.............. Baader Konzept Umwelt GmbH

Landschaft Projekte

unipoint ag

Untersuchungen zur vegetationstechnischen Eignung

des Steinmehlproduktes ~ l i n o Typ I (Klinoptilolith)

Auftraggeber:

Auftragnehmer:

Unipoint AG Langenmoos 9 CH-8467 Tmttikon

Baader Konzept GmbH Weißenburger Straße 19 D-91 71 0 Gunzenhausen Nordendstraße 44 0-64546 Mörfelden-Walldorf www. baaderkonzept.de

Gunzenhausen, den 14.02.2002

INHALT I Seite l

Inhaltsverzeichnis Seite

Physiko-chemische Eigenschaften von Klinoptiliolith und Ziel der Untersuchungen .............................................................................. I

Untersuchungsprogramm und Ergebnisse ................................................ 2 Aufbau des Gefäßversuches mit Laboruntersuchungen ..................................... 2 Ergebnisse .............................................................................................................. 3

2.2.1 Vegetationskundliche Auswertungen ...................... .. ............................................ 3 2.2.2 Bodenkundliche Auswertungen.. .............................................................................. .6 2.3 Schlussfolgerungen zur vegetationstechnischen Eignung des

Steinmehlproduktes Klino Typ I (Klinoptilolith) .................................................. 8

Literaturverzeichnis ................................................................................... 9

Anlagenverzeichnis

Anlage 1 :

Anlage 2:

Abbildungen zum Topfversuch

Zusammenstellung der geomechanischen Versuchsergebnisse

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UNlPOlNT AG Klino Typ I I Seite 1

Physiko-chemische Eigenschaften von Klinoptiliolith und Ziel der Untersuchungen

Hydrations- und Ionenaustauschkapazität von Zeolithen

Das Steinmehlprodukt Kiino Typ I besteht vorwiegend aus einem Na-Aluminiumsilikat, wel- ches zur Gruppe der natürlichen Zeolithe gehört. Mineralisch ist das Silikat innerhalb der Zeolithe als Klinoptilolith einzuordnen.

Zeolithkristalle sind hochporös und von zahlreichen submikroskopischen Kanälen durchzo- gen, in denen sich Wasser befindet, das bei höheren Temperaturen entweicht. Die offene und poröse Struktur sowie die lockere Bindung von Wasser und Kationen sind für viele inte- ressante Eigenschaften der Zeolithe verantwortlich. So dienen sie in zahlreichen Industriebe- reichen als Adsorptionsmittel, als Molekularsiebe für Trennprozesse, als Katalysator sowie als Ionenaustauscher. Natürliche Lagerstätten für Zeolithe in ausreichenden Größenordnun- gen und mit entsprechend guten Qualitäten sind heute z. B. in Japan, Nordamerika, Austra- lien und auch in Europa bekannt, so dass sich neue Anwendungsmöglichkeiten eröffnen.

Die wichtigste Eigenschaft einiger Zeolithe besteht darin, reversibel dehydratisiert werden zu können. Sie unterliegen dabei selbst bei mehreren Tausend Zyklen keiner Strukturänderung des Gittergerüsts, solange Druck und Temperaturen gewisse Grenzwerte nicht überschrei- ten. In den Zeolithporen und Hohlräumen können auf zwei Arten Wassermoleküle gebunden werden:

- in den Strukturmolekülen (auf den sios4- und ~ l ~ ~ ~ - ~ e t r a e d e r n ) - als Hydrathüllen der austauschbaren Kationen.

Neben dem stark- und schwachgebundenem Zeolithwasser gibt es externes Wasser, das im Vakuum schon bei 30°C entweicht.

