Amann, Steffen

Bell, Anna Maria

Brüggemann, Christian

Dietrich, Christian

Schweyen, Peter

Ternes, Thomas A.

Wick, Arne

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Conference Paper, Published VersionDietrich, Christian; Bell, Anna Maria; Brüggemann, Christian; Amann,Steffen; Schweyen, Peter; Wick, Arne; Ternes, Thomas A.Untersuchung und Bewertung der Umweltverträglichkeitvon WasserbaumaterialienDresdner Wasserbauliche MitteilungenZur Verfügung gestellt in Kooperation mit/Provided in Cooperation with:Technische Universität Dresden, Institut für Wasserbau und technischeHydromechanikVerfügbar unter/Available at: https://hdl.handle.net/20.500.11970/108917Vorgeschlagene Zitierweise/Suggested citation:Dietrich, Christian; Bell, Anna Maria; Brüggemann, Christian; Amann, Steffen; Schweyen,Peter; Wick, Arne; Ternes, Thomas A. (2022): Untersuchung und Bewertung derUmweltverträglichkeit von Wasserbaumaterialien. In: Technische Universität Dresden,Institut für Wasserbau und technische Hydromechanik (Hg.): Nachhaltigkeit im Wasserbau -Umwelt, Transport, Energie. Dresdner Wasserbauliche Mitteilungen 68. Dresden:Technische Universität Dresden, Institut für Wasserbau und technische Hydromechanik. S.125-130.Standardnutzungsbedingungen/Terms of Use:Die Dokumente in HENRY stehen unter der Creative Commons Lizenz CC BY 4.0, sofern keine abweichendenNutzungsbedingungen getroffen wurden. Damit ist sowohl die kommerzielle Nutzung als auch das Teilen, dieWeiterbearbeitung und Speicherung erlaubt. Das Verwenden und das Bearbeiten stehen unter der Bedingung derNamensnennung. Im Einzelfall kann eine restriktivere Lizenz gelten; dann gelten abweichend von den obigenNutzungsbedingungen die in der dort genannten Lizenz gewährten Nutzungsrechte.Documents in HENRY are made available under the Creative Commons License CC BY 4.0, if no other license isapplicable. Under CC BY 4.0 commercial use and sharing, remixing, transforming, and building upon the materialof the work is permitted. In some cases a different, more restrictive license may apply; if applicable the terms ofthe restrictive license will be binding.125Technische Universität Dresden – Fakultät Bauingenieurwesen Institut für Wasserbau und Technische Hydromechanik 45. Dresdner Wasserbaukolloquium 2022 „Nachhaltigkeit im Wasserbau – Umwelt, Transport, Energie“   Untersuchung und Bewertung der Umweltverträglichkeit von Was-serbaumaterialien Christian Dietrich Anna Maria Bell Christian Brüggemann Steffen Amann Peter Schweyen Arne Wick Thomas A. Ternes  Im Rahmen des BMDV-Expertennetzwerks untersucht und bewertet die Bundesanstalt für Gewässerkunde zusammen mit weiteren Res-sortforschungseinrichtungen und Fachbehörden des Bundesministe-riums für Digitales und Verkehr bauwerksbedingte Emissionen in die Umwelt. Im Fokus steht hierbei eine Vielzahl von, auch im Wasserbau eingesetzten, Materialien. Untersuchungen an ausgewählten Korrosi-onsschutzbeschichtungen zeigten, dass witterungsbedingte chemi-sche Veränderungen der Zwischenbeschichtungen nicht nur zu einer vermehrten möglichen Freisetzung von umweltgefährdenden Stoffen, welche zum Teil in Labortests ökotoxikologische Wirkungen hervorru-fen können, sondern auch zu einer verminderten Haftung der später am Einbauort aufgetragenen Deckbeschichtung führen können. Wei-tere Untersuchungen umfassen u.a. die Freisetzung gefährlicher Stof-fe aus Geotextilien oder Beton, bei Letzterem insbesondere bei der direkten Anwendung unter Wasser. Hierzu werden standardisierte Tests entwickelt, welche eine reproduzierbare Quantifizierung und Bewertung möglicher Schadstofffreisetzungen erlauben.   