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Märkte und Einsatzgebiete vonGeotextilien aus synthetischen
Fasern und Naturfasern
Dipl.-Ing. Elke Schmalz; Dr.-Ing. Peter Böttcher
Sächsisches Textilforschungsinstitut e. V.
Geo- und Agrartextilien aus Hanffasern- Märkte & Ökonomie
Geo- und Agrartextilien aus Hanffasern- Märkte & Ökonomie
Inhalt des VortragesInhalt des Vortrages
1 Einleitung
2 Markttendenzen
3 Geotextilien aus einheimischen Naturfasern3.1 Herstellungsverfahren3.2 Fasereigenschaften3.3 Erzeugniseigenschaften in Abhängigkeit von der
Fertigungstechnologie3.4 Produktbeispiele
Geotextil Geomembran(Folie)
Geogitter(Netz, Grid)
Geocomposite
Geokunststoff
•Geokunststoffe sind Bauzusatzstoffe.
• Sie unterscheiden sich vom traditionellen Baustoff der Geotechnik - dem Lockergestein-
durch: Strukturspezifische Eigenschaftenkonstruktive Wirkungen
• Einteilung der Geokunststoffe:
GeotextilienGeotextilien
Einordnung der Geotextilien Einordnung der Geotextilien in die in die BaustoffeBaustoffe
GeotextilienGeotextilien
Eigenschaften von GeokunststoffenEigenschaften von Geokunststoffen
Art des Durchlässigkeit Festigkeit Flexibilität Oberflächen-Geo-
kunststoffsin senkrecht
zurglätte
KunststoffebeneGeotextilie + + + + -
Geomembran - - = = +Geogitter + - + - =
Geocomposite - + + - =+ hoch = mittel - gering
GeotextilienGeotextilien
Definition Definition der Geotextiliender Geotextilien
• Geotextilien sind textile Strukturen in Form von:Geweben,Maschenstoffen,Vliesstoffen,FädenFasern,Schnitzel.
• Der Einsatz erfolgt in verschiedenen Bereichen des Erdeinbaus.
• Funktionen: Trennen,Bewehren,Schützen,Filtern,Dränen
GeotextilienGeotextilien
Rohstoffe für GeotextilienRohstoffe für Geotextilien
• im allgemeinen Erdbau- Böschungs- und Erosionsschutz- Sanierung von Skipisten und Hängen- Trägermaterial für Rollrasen und Begrünungsmatten
Aufgabe: - Stabilisieren der Erdstoffoberfläche,- Ableiten von starken Niederschlagswässern
• im naturnahen Gewässerbau Aufgabe: - Pflanzenträger
- Filtermaterial
• Hauptrohstoff für Geotextilien ist mit 85 % Polypropylen.• Als natürliche Rohstoffe stehen Flachs, Hanf, Kokos, Jute, Ramie zur Verfügung.
Potentielle Einsatzgebiete sind:
GeotextilienGeotextilien
Gründe für Gründe für den den Einsatz von GeotextilienEinsatz von Geotextilien
• Einsparung natürlicher Ressourcen
• Geringer Bodenaustausch
• Einsparung von Deponiekapazität
• Geringer Transportaufwand
• kostengünstige Bauweisen
GeotextilienGeotextilien
Historische Entwicklung von GeotextilienHistorische Entwicklung von Geotextilien1926 Einsatz von Baumwollgeweben zur Zusatzverfestigung von
Gehwegen in den USA
1957 Einsatz von Sandsäcken aus PA-Geweben zur Deichbefestigung inHolland
1960 Einsatz von Nadelvliesstoffen zur Flächenstabilisierung vonBitumen-Deckschichten im Straßenbau der USA
1981 Feststellung von Prof. Giroud leitete eine der wichtigsten Veränd-erungen in der Geschichte des geotechnischen Ingenieurwesens ein„Geotextilien weisen die Durchlässigkeit von Sand und dieZugfestigkeit von Stahl auf.“„Haltung der Bauingenieure hat sich verändert, da Geotextilienprogressiv alle Branchen des Bauwesens durchdrungen haben.“
GeotextilienGeotextilien
Einsatzentwicklung von GeotextilienEinsatzentwicklung von Geotextilien
• Einsatz von Textilien, die für andere Anwendungen produziert wurden.