Durch Kontakt des Zeoliths mit Ionen in einer Wasserlösung können diese adsorbiert wer- den. Die spezifische Oberfläche des Zeoliths beeinflusst die lonenadsorption. Diese Oberflä- che ist beim Klinoptilolith aufgrund der energetischen und kristallographischen Unterschied- Iichkeit als heteropolar und heterogen definiert. Im Falle, dass die Ionenaustauschkapazität erschöpft ist, kommt es zur physikalischen Adsorption von Salzen auf der Oberfläche, z. B. mittels der Van-der-Waals-Bindung. Daraus resultieren für Klinoptilolith mineralspezifische lonenaustausch- und Absorptionseigenschaften (NH4' 4< K'

UNI POINT AG Klino Typ I I Seite 2

Untersuchungsprogramm und Ergebnisse

Aufbau des Gefäßversuches mit Laboruntersuchungen

Zur Ermittlung der grundlegenden vegetationstechnischen Eignung des Steinmehlproduktes Klino Typ 1 wurde ein Gefäßversuch mit ergänzenden Laboruntersuchungen durchgeführt. Das Untersuchungsprogramm gliedert sich in

Ansetzen eines Gefäßversuches auf der Grundlage eines Sandgemisches unter Einsatz verschiedener Mengen an Weißtorf und Klino Typ I (Siebung 0,3 - 2,5 mm) mit Ansaat einer Gräsermischung (Lolium perenne I Poa pratensis) in 5 Varianten.

Erfassung und Auswertung vegetationskundlicher Kenndaten zur Aufwuchsentwicklung (Keimverhalten, Deckungsgrad (Narbendichte) und Schnittgutmasse)

Ermittlung der Wasserdurchlässigkeit nach DIN 18035 Teil 4 sowie nach ÖNORM B 2606-1 an jeweils 4 Varianten.

Ansetzen des Gefäßversuches

5 Varianten mit jeweils 4 Wiederholungen in Töpfen zu je 2,5 1 Substrat

Grundlegendes Sandgemisch aus gewaschenem Sand 012 (85%) und Feinstsand 010,125 (1 5%).

Zusammensetzung der Varianten:

- Variante 1 : Sandgemisch - Variante 2: SandgemischKorf - Variante 3: Sandgemisch/TorflKlino Typ I - Variante 4: SandgemischIKlino Typ I - Variante 5: SandgemischIKlino Typ I Einbau am 18.10.2001:

Anteile in Uol.-%

100 80120 8011 O l l 0 80120 60140

- Herstellung und Einbau der Topfsubstrate - Ansaat mit Rasenmischung aus Lolium perenne (80%) und Poa pratensis (20%) mit

einer Ansaatstärke von 30 g I m2

- Düngung mit Scotts Rasendünger (8g N 1 m2) - Aufsättigung bis Feldkapazität.

Pflege:

- Bewässerung bei oberflächlich trockenem Substrat (ca. 300mlNVoche), - künstliche Beleuchtung 14 h I d mit Ca. 5.000 Lux (Leuchtstoffröhren der Farbe Kalt-

weiß mit sonnenlichtnahen Spektrum).

Durchführung des Gefäßversuches

Erfassung und Auswertung vegetationskundlicher Kenndaten

- Keimverhalten 1 Entwicklung der Keimpflanzenzahlen (Bonitierung) - Deckungsgrade ab 2. Woche - Aufwuchsentwicklung (Trockenmasse des Schnittgutes)

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UNlPOlNT AG Mine ~ y p I I Seite 3

Ermittlung der Wasserdurchlässigkeit an ausgewählten Varianten

- nach DIN 18035 Teil 4 (Sportplätze, Rasenflächen) - nach ÖNORM B 2606-1 (Sportplatzbeläge, Rasenbeläge) inkl. Ermittlung desr bodenphysikalischen Parameter:

- Setzungsverhalten - Scherwiderstand (Flügelsonde).

Ergebnisse

Vegetationskundliche Auswertungen

Keimverhalten 1 Entwicklung der Keimpflanzenzahlen

Die Ergebnisse zum Keimverhalten bzw. zur Entwicklung der Keimpflanzenzahlen sind in Tabelle 1 zusammengestellt.

Tab. 1.: Keimpflanzenzahlen 8 Tage nach Versuchsanlage (Bonitierungsergebnisse I))

Var.: Variante; W =Wiederholung - ') Bonitieningsstufen: 1 = 100 Keimlinge / Topf

2 = 100 - 200 Keimlinge / Topf 3 = > 200 Keimlinge / Topf 4 = > 200 Keimlinge / Topf mit starker Entwicklung

Die Keimpflanzen-Bonitierung 8 Tage nach Versuchsbeginn (26.10.2001) zeigte in erster Linie Unterschiede zwischen der reinen Sand-Variante mit der zögerlichsten Entwicklung zu Beginn und den restlichen Varianten mit Substratverbesserung.