Stichworte: Schadstofffreisetzung, Korrosionsschutzbeschich-tungen, Beton, Geotextilien 126Untersuchung und Bewertung der Umweltverträglichkeit von Wasserbaumaterialien  1 Einführung Neben der allseits bekannten und vieldiskutierten Problematik von Ver-kehrsemissionen können auch durch Infrastrukturbauwerke Schadstoffe in die Umwelt emittiert werden. Die EU-Bauprodukteverordnung (EU-BauPVO) fordert hierzu, dass die aus den Bauprodukten herzustellenden Bauwerke die am Verwendungsort geltenden Anforderungen an Hygiene, Gesundheit und Umweltschutz erfüllen. Für den Wasserbau in erster Linie relevant sind hierbei Regelungen zur Freisetzung umweltgefährdender Stoffe in Grund-wasser, Meeresgewässer, Oberflächengewässer oder Boden. Neben den Aspekten der Umweltverträglichkeit spielt zudem die Haltbarkeit im Rah-men einer nachhaltigen Baustrategie eine wichtige Rolle. (Wasser-)Bauwerke wie z.B. Brücken oder Schleusentore sind betriebsbedingt star-ken mechanischen, thermischen, chemischen und biologischen Beanspru-chungen ausgesetzt. Die verwendeten Baustoffe unterliegen dabei unter-schiedlichsten Witterungseinflüssen. Die dadurch ausgelösten Verwitte-rungsprozesse können neben einer verminderten Beständigkeit auch zu einer verstärkten Freisetzung der enthaltenen Stoffe führen.  Abbildung 1: Schadensfall an der Beschichtung einer Straßenbrücke (Quelle: BAW)  Im Rahmen des BMDV-Expertennetzwerks untersucht und bewertet die Bundesanstalt für Gewässerkunde (BfG) zusammen mit der Bundesanstalt für Wasserbau (BAW), dem Eisenbahnbundesamt (EBA), der Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt) und dem Bundesamt für Seeschifffahrt und Hyd-rographie (BSH) bauwerksbedingte Emissionen von Schadstoffen in die Umwelt. Im Fokus steht hierbei eine Vielzahl von, auch im Wasserbau ein-gesetzten, Materialien. 127Dresdner Wasserbauliche Mitteilungen, Heft 68 45. Dresdner Wasserbaukolloquium 2022 „Nachhaltigkeit im Wasserbau – Umwelt, Transport, Energie“  2 Methoden  Untersuchungen zur Freisetzung von Schadstoffen wurden mit dem soge-nannten Dynamischen Oberflächenauslaugtest (DSLT) in Anlehnung an die DIN CEN/TS 16637-2 durchgeführt. Dieser Test beinhaltet die sequenzielle Elution von Baustoffen in mehreren Schritten über einen Zeitraum von 64 Tagen, sodass der zeitliche Verlauf der Stofffreisetzung beobachtet und modelliert werden kann. Für Untersuchungen an Korrosionsschutzbeschichtungen wurden Stahl-platten mit Korrosionsschutz auf Epoxid- bzw. Polyurethanbasis beschich-tet, sowohl als Einzelbeschichtung wie auch in unterschiedlichen Schichtab-folgen.  Die chemische Analyse der Eluate erfolgte mittels LC-MS (Flüssigchromato-grafie-Massenspektrometrie). Ökotoxikologische Tests umfassten die Ana-lyse der Biolumineszenzhemmung von Leuchtbakterien (Aliivibrio fischeri) in Anlehnung an DIN EN ISO 11348-2, die Bestimmung der Toxizität gegen-über der Grünalge Desmodesmus subspicatus nach DIN 38412-33, Daphnien-Toxizitätstest an Daphnia magna nach DIN EN ISO 6341, Mutagenitätstests (AMES-Test) nach ISO 11350 und Analyse auf östrogenartige Wirkungen (YES-Test) nach ISO 19040-1. 3 Ergebnisse  Sieben häufig in Deutschland eingesetzte Beschichtungssysteme im Stahl-hoch- und Wasserbau wurden hinsichtlich der Auslaugung von (Schad-)Stoffen und möglicher daraus resultierender ökotoxikologischer Effekte untersucht. Als praxisnahes Testsystem konnte hierbei erfolgreich der so-genannte Dynamische Oberflächenauslaugtest (DSLT) nach DIN CEN/TS 16637-2 für den Einsatz an Beschichtungssystemen adaptiert werden (Ab-bildung 2).   128Untersuchung und Bewertung der Umweltverträglichkeit von Wasserbaumaterialien   Abbildung 2: Auslaugversuche an beschichteten Stahlplatten zur Untersuchung der Freisetzung toxischer Stoffe aus organischen Korrosionsschutzbe-schichtungen (Quelle: BfG)  Die chemische Analyse der Eluate zeigte hier, dass aus der Grundbeschich-tung weitaus mehr Stoffe freigesetzt wurden als aus der Zwischen- oder Deckbeschichtung. Auch zeigte sich, dass für das Elutionsverhalten immer die oberste Schicht maßgeblich für die Anzahl der detektierten Stoffe war. Die parallel dazu durchgeführten ökotoxikologischen Tests bestätigen dies: Im Gegensatz zu allen anderen untersuchten Beschichtungen zeigte eine der getesteten Grundbeschichtungen signifikante algentoxische Effekte, welche sich auf den freigesetzten Inhaltsstoff Zink zurückführen lassen. Mit Auftragung einer Deckbeschichtung, die die Emission des Zinks verhindert, traten die algentoxischen Effekte nicht auf. Für alle anderen Systeme wur-den im Rahmen der Untersuchungen hauptsächlich bakterientoxische und östrogene Wirkungen festgestellt. Die Stärke dieser Wirkungen nahm mit der Dauer der Auslaugung zu. Die bakterientoxische Wirkung korrelierte stark mit dem ebenfalls gemes-senen gelösten