• Direkte Produktion von Geotextilien; wenige Standardsortimente mit hohem Produktionsumfang
• Funktionsgerechte Entwicklung und Produktion von Geotextilien mit speziellen Funktionseigenschaften.
GeotextilienGeotextilien
Einsatz von Geotextilien Einsatz von Geotextilien in in Millionen Millionen m²m²
Jahr Amerika Europa Asien, Afrika,Ozeanien
davonDeutschland
1970198019901998
8 75300502
2 44180378
5085
- 5 80101
Bis 2010 wird bei Geotextilien mit weiteren Wachstumsraten von 8 % gerechnet.
GeotextilienGeotextilien
Bedeutung der einzelnen Anwendungsbereiche Bedeutung der einzelnen Anwendungsbereiche in in Europa Europa (1995)(1995)
35%
25%
25%
10% 5%
TrennenDränenErosionsschutzVerstärken/SchützenSonstige
Als Trennschicht verhindernGeotextilien die Vermischungbenachbarter Bodenarten oderFüllmaterialien untereinander.
Beim Bewehren werden unter oderzwischen Bodenschichten Geokunststoffezur Aufnahme von Zugkräften eingebaut,um die mechanischen Eigenschaften vonBodenschichten zu verbessern.
GeotextilienGeotextilien
Anwendung und FunktionAnwendung und Funktion
Quelle: http://www.ivgeokunststoffe.com/anwend1.htm
GeotextilienGeotextilien
Anwendung und FunktionAnwendung und Funktion
Schützen ist das Begrenzen oder Verhin-dern einer örtlichen Beschädigung einesgeotechnischen Systems mit Hilfe einesGeotextils.
Als Filter halten Geotextilien Boden-bestandteile oder andere Partikelzurück, während der Durchfluß vonFlüssigkeiten senkrecht zur Filterebeneermöglicht wird.
Quelle: http://www.ivgeokunststoffe.com/anwend1.htm
Die Dichtung ist von wesentlicherBedeutung im Hinblick auf den Umwelt-und Grundwasserschutz für dieGebrauchsfähigkeit und die Lebensdauervon Bauwerken.
Dränen ist die flächige Fassung vonNiederschlag, Grundwasser und anderenFlüssigkeiten oder Gasen und ihreWeiterleitung in der Ebene des Geotextils.
GeotextilienGeotextilien
Anwendung und FunktionAnwendung und Funktion
Quelle: http://www.ivgeokunststoffe.com/anwend1.htm
GeotextilienGeotextilien
Anwendung und FunktionAnwendung und Funktion
Verpacken (in der Geotechnik und im Wasser-bau) ist der Einsatz von Geokunststoffen, beidenen Baustoffe - vornehmlich Erdstoffe - inForm von Schläuchen, Säcken und Containernumhüllt werden.
Beim Erosionsschutz verhindern Geokunst-stoffe und Verbundstoffe mit dreidimensio-naler Struktur den Abtransport vonBodenteilchen durch Wasser und Wind.
Quelle: http://www.ivgeokunststoffe.com/anwend1.htm
GeotextilienGeotextilien
Vliesstoffe Vliesstoffe als Geotextilals Geotextil
Anteil Vliesstoff am Geotextileinsatz in Europa 74 % (1995)
Fachliche Gesichtspunkte für den hohen Fachliche Gesichtspunkte für den hohen VliesstoffanteilVliesstoffanteil::
• Zeitliches Zusammenfallen der maschinen- und verfahrenstech- nischen Vliesstoffentwicklung mit dem ingenieurtechnischen Know-how des Textileinsatzes im Tief-, Wasser- und Verkehrsbau
• Schnelle und preisgünstige Variation hinsichtlich Rohstoffart, Abmessung und Aufmachung
• Gute Voraussetzungen zur Kombination mit anderen textilen oder nichttextilen Funktionselementen zwecks Armierung, Füllung bzw. Verbindung
• Besitzen mechanisch wirkende Eigenschaften, wie Durchlässigkeit
Geotextilien ausGeotextilien ausnachwachsenden Rohstoffennachwachsenden Rohstoffen
Spezieller Rohstoffeigenschaften wie
führen zu vielfältigen Einsatzmöglichkeitenvon einheimischen nachwachsenden Rohstoffen
im Geobereich.