Am besten schnitten die Variante 2 (Sand 80 1 Torf 20) und die Variante 4 (Sand 80 1 Klino 20) ab. Die Werte der Variante 5 mit 40 % Klino-Anteil lagen bei dieser ersten Bewertung der Vegetationsentwickiung deutlich unter der Variante mit 20 % Klino-Anteil.

Deckungsgrade

Die Ergebnisse zur Entwicklung der Deckungsgrade, die zwischen dem 01 .I 1.2001 und dem 16.01.2002 an 6 Terminen ermittelt wurden, sind in Abbildung 1 dargestellt. Zur Ermittlung der Deckungsgrade wurde der Anteil an vegetationsbedeckter Bodenoberfläche in den Töp-

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UNI POINT AG Kiino ~ y p I I Seite 4

fen geschätzt. Die aufgeführten Zahlen stellen jeweils die Mittelwerte aus den 4 Wiederho- lungen je Variante dar.

Abb. 1 : Entwicklung der Deckungsgrade im Untersuchungszeitraum

a,o 0

Termine: 1 = 01.11.2001; 2 = 07.11.2001; 3 = 14.11.2001; 4 =22.11.2001; 5 =20.12.2001; 6 = 16.01.2002

I V a r . I

I V a r . 2

Ovar. 3

I V a r . 4

WVar. 5

Die Bestandsentwicklung bezüglich der Deckungsgrade verlief in den Varianten mit Torfbei- mischung (Var. 2 + 3) bis zur 3. Woche nach Versuchsanlage (Termin 2) am zügigsten, wo- bei die Variante 2 mit 20 % Torfbeimengung und ohne Zusatz von Klino Typ I die mit Ab- stand besten Werte zeigte. Die reine Sand-Variante war. 1) wies durchgängig die niedrigs- ten Deckungsgrade aller 5 Varianten auf.

2,s

14,3

9,8

7 3

7,3

Ab der 4. Woche nach Anlage (Termin 3) war in Variante 5 mit einer Beimischung von 40 % Klino Typ I die beste Bestandsentwicklung mit den höchsten Deckungsgraden zu verzeich- nen, ab der 5. Woche (Termin 4) konnten auch in der Variante 4 (Sand 80 / Klino 20) gering- fügig höhere Deckungsgrade als in der Variante 2 (Sand 80 / Torf 20) ermittelt werden. Die gegenüber den Varianten 2 und 3 mit Torfbeimengung höheren Deckungsgrade der Sand- Klino-Varianten 4 und 5 konnten im weiteren Verlauf des Versuches wiederholt ermittelt wer-

9,3

245

213

18,8

16,8

den. Jedoch zeigte sich bei der Deckungsgradschätzung am 16. 01.2002 zu Ende des Ver- suches, dass insbesondere die Deckungsgrad-Werte der Variante 3 (Torf-Klino-Kombination)

6 5

223

17,O

20,3

24,3

den Abstand zu den Varianten 4 und 5 deutlich verringern konnten.

Aufwuchsmasse (Trockenmasse des Schnittgutes)

8,s

27,5

21,8

28,3

343

Nach den Deckungsgradschätzungen am 07.1 1. und 22.1 1.2001 sowie am 03.01.2002 wur- de der Aufwuchs in den Töpfen geschnitten, getrocknet und gewogen. Die so ermittelte Tro-

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8 3

19,8

X40 26,o

32,O

8,5

24,5

29,O

31,8

36,8

UNlPOlM AG iüino ~ y p I I Seite 5

ckenmasse des Schnittgutes (Mittelwerte der vier Wiederholungen) ist für die 5 Varianten in Abbildung 2 dargestellt.

