Wofür wird Bentonit im Bauwesen verwendet?

Was ist Bentonit?

Bentonit ist ein tonreiches Gestein, das in der Regel durch die Umwandlung vulkanischer Ausgangsmaterialien entsteht. Es besteht hauptsächlich aus Mineralen der Smektitgruppe, darunter Montmorillonit.

Bei Kontakt mit Wasser hydratisiert seine Struktur und kann sich bei bestimmten Bentonitarten erheblich ausdehnen. Diese Eigenschaft ermöglicht die Herstellung viskoser Suspensionen, Gele und Mischungen mit sehr geringer Durchlässigkeit.

Im Wesentlichen wird zwischen folgenden Arten unterschieden:

• Natriumbentonit mit hoher Quellfähigkeit;
• Calciumbentonit, das im Allgemeinen weniger stark quillt und vor allem wegen seiner absorbierenden Eigenschaften eingesetzt wird;
• aktiviertem Bentonit, dessen Eigenschaften durch spezielle Behandlungen an bestimmte Anwendungen angepasst werden.

Die Wahl zwischen Natrium-, Calcium- und aktiviertem Bentonit hängt vom gewünschten Ergebnis, den Bodenverhältnissen, dem vorhandenen Wasser und den Vorgaben des jeweiligen Projekts ab.

Wofür wird Bentonit im Bauwesen verwendet?

Im Bauwesen wird Bentonit vor allem zur Herstellung von Mischungen und Suspensionen eingesetzt, die Wasser kontrollieren, Baugruben stabilisieren und Barrieren mit geringer Durchlässigkeit bilden.

Zu den wichtigsten Anwendungen gehören Abdichtungen, Schlitzwände, Tiefgründungen, Bohrungen, geotechnische Arbeiten und unterirdische Bauwerke.

Bentonit für Abdichtungen

Eine der bekanntesten Anwendungen ist Bentonit für Abdichtungen.

Natriumbentonit kann in Platten, Matten, Membranen und Verbundsystemen eingesetzt werden, die folgende Bauteile schützen:

• Fundamente;
• erdberührte Wände;
• Bodenplatten;
• Tiefgaragen;
• Becken und Behälter;
• Tunnel;
• Betonbauwerke mit direktem Bodenkontakt.

Bei Kontakt mit Wasser quillt der Bentonitton auf und trägt zur Bildung einer Schicht mit geringer Durchlässigkeit bei. Dadurch kann sich das Material an Oberflächen anpassen und den Wasserdurchtritt durch das Abdichtungssystem begrenzen.

Schlitzwände und Dichtungsbarrieren

Bentonit wird bei der Herstellung plastischer Dichtwände und von Schlitzwänden eingesetzt, die im Boden errichtet werden, um Baugruben zu sichern oder die Bewegung von Grundwasser zu begrenzen.

Während des Aushubs stabilisiert eine Suspension aus Wasser und Bentonit die Wände des Schlitzes. Anschließend kann der Hohlraum mit Beton, Zement-Bentonit-Mischungen oder mit Bentonit vermischtem Boden verfüllt werden.

Solche Systeme kommen unter anderem zum Einsatz bei:

• Infrastrukturprojekten;
• tiefen Baugruben;
• U-Bahn-Anlagen;
• Tiefgaragen;
• Grundwasserabschirmungen;
• der Sicherung belasteter Standorte;
• Barrieren gegen die Ausbreitung von Schadstoffen.

Boden-Bentonit- und Zement-Bentonit-Wände werden als unterirdische Barrieren eingesetzt, weil sie die Stabilität der Baugrube mit einer geringen Durchlässigkeit des fertigen Bauwerks verbinden.

Pfähle und Tiefgründungen

Bei der Herstellung von Bohrpfählen und Tiefgründungen können Bentonitsuspensionen die Bohrlochwand vorübergehend stützen, bevor die Bewehrung eingebracht und der Beton verfüllt wird.

Die Suspension trägt dazu bei, das Einstürzen der Bohrlochwand zu verhindern, insbesondere bei lockeren Böden oder vorhandenem Grundwasser.

Um eine Suspension mit gleichbleibenden Eigenschaften herzustellen, müssen die eingesetzte Bentonitmenge, das Wasser-Bentonit-Verhältnis, die Mischzeiten und eventuelle Zusatzstoffe kontrolliert werden. Schwankungen bei der Pulverzufuhr können die Dichte und Viskosität der vorbereiteten Suspension verändern.

Tunnelbau und unterirdische Bauwerke

Bentonit wird auch im Tunnelbau und bei weiteren unterirdischen Bauarbeiten eingesetzt.

Es kann zur Herstellung von Stützflüssigkeiten, zur Kontrolle des Drucks an der Ortsbrust und zur Unterstützung des Materialtransports verwendet werden. In bestimmten Konfigurationen wird Bentonitpulver aus dem Lager entnommen, dosiert und einem Mischsystem mit Wasser zugeführt.

Bei diesen Projekten ist eine kontinuierliche Materialversorgung besonders wichtig. Eine Unterbrechung der Verfügbarkeit kann die Herstellung der Suspensionen und damit auch die nachfolgenden Aushubarbeiten verlangsamen.

Warum ist die richtige Lagerung von Bentonit so wichtig?

Bentonit wird gerade wegen seiner Fähigkeit ausgewählt, mit Wasser zu reagieren. Diese Eigenschaft ist während der Anwendung entscheidend, muss jedoch vor dem Mischen kontrolliert bleiben.

Kommt das Pulver vorzeitig mit Feuchtigkeit oder eindringendem Wasser in Kontakt, kann es an Fließfähigkeit verlieren, Agglomerate bilden und schwieriger auszutragen und zu dosieren sein. Das Problem betrifft daher nicht nur die Materiallagerung, sondern kann die Kontinuität des gesamten Prozesses beeinträchtigen.

Ein korrekt ausgelegtes Lagersystem ermöglicht es:

• Bentonit vor Witterung und Feuchtigkeit zu schützen;
• Klumpenbildung und Materialablagerungen zu reduzieren;
• eine den Betriebsanforderungen entsprechende Reserve vorzuhalten;
• Dosier- und Mischsysteme kontinuierlich zu beschicken;
• Staubemissionen während der Befüllung zu begrenzen;
• angelieferte und verbrauchte Mengen zu überwachen;
• die manuelle Handhabung von Säcken oder Big Bags zu reduzieren;
• die Logistik auf der Baustelle oder im Werk zu verbessern.

Die richtige Lagerung trägt somit dazu bei, die Materialeigenschaften zu erhalten und die Arbeitsschritte vor der Herstellung der Suspension gleichmäßiger zu gestalten.

Vom Bentonitpulver zur Suspension: die Rolle des Silos

Wird Bentonit in größeren Mengen eingesetzt, ist es nicht nur ein Material, das gelagert werden muss. Es ist Teil eines Prozesses, der Annahme, Lagerung, Austragung, Dosierung und Mischung umfasst.

Das Silo bildet daher die Verbindung zwischen der Anlieferung des Bentonits als Schüttgut und der Herstellung der Suspension für die Baustelle oder Produktionslinie.

Seine Aufgabe besteht nicht nur darin, Material aufzunehmen, sondern es in der benötigten Menge und zum richtigen Zeitpunkt für den Prozess bereitzustellen.

Annahme und Befüllung des Bentonits

Wird Bentonit als Schüttgut per Tankfahrzeug angeliefert, kann das Silo pneumatisch befüllt werden.

Der für die Förderung des Pulvers eingesetzte Luftstrom muss während der Befüllung korrekt geführt werden. Das Silo kann daher mit einem Entstaubungsfilter, einem Sicherheitsventil und Füllstandsanzeigen ausgestattet werden.

Der Filter lässt die Luft entweichen und hält gleichzeitig die mitgeführten Partikel zurück. Das Sicherheitsventil schützt die Struktur vor unzulässigem Über- oder Unterdruck, während die Füllstandsanzeigen die Überwachung der vorhandenen Materialmenge ermöglichen.

Poggi Vertikalsilos können je nach Material und Betriebsbedingungen mit Filtern, Sicherheitsventilen, Füllstandsanzeigen und Fluidisierungssystemen ausgestattet werden.

Schutz vor Wasser und Feuchtigkeit

Die Fähigkeit des Bentonits, mit Wasser zu reagieren, ist während seiner Anwendung wesentlich, muss aber während der Lagerung kontrolliert bleiben.

Vor der Herstellung der Suspension muss Bentonitpulver vor Niederschlägen und unbeabsichtigtem Wassereintritt geschützt werden. Ein vorzeitiger und ungleichmäßiger Kontakt mit Feuchtigkeit kann die Bildung von Agglomeraten fördern und die Fließfähigkeit des Materials verändern.

Die Dichtheit des Silos, das Befüllsystem, der Filter und die Verbindungen zu den nachgeschalteten Geräten müssen daher so ausgelegt sein, dass das Produkt bis zu seiner Verwendung unter den vorgesehenen Bedingungen bleibt.

Gleichmäßigen Materialaustrag fördern

Bentonit ist ein feines Pulver, dessen Verhalten beim Austrag von Korngröße, Schüttdichte, Feuchtigkeitsgehalt und Verdichtungsgrad abhängen kann.

Deshalb reicht es nicht aus, ein Silo ausschließlich anhand seines Nennvolumens auszuwählen. Auch die Geometrie des unteren Bereichs, der Querschnitt der Austragsöffnung und das verwendete Austragssystem müssen berücksichtigt werden.

Neigt das Material zur Verdichtung oder zur Bildung stagnierender Bereiche, können Fluidisierungs- oder Vibrationssysteme vorgesehen werden. Sie unterstützen die Bewegung des Bentonits zur Austragsöffnung und reduzieren das Risiko von Brückenbildung oder Ablagerungen an den Wänden.

Die Konfiguration muss anhand der tatsächlichen Eigenschaften des Bentonits festgelegt werden, da Produkte mit ähnlichen Bezeichnungen während Lagerung und Austrag unterschiedlich reagieren können.

Nur die benötigte Menge austragen

Sobald das Bentonit die Austragsöffnung erreicht, muss es zum Dosierer, zur Wiegeeinrichtung oder zum Mischer weitergeleitet werden.

Der Austrag kann über eine Förderschnecke erfolgen, die entsprechend der erforderlichen Leistung und den Eigenschaften des Pulvers dimensioniert wird. Über Schneckendrehzahl und Antrieb lässt sich die übertragene Materialmenge regeln.

Dieser Schritt ist wichtig, weil der Prozess nicht nur die Entleerung des Silos erfordert. Entscheidend ist vielmehr eine kontinuierliche und kontrollierte Beschickung des nachgeschalteten Systems.

Ein zu hoher, unregelmäßiger oder unterbrochener Materialstrom kann es erschweren, ein konstantes Verhältnis zwischen Wasser und Bentonit aufrechtzuerhalten.

Dosierung und Herstellung der Mischung

In komplexeren Anwendungen kann das aus dem Silo ausgetragene Bentonit vor dem Eintritt in den Mischer einer Wiegeeinrichtung zugeführt werden.

Durch das Wiegen lässt sich die in jedem Zyklus eingesetzte Menge überprüfen und die Wiederholgenauigkeit der Suspensionseigenschaften verbessern. Die Steuerung kann in den Gesamtprozess integriert werden und Austragung, Wiegen, Wasserzugabe und Mischung koordinieren.

Poggi fertigt außerdem Pulvermischer, die Wiegen und Mischen kombinieren und an Silos, Trichter und Pulverfördersysteme angeschlossen werden können. Die verfügbare Konfiguration umfasst Wägezellen, mehrere Einläufe und einen kontrollierten Austrag zu den nachfolgenden Prozessschritten.

Das am besten geeignete System hängt von der Bentonitart, der herzustellenden Rezeptur, der erforderlichen Leistung und der Organisation der Baustelle ab.

Wie sollte die Lagerkapazität für Bentonit dimensioniert werden?

Die Silokapazität sollte nicht ausschließlich anhand der maximal möglichen Füllmenge ausgewählt werden.

Für eine korrekte Dimensionierung sind folgende Faktoren zu berücksichtigen:

• täglicher Bentonitverbrauch;
• Schüttdichte des Materials;
• Lieferhäufigkeit;
• Kapazität des Tankfahrzeugs;
• erforderliche Betriebsautonomie;
• verfügbarer Platz;
• Geschwindigkeit der Mischungsherstellung;
• eventuell erforderlicher Sicherheitsbestand.