•Hohe Festigkeit•Geringe Dicke•Schadstofffreiheit•Schnelle Wasseraufnahme und - abgabe•Biologische Abbaubarkeit oder rückstandsarme Verbrennung
GeotextilienGeotextilien
Herstellungsverfahren zur Produktion von GeotextilienHerstellungsverfahren zur Produktion von Geotextilien
Bezeich-nung
Vorlage-material
Verfestigungs-werkzeug
Verfestigungs-Wirkung
Produktstruktur
Nadel-vliesstoff
Quer-orientiertesFaservlies
Widerhaken-nadel
Widerhaken erfassenFasern und Verschlin-gen diese zum vertika-len Faserbündel
verdichtetes Faservlies mitvertikalen Faserpfropfen;Flächenmasse 100 - 2000 g/m²
Vlies-Faden-NähgewirkeMaliwatt
Quer-orientiertesFaservlies
Schiebernadel-Schließdraht-System
Fasern werden durchÜbernähen mit Binde-fäden geklemmt
flacher Vliesstoff, das Binde-fadensystem bildet flächigeVerbindung auf der Ober-und Unterseite;Flächenmasse 100 - 1500 g/m²
Vlies-NähgewirkeMalivlies
Quer-orientiertesFaservlies
Schiebernadel-Schließdraht-System
vom Werkzeug wer-den einige Fasern er-faßt und zurFaserbündel-Maschegeformt
flacher Vliesstoff, eine Seiteweist Maschen auf, dieandere Seite besitzt flach-flauschige FaseranordnungFlächenmasse 100 - 2000 g/m²
Wirbel-vliesstoff
Wirr-orientiertesFaservlies
Hochdruck-wasserstrahl
Wasserstrahl bewegtbeim Aufprall undAbfluß Fasern; führtzur Verschlingung
verdichtetes Faservlies mitvielen Faserverschlingungen;Flächenmasse 30 - 150 g/m²
GeotextilienGeotextilien
Besonderheiten bei der Besonderheiten bei der Vliesstoffherstellung Vliesstoffherstellung aus Flachsaus Flachs / / HanfHanf
• Erhöhte maschinentechnische Belastung durch hohen Prozentsatz von Unreinheiten (Schäben, verholzte Teile, Staub)
• Faserinhaltstoffe wie Pektine, Lignine
• Fehlende Faserkräuselung
GeotextilienGeotextilien
Wichtige Fasereigenschaften von FlachsWichtige Fasereigenschaften von Flachs / / HanfHanf
Eigenschaft Flachsfasern HanffasernFaserfeinheit [tex]Elementarfasertechnische Faser
0,2 ... 0,331,0 ... 4,0
0,25 ... 0,424,6 ... 5,2
Faserdicke [µm] 10 ... 40 16 ... 50Faserlänge [mm]Elementarfasertechnische Faser
4 ... 66bis 700
5 ... 55> 2000
Faserfestigkeit [cN/tex]Elementarfasern, normal feucht naßSchwingfasernHechelfasern
52 ... 60102 ... 106 %
52 ... 5352 ... 56
53 ... 62102 ... 106 %
40 ... 6055 ... 58
Dehnung, Fasern [%]Reißdehnung, normal feucht naßElastische Dehnung
1,6 ... 1,8bis 2,3nahe 0
1,6 ... 1,7bis 2,3nahe 0
GeotextilienGeotextilien
Eigenschaftsspektrum von Eigenschaftsspektrum von Vliesstoffen Vliesstoffen aus Flachsaus Flachs / / HanfHanf
Parameter Nadelvliesstoff Maliwatt MalivliesFlächenmasse 300 – 2000 g/m² 300 - 1400 g/m² 500 - 1200 g/m²
Dicke 1,0 – 15,0 mm 2,0 - 6,0 mm 3 - 7 mmHöchstzugkraft
längsquer
50 – 1000 N50 – 1000 N