Abb. 2: Entwicklung der Aufwuchsmassen im Untersuchungszeitraum

0,80

0,70 Yi

0,60 C \

0,50 .- 9) g 0,40 m

0,30 Q)

Y

8 0,20 l=

0,lO

0,oo Termi

Termine: 1 = 07.1 1.2001; 2 = 22.1 1.2001; 3 = 03.01.2002

Während die Darstellungen der Aufwuchsmassen zu den Schnitttemiinen 07.1 1. und 22.1 1.01 ein relativ undifferenziertes Bild auf geringem Gesamtniveau abgeben, zeigen die Trockenmassen des Schnittgutes vom Termin 03.01.02 deutliche Unterschiede zwischen den Varianten. Auch das Gesamtniveau der durchschnittlichen Schnittgut-Trockenmassen je Topf liegen hier mit Werten zwischen 0,33 und 0,72 g 1 Topf deutlich höher.

Während für die reine Sand-Variante (Var. 1) wie schon bei den Deckungsgraden zu jedem Schnitttermin die geringsten Werte ermittelt wurden, zeigten sich insbesondere beim Schnitt- termin 03.01.2002 bei Variante 5 mit deutlichem Abstand die höchsten Werte, gefolgt von den Varianten 4,2 und 3.

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UNI POINT AG Klino ~ y p I I Seite B

2.2.2 Bodenkundliche Auswertungen

Ermittlung der Wasserdurchlässigkeit

Für die ausgewählten Varianten 1,2, 4 und 5 wurde die Wasserdurchlässigkeit

- nach DIN 18035 Teil 4, Kap. 5.1.3 und - nach ÖNORM B 2606-1, Kap. 11.2

ermittelt.

Im Rahmen der Ermittlung der Wasserdurchlässigkeit nach DIN 18035 wurden auch die stoff-(varianten-)spezifischen Wassergehalte bei 100 % und 60 % Laborkapazität (LK 100, LK 60) ermittelt.

Aus den im Prüfvorgang nach Ö-Norm jeweils ermittelten Zeiten für die Wasserdurchlässig- keit (Absinken eines Wasserspiegels von 45 mm auf 35 mm Anstauhöhe) wurde in Anleh- nung an die Berechnung des Wasserschluckwertes nach DIN 18035 der entsprechende Wert berechnet.

Zusätzlich wurden im Rahmen beider Prüfverfahren die Scherwiderstände der in die Prüfzy- linder eingebauten Substrate'ermittelt.

Tabelle 2 zeigt im Überblick die in den verschiedenen Prüfverfahren ermittelten spezifischen geomechanischen Parameter. Die ausführliche Darstellung der Ergebnisse ist der Anlage 2, Blatt 1 bis 4, zu entnehmen.

Tab. 2: Ausgewählte geomechanische Parameter in den Varianten 1,2, 4 und 5

LK = Laborkapazität bei spezifwhern Aufsättigungsgrad WG = Wassergahalt MN = Mega-Newton

:?Tmn , 1

2

4

5

Als zentrale Werte für die Auswertung der Wasserdurchlässigkeit nach DIN 18 035 sind in Abbildung 3 die Wasserdurchlässigkeit (mod. kf) und die stoffspezifischen Wassergehalte bei LK 100 graphisch dargestellt.

Ar.: 01 052 14.02.2002 Baader Konzept GmbH d:bz\2001 \01052\oeko\gu\klino-text.doc

Wasserdurchlässigkeit stofkpezifischer (mod. b- Wert) nach Wassergehalt

DIN 18035 ÖNORM (Laborkap. n. DIN 18 035)

LK 100 1 LK60 WG 12 % LK 100 1 LK 60 ,* ---- 'X- - -

Scherwiderstand

nach Verdichtung gemäß

DIN 18 035 1 ONORM 9 's rt4iw2 ,

0,008

0,014

0,008

0,008

&I 214

9s' 12,9

14,8 19,s 18,8

21 ,O

0,019

0,020

0,018

0,018

8,9 11,8

11,3

12,6

7,6

7,Q 12,2

14,6

4,4

7,O

786 12,O

UNlPOlNT AG Klino Typ I I Seite 7

Abb. 3: Wasserdurchlässigkeit und stoffspezifische Wassergehalte bei LK 100 in den Varianten 1,2 4 und 5

stoffspezifischer Wssergehalt 100 in %

Wasserdurchlässigkeit in mmlmin

bei LK

Varianten

Am Verlauf der blauen Balken ist klar zu erkennen, dass die Wasserdurchlässigkeit in der Torfvariante (Var. 2) mit 2,4 mm/min am geringsten ist, während die Varianten mit Klino- eimischung (Var. 4 U. 5) die höchste Durchlässigkeit aufweisen und hier auch die reine Sand-Variante (Var.1) deutlich übertreffen.

