Bentonitpellets vs Quelltongranulat

Zuverlässige Dichtung oder nur "Ton vergraben"?

Häufig findet man in Ausschreibungstexten zur Verfüllung von Bohrlöcherm oder Ringräumen nur unzureichende Angaben über die Güte der zu verwendenden Produkte . Von "Tonpellets", "Tongranulat" oder "Quellton" ist die Rede, ohne präzisere Angaben z.B. über die Quellfähigkeit zu machen. Grundsätzlich muss ein Dichtungston hinsichtlich seiner physikalischen Eigenschaften klar angesprochen werden, hier sind die Planer in der Verantwortung!

Es können langfristig große Schäden entstehen, wenn Durchteufungen nicht wieder sicher geschlossen werden. Um stabile, dauerhafte Dichtungshorizonte auszubilden, muss ein Ton hohe Quelldrücke aufbauen können, d.h. ein hohes Wasseraufnahmevermögen besitzen.

Zusätzlich ist zu bedenken:
Geschüttete Produkte kommen als loses Haufwerk mit entsprechend großem Porenraum (bis ca. 40 %) am Boden an und müssen zunächst die Kubatur formschlüssig zuquellen und dabei noch eine stabile Tonplombe ergeben. Bei schwach bis mäßig quellenden Tonen ergibt sich aber hier oft schon nur eine breiartige Konsistenz.

Desweiteren ist zu bedenken, dass die Quellfähigkeit von Tonen durch Störstoffe im Wasser/Boden (z.B. gelöste Erdalkalien oder Huminstoffe) negativ beeinflusst werden. In der Praxis werden ermittelte Laborwerte daher häufig gar nicht erreicht, oder nicht langfristig gehalten.

Nachfolgend ein Vergleich zwischen hochquellfähigen Bentonit Pellets (hier beispielhaft: Bentofill Pellets ST) und mäßig quellendem Quellton (-granulat, hier beispielhaft aus der Friedländer Tonscholle), welches kein Bentonit, sondern im Wesentlichen ein Wechsellagerungs-Mineral darstellt. In gleicher Weise verhalten sich Pellets aus schwach bis mäßig quellenden Tonen:

Ein einfacher, leicht auch bauseits durchzuführender Versuch:
In einem 500 ml Becherglas mit 300 g mittelhartem Leitungswasser, werden 300 g Bentonit-Pellets (links) bzw. Quellton-Granulat (rechts) geschüttet (Verhältnis 1:1). Ziel ist es, eine stabile Tonplombe zu erreichen. Das Video zeigt das Ergebnis nach ca. 24 Sunden.

Der Becher mit dem Tongranulat (rechts) zeigt einen Wasserüberstand, der Ton ist inhomogen und stark breiig geworden. Der Hersteller dieses Produktes schreibt
in seiner Image-Broschüre:
- Wasseraufnahmevermögen nach DIN 18132: 300 %
- Durchlässigkeitsbeiwert in Leitungswasser nach DIN 18130-1: kf=4 x 10-12 m/s.
in seinem Datenblatt:
- H2O-Absorption: 150-170% Enslin.

Das Produkt wird beworben als "smektitreiches hochwertiges Tonmineral mit dauerhaft gutem Quellvermögen zur Hertstellung dauerhaft kraftschlüssiger mineralischer Dichtungen", auf dem Sack steht gedruckt: "Durchlässigkeitsbeiwert bei guter Verdichtung: 2x10-11 m/s".

Im Becher links mit hochquellfähigen Bentonit-Pellets (- Wasseraufnahmevermögen nach DIN 18132: ca. 500 %) hat sich hingegen eine plastische Masse mit hohem Quelldruck gebildet, die zuverlässig auch bei höheren hydraulischen Gradienten abdichtet.

Die Tonplombe muss in jeder Situation einen hohen Quelldruck erreichen, damit sie zuverlässig absperrt und nicht vom Schichtenwasser weggespült wird. Grundsätzlich sollte man zur Bohrlochverschliessung also einen hochquellfähigen, zu Formkörpern gepressten Ton (Bentonit-Pellets) verwenden, der möglichst auch noch gute Resistenzen gegen Störstoffe (Elektrolyte) hat, denn diese wirken sich i.d.R. quellmindernd aus.

Anmerkungen zur DIN 4904:2017-9

Die DIN 4904:2017-9 "Geschüttete Abdichtungstone für den Brunnenbau - Anforderungen und Prüfungen" hat zwar eine gewisse Ordnung in die Welt der Quellton-Produkte gebracht, jedoch ist der praktische Nutzen nicht unumstritten.

Als wesentlicher Kritikpunkt wird immer wieder vorgebracht, dass die Durchlässigkeitsbeiwerte komprimiert in einem Proktortopf gemessen werden. Praktisch jeder beliebige Ton (auch ohne Quellfähigkeit) bringt unter diesen Bedingungen gute Dichtigkeiten. Diese Methode bzw. die daraus ermittelten Werte haben aber mit der Realität gar nichts zu tun, da die Pellets/Granulate im Anwendungsfall lediglich in das Bohrloch geschüttet werden und dort nur als loses Haufwerk vorliegen. Das sind zwei vollkommen unterschiedliche Dinge.

Als Folge werden in den Datenblättern der Anbieter praktisch immer sehr hohe kf-Werte ausgewiesen, ohne dass daraus ein Rückschluss auf die tatsächliche Artung/Verwendungsfähigkeit der Produkte zu ziehen wäre. Angaben wie "quellfähig" oder "gute Quellfähigkeit" sind subjektiv und daher untauglich.

Wesentlich vorteilhafter und zielführender für die Eignungsbeurteilung der jeweiligen Produkte wäre die Ermittlung/Angabe des Wasseraufnahmevermögens nach DIN 18132, welche auf einen Blick eine sehr gute Charakterisierung des jeweiligen Tones erlaubt. Bauherrschaften und Planer sind in der Regel keine Tonmineralogen, weshalb die Auschreibungen leider häufig ohne klares Anforderungsprofil formuliert werden.

Jedem Verantwortlichen sollte aber klar sein, dass "Ton" nicht gleich "Ton" ist und das für den Anwendungsfall zu verwendende Material zwecks Vermeidung etwaiger Schäden so genau wie möglich anzusprechen ist.