100 - 2700 N250 - 2900 N
50 - 500 N45 - 400 N
Höchstzugkraft-Dehnung
längsquer
10 – 150 %10 – 100 %
25 - 85 %35 - 130 %
40 - 70 %60 - 85 %
GeotextilienGeotextilien
Wichtige Funktionseigenschaften für geotextile AnwendungenWichtige Funktionseigenschaften für geotextile Anwendungen
• Stempeldurchdrückkraft und -verformung
• Wirksame Öffnungsweite
• Wasserdurchlässigkeitsbeiwerte senkrecht zur Vliesstoffebene
• Bodenrückhaltevermögen
• Scherverhalten
• Entflammbarkeit
• Abrieb- und Durchschlagfestigkeit
• Biologische Abbaubarkeit
• Durchwurzlungsfähigkeit
Geotextilien Geotextilien - - ProduktbeispieleProduktbeispiele
BegrünungsmatteBegrünungsmatte
Flächengebildeart: Vlies-Faden-Nähgewirke „Maliwatt“aus Flachsfaservlies mit eingestreutemGrassamen auf leichten Polyethylen-Gaze-Träger
Nahtabstand: 5 cm
Geotextilien Geotextilien - - ProduktbeispieleProduktbeispiele
Begrünungsmatte Begrünungsmatte - - EigenschaftenEigenschaften
• Flächenmasse: 550 g/m²• Wasseraufnahmevermögen: 226 %• Wasserrückhaltevermögen: 33 %• Höchstzugkraft: längs 251 N/5 cm
quer 370 N/5 cm• Höchstzugkraft-Dehnung: längs 16 %
quer 11 %
• Gute Durchwurzlungsfähigkeit
Begrünungsmatte Begrünungsmatte -- Praxistest Praxistest
Geotextilien Geotextilien - - ProduktbeispieleProduktbeispiele
als bewehrtes Erosionsschutzmaterial an einer Böschungmit einem Neigungswinkel < 45 %
als textilbewehrte Begrünungsmatten mit temporärem UV-Schutz für Böschungssicherungen
Begrünungsmatte Begrünungsmatte - - PraxistestPraxistest
Geotextilien Geotextilien - - ProduktbeispieleProduktbeispiele
Einbau
Begrünungnach 1 1/2 Jahren
Begrünungnach 3 1/2 Jahren
BiomatteBiomatte
Geotextilien Geotextilien - - ProduktbeispieleProduktbeispiele
Vollbiologisches Geotextil
Funktionen: • Durchwurzelungsfähigkeit für Pflanzen• Nährstoffbereitstellung für Pflanzen• Wasserspeicherung• Armierung und Beschwerung
Anwendung: • Rekultivierung von ehemaligen Kiesabbaugebieten• Rekultivierung von ehemaligen Braunkohletagebauen• Erschließung schwer kultivierer Gebiete
BiomatteBiomatte
Geotextilien Geotextilien - - ProduktbeispieleProduktbeispiele
Aufbau:
Deckschicht: Nadelvliesstoff aus 100 % FlachsfasernFlächenmasse: 150 g/m²
Zwischenschicht: Mischung aus 50 % gehäckselten Flachsstroh und 50 % TorfmullFlächenmasse: 350 g/m²
Unterschicht: Nadelvliesstoff aus 100 % Flachsfasern Flächenmasse: 150 g/m²
Schichtverbindung durch Vernadeln
Biomatte Biomatte - - TestergebnisseTestergebnisse
Geotextilien Geotextilien - - ProduktbeispieleProduktbeispiele
Laborversuch im Gewächshaus
• Matten gewährleisten ausreichende Begrünung• Keimen der Pflanzen möglich• Durchwachsungsverhalten: gut• Haltbarkeit - situationsabhängig- ca. 6 Wochen• Wasserrückhaltevermögen ausreichend