Die nach ÖNORM mit einen festen Wassergehalt von 12 % sowie nach DIN 18 035 mit LK 60 ermittelten kWerte bestätigen die genannten Tendenzen der höheren Wasserduchläs- sigkeit in den Varianten mit Klino-Beimischung.

Die parallele Betrachtung der stoffspezifischen Wassergehalte bei LK 100 als Maßzahl für die substratspezifische Wasserspeicherfähigkeit ergibt für die reine Sand-Variante mit 14,8 % den geringsten Wert, während erwartungsgemäß bei der Torfvariante (Var. 2) mit 19,6 % ein deutlich höherer Wassergehalt gemessen wurde. Die spezifischen Wassergehalte für die beiden Klino-Varianten war. 4 U. 5) liegen im Bereich der Torfvariante, wobei die Variante 5 (Sand 60 / Klino 40) mit 21,O % Wassergehalt bei LK 100 die Wasserspeicherfähigkeit der Torfvariante noch übertrifft.

Die Betrachtung der Scherwiderstände ergibt für die Torfvariante (Var. 2) insbesondere nach der dynamischen Verdichtung gemäß DIN 18 035 deutlich höhere Werte als in der reinen Sand- oder den Kino-Varianten.

Az.: 01 052 14.02.2002 Baader Konzept GmbH d:\az\2001\01052\oeko~u\klino~text.doc

UNIPOINT AG Klino Typ I I Seite 8

2.3 Schlussfolgerungen zur vegetationstechnischen Eignung des Stein- mehlproduktes Klino Typ I (Klinoptilolith)

Im Rahmen der vegetationskundlichen Auswertung der Topfversuche (Deckungsgrad- und Aufwuchsermittlung) zeigte sich bei den Varianten mit Klino-Beimischung nach einer in den ersten drei Wochen gegenüber den Torf-Varianten war. 2 U. 3) relativ zögerlichen Vegetati- onsentwickiung im weiteren Verlauf eine deutliche Verbesserung. Dabei wurden in Variante 5 mit dem höchsten Klino-Anteil (Sand 60 I Klino 40) ab der 3. Woche die besten Ergebnisse erzielt.

Die bodenkundlichen Auswertungen zeigten bei Verwendung des Steinmehlproduktes Klino Typ I eine Verbesserung der Wasserdurchlässigkeit sogar gegenüber der reinen Sand- Variante. Parallel wurde in den Klino-Varianten die Wasserspeicherfähigkeit erhöht, die an die der Torf-Variante heranreichte bzw. diese in Variante 5 mit dem höchsten Klino-Anteil (Sand 60 I Klino 40) auch übertraf.

Bei der Interpretation der relativ geringen Wqsserdurchlässigeit bzw. der relativ hohen Was- serspeicherfähigkeit der reinen Sandvariante (Var. 1) ist die Zusammensetzung der Sandmi- schung mit einem Anteil von 15 % Feinstsand (010,125) zu berücksichtigen. Auf dieser Basis wurde durch die Beimischung von Klino Typ I mit Anteilen von 20 % und 40 % eine deutlich höhere Wasserdurchlässigkeit bei gleichzeitig höherer Wasserspeicherfähigkeit erreicht. Dies ist daher bemerkensweh, da bei der Beimischung von Bodenhifsstoffen zu Sandsub- straten die Veränderungen dieser beiden Paramter in der Regel entgegengesetzt verlaufen.

Als Nachteil ist jedoch zu bewerten, dass im Versuch die Beimischung von Klino Typ I (Sie- bung 0,3 - 2,5 mm) zu einem Sandsubstrat zu keiner Erhöhung des Scherwiderstandes bzw. der Oberflächenstabilität beiträgt, wie dies z. B. beim Zusatz von Torf zu beobachten ist. Die im Torf enthaltene organische Substanz und insbesondere die auftretende Faserstruktur bewirkt eine Vemetzung und Stabilisierung des Substrates, was mit dem untersuchