uwagę na to, aby pola asfaltowe nakładanych warstw uszczelniania powierzchniowego były przesuwane względem siebie, by spoiny poszczególnych warstw nie leżały jedna nad drugą.

Na fot. 2, 3 i 4 pokazano maszyny i urządzenia zastosowane przy budowie nawierzchni asfaltowych skarp na nowoczesnych składowiskach odpadów.

Uwagi końcowe

Nawierzchniowe warstwy asfaltowe składowisk odpadów coraz częściej zastępują folie geomembranowe PE-HD. Uszczelnienia asfaltowe odznaczają się bardzo małym współczynnikiem wodoprzepuszczalności (K = 0). Zwarta konsystencja asfaltobetonu dostosowana jest do wymagań wynikających z eksploatacji składowiska. Skarpy wierzchowin składowisk rekultywowanych uszczelniane i wzmacniane modyfikowanymi mieszankami asfaltowymi wykazują bardzo dobrą nośność drogową, dzięki czemu mogą być wykorzystywane do ruchu pojazdów w okresie budowy oraz do porekultywacyjnych funkcji użytkowych.

W czasie budowy takich nawierzchni bezwzględnie należy przestrzegać wytycznych wynikających z planu zapewnienia jakości – projektu budowlano-wykonawczego. Odrębność budowy nawierzchni asfaltowych na podłożach i skarpach składowisk w zakresie jakości i wydajności układania, zagęszczania i wygładzania nawierzchni powinna być zawsze dokładnie skalkulowana. Ma to na celu wyeliminowanie późniejszych zmian w kosztorysie budowy.

Budowanie stromych skarp z nawierzchniami asfaltowymi o pochyleniu 1:1,5 dostosowane jest do wymagań statycznych korpusu składowiska. Umożliwia uzyskiwanie większej pojemności użytkowej składowiska przy równoczesnych oszczędnościach kosztów robót budowlanych.

Literatura

1. „Deponieasphalt für Deponieabdichtungen der Deponieklass II”, Deutsches Institut für Bautechnik, Berlin 1996.
2. „Bitumnöse Deponie Abdichtungen”, Walo Bertschinger AG, Zürich 1999.
3. H. Steffen, I. Schiffer, „Asphaltabdichtungen im Deponiebau”, „Abfüllwirtschaft Journal” nr 4/1997.
4. P. Schellenberg, „Asphaltabdichtungen – Besonderheiten bei Ausschreibung und Qualitätssicherung in der Praxis, ausgeführte Oberflächenabdichttungen”, Zeitgemäße Deponietechnik 2000, Vertieferseminar – Stuttgart.
5. „Asfalt modyfikowany elastomerem: Elastofalt – 50”, Aprobata Techniczna IBDiM Nr AT/96- -03-0035.
6. S. Stępniak, „Uszczelnienia naziemnych zbiorników wodnych i magazynów kwasów przemysłowych geomembranami PE-HD”, IZOLACJE nr 7/8/2008, s. 48–51.

STYCZEŃ 2009

Chcesz być na bieżąco? Zapisz się do naszego newslettera!