Matte Matte für oberbodenlose Begrünungfür oberbodenlose Begrünung
Geotextilien Geotextilien - - ProduktbeispieleProduktbeispiele
Hintergrund:
Entwicklungsbedarf: Wirtschaftliche und ökologische Aspektevor allem bei der Bergbausanierung und Deponieabdeckung
Zur Erreichung einer entsprechenden Begrünung ist die Abdeckung mit Oberboden auf die Rohboden-böschung bzw. ein ausreichend großer Anteil humi-nöser Bestandteile des Rohbodens Voraussetzung
Vorteile: Matte besitzt wachstumsermöglichende und -beschleunigende Komponenten
Geotextilien Geotextilien - - ProduktbeispieleProduktbeispiele
Matte Matte für oberbodenlose Begrünungfür oberbodenlose Begrünung
Gründe für Gründe für oberbodenlose Begrünungoberbodenlose Begrünung::
1. Rohbodenböschungen bieten keine Wachstumsvoraussetzungen
2. Aufbringung von Mutterboden ist schwierig und kostenintensiv (Neigung der Böschung, Verkehrslage u. ä.)
3. Textile Matte übernimmt keim- und wachstumsfördernde Funktionen des Mutterbodens
Hohes Wasseraufnahme- und -speichervermögen der textilen Matte ist nur mit wasserhaltenden Zusätzen erreichbar.
Geotextilien Geotextilien - - ProduktbeispieleProduktbeispiele
Matte Matte für oberbodenlose Begrünungfür oberbodenlose Begrünung
• Schutz der Rohbodenböschung• Bereitstellen des Keimbettes• Verzögerung der Austrocknung der Bodenoberfläche• Wasserspeicherung in für die Pflanzen verfügbarer Form• Bereitstellung von Nährstoffen• Aktivierung des Bodenlebens
an Steilböschungen zusätzlich:• Rückhalt des Erdstoffes• UV-Schutz für das Bewehrungstextil• Schönung des steilen Bauwerkes
Funktionen:Funktionen:
Geotextilien Geotextilien - - ProduktbeispieleProduktbeispiele
Matte Matte für oberbodenlose Begrünungfür oberbodenlose Begrünung
Aufbau:Aufbau:Deckvlies: Polypropylenvlies aus grünen Fasern
Flächenmasse: 30 g/m² ausschließlich optische Funktion
Füllvlies: ≥ 70 % Pflanzenfasern ≤ 30 % Synthesefasern Zusatzstoffe: Samen,
Absorber und Dünger
Flächenmasse: ca. 470 g/m²
Trägermaterial: Jutegewebe Flächenmasse: 40 g/m²
Geotextilien Geotextilien - - ProduktbeispieleProduktbeispiele
Matte Matte für oberbodenlose Begrünungfür oberbodenlose Begrünung
Untergrund: Lehm;Sand/Splitt;Torferde;Kies/Splitt
Praxisversuchan Vesuchshang mit 15 ° Neigung
Geotextilien Geotextilien - - ProduktbeispieleProduktbeispiele
Matte Matte für oberbodenlose Begrünungfür oberbodenlose Begrünung
Ergebnisse:Ergebnisse:
• Absorber als Wasserspeicher beschleunigt Keim- und Anwuchsvorgang ⇒ gleichmäßiger Bewuchs• Absorber hält Matte mehrere Tage feucht• Wasserverlust auf Hängen mit großen Neigungen reduziert sich
• Absorbermenge 30-50 g/m² erscheint effektiv und wirtschaftlich