Kohlenstoff (DOC) in der Probe. Die Konzentration des DOC nahm ebenfalls mit der Dauer der Auslaugung zu. Als Hauptverursacher dieser Effekte in epoxidbasierten Beschichtungssystemen wurde die Sub-stanz 4-tert-Butylphenol identifiziert, welche bei einigen Herstellern als Härter bei der Polymerisation eingesetzt wird. Weiterhin konnten die Ursachen für die vorzeitige Enthaftung von Po-lyurethan-(PUR)-Beschichtungen (siehe auch Abbildung 1) weiter aufgeklärt werden. Die darunter oftmals aufgebrachte Epoxid-(EP)-129Dresdner Wasserbauliche Mitteilungen, Heft 68 45. Dresdner Wasserbaukolloquium 2022 „Nachhaltigkeit im Wasserbau – Umwelt, Transport, Energie“   Zwischenbeschichtung ist bei exponierten Bauwerken oft mehrere Monate der Witterung ausgesetzt, bis die finale Deckbeschichtung aufgetragen wird. Durch die Bewitterung der UV-labilen EP-Zwischenbeschichtungen kann es zur photoinduzierten Degradation des organischen Anteils der EP-Beschichtung kommen, wodurch anorganische Pigmente auf der Oberflä-che freigelegt werden (Brand 2020). Gleichzeitig entsteht eine hydrophile Oberflächenschicht, welche zur Folge haben kann, dass eine chemische Bindung zwischen der EP-Zwischenbeschichtung und der PUR-Deckbeschichtung erschwert und dadurch die Haftung vermindert wird. Das Abwaschen der bewitterten Oberfläche mit alkalischen Waschlösun-gen, wie von den Herstellern empfohlen, kann zwar wasserlösliche Abbau-produkte, nicht jedoch oligomere Bestandteile oder die entstandene hyd-rophile Schicht entfernen. Abrasive Reinigungsschritte können zwar alle Abbauprodukte entfernen und gewährleisten hierdurch eine verbesserte Haftung der PUR-Deckbeschichtung auf der "frischen" Oberfläche, vermin-dern jedoch insgesamt die Schichtdicke der Beschichtung und sind zudem recht aufwendig, da das abgestrahlte Material aufgefangen werden muss, damit es nicht in die Umwelt gelangt. 4 Schlussfolgerungen und Ausblick Weitere zukünftige Untersuchungen umfassen u.a. die Freisetzung gefährli-cher Stoffe aus Beton, insbesondere bei der direkten Anwendung unter Wasser. Hierzu werden standardisierte Tests entwickelt, welche eine repro-duzierbare Quantifizierung möglicher Schadstoffe erlauben und einen di-rekten Vergleich von frischem zu ausgehärtetem Material ermöglichen. Und nicht zuletzt stehen auch Geokunststoffe im Fokus der aktuellen Untersu-chungen. Neben der Betrachtung möglicher Umweltrisiken durch die po-tenzielle Freisetzung von Mikroplastik zeigten erste Analysen hier in Einzel-fällen die Freisetzung unterschiedlicher organischer Substanzen, deren Emission zwar nicht reguliert ist, welche aber dennoch negative ökotoxiko-logische Effekte hervorrufen können.  Auf der Basis der Forschungsergebnisse werden erste Konzepte zur Um-weltbewertung abgeleitet, mit dem Ziel möglichst einheitlicher und wissen-schaftlich fundierter Regelungen zur Umweltverträglichkeit. 130Untersuchung und Bewertung der Umweltverträglichkeit von Wasserbaumaterialien  5 Literatur Brand, S. (2020): New methodical approaches for the investigation of weathered epoxy resins used for corrosion protection of steel constructions. Jounral of Hazardous Materials, Vol. 395, S. 122289. EU-BauPVO (2011): Verordnung (EU) Nr. 305/2011 des Europäischen Parlaments und des Rates vom 9. März 2011 zur Festlegung harmonisierter Bedingungen für die Vermarktung von Bauprodukten und zur Aufhebung der Richtlinie 89/106/EWG des Rates, Amtsblatt der Europäischen Union.  Autoren:  Dr. Christian Dietrich  Bundesanstalt für Gewässerkunde  Referat G2 - Gewässerchemie Am Mainzer Tor 1 56068 Koblenz  Tel.: +49 261 1306 5970 Fax: +49 261 1306 5302 E-Mail: christian.dietrich@bafg.de   Dr. Anna Maria Bell Christian Brüggemann Steffen Amann Dr. Peter Schweyen Dr. Arne Wick Prof. Thomas A. Ternes  Bundesanstalt für Gewässerkunde Am Mainzer Tor 1  56068 Koblenz  Tel.: +49 261 1306 0 Fax: +49 261 1306 5302 E-Mail: posteingang@bafg.de    

Untersuchung und Bewertung der Umweltverträglichkeit von Wasserbaumaterialien

http://henry.baw.de/bitstream/20.500.11970/108917/1/12_Wasserbaumaterialien_Dietrich_.pdf

Untersuchung und Bewertung der Umweltverträglichkeit von Wasserbaumaterialien

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