Ein zu klein dimensioniertes Silo erfordert häufigere Lieferungen und kann den Prozess dem Risiko eines Materialmangels aussetzen. Eine übermäßige Kapazität kann dagegen unnötig Platz beanspruchen und die Verweilzeit des Pulvers im Behälter verlängern.

Die korrekte Dimensionierung ergibt sich daher aus der Analyse des gesamten Logistik- und Produktionsprozesses und nicht aus einer isolierten Bewertung des Silovolumens.

Welche Silokonfiguration eignet sich für Bentonit?

Es gibt keine einzelne Konfiguration, die für alle Anwendungen von Bentonit im Bauwesen geeignet ist.

Für eine feste Installation mit kontinuierlichem Verbrauch und ausreichendem vertikalem Platz kann ein Monolithisches Vertikalsilo eingesetzt werden. Die Struktur wird als eine Einheit transportiert und kann mit den erforderlichen Einrichtungen für Befüllung, Füllstandskontrolle, Filtration und Austragung ausgestattet werden.

Für große Kapazitäten oder Werke, die umfangreiche Materialreserven benötigen, kann ein Panelsilo gewählt werden. Die modulare Konstruktion ermöglicht hohe Volumen und erlaubt die Anpassung von Durchmesser und Höhe an die Projektbedingungen.

Wenn der Transport optimiert werden muss, insbesondere bei internationalen Projekten, reduzieren Teleskopische Vertikalsilos den Platzbedarf während der Lieferung. Die Poggi Baureihen TC und TP verwenden verschiebbare Sektionen und sind jeweils für den Transport im Open-Top-Container beziehungsweise auf dem Lkw optimiert.

Für temporäre oder häufig wechselnde Baustellen kann ein Horizontales Silo eingesetzt werden. Die Poggi Baureihen OR und ORC können ohne dauerhafte Fundamente installiert werden, verfügen über Teleskopbeine und können mit einer schwenkbaren Förderschnecke zur Übergabe des Materials an nachgeschaltete Geräte ausgestattet werden.

Die endgültige Auswahl muss von den Eigenschaften des Bentonits und seiner späteren Verwendung ausgehen. Lagerung, Transport, Austragung und Dosierung sind dabei gemeinsam zu betrachten.

Warum sollte der gesamte Prozess und nicht nur das Silo betrachtet werden?

Eine wirksame Handhabung von Bentonit hängt von der Abstimmung aller Prozessschritte ab.

Ein korrekt dimensioniertes Silo kann bei einem ungeeigneten Austragssystem dennoch zu einer unregelmäßigen Beschickung führen. Ebenso kann eine richtig dimensionierte Förderschnecke keine kontinuierliche Versorgung gewährleisten, wenn das Material nicht gleichmäßig zur Austragsöffnung gelangt.

Für die Auslegung einer wirksamen Lösung müssen daher folgende Faktoren analysiert werden:

• Art der Bentoniteinlieferung;
• physikalische Eigenschaften des Produkts;
• Umgebungsbedingungen;
• erforderliche Autonomie;
• Art der Austragung;
• Entfernung zum Verwendungsort;
• Dosiergenauigkeit;
• Kapazität des Mischers;
• Häufigkeit der Aufbereitungszyklen.

Dieser Ansatz ermöglicht es, das Silo als integralen Bestandteil des Prozesses und nicht nur als unabhängigen Behälter zu betrachten.

Lagerung und Handhabung von Bentonit mit Poggi

Bentonit spielt in zahlreichen Anwendungen des Bauwesens eine wichtige Rolle – von Abdichtungen und Tiefgründungen bis hin zu Schlitzwänden, Bohrungen und unterirdischen Bauwerken.

Vor der Hydratation muss das Material unter geeigneten Bedingungen gelagert und kontinuierlich verfügbar gehalten werden. Das Lagersystem muss das Bentonit daher schützen, einen gleichmäßigen Austrag fördern und die nachfolgenden Dosier- und Mischprozesse kontrolliert beschicken.

Poggi entwickelt und fertigt Silos sowie Lösungen für die Lagerung und Handhabung von pulverförmigen und granularen Schüttgütern. Je nach Projektanforderungen kann die Konfiguration Filtration, Füllstandskontrolle, Fluidisierung, Austragung, Wiegen und die Verbindung mit nachgeschalteten Geräten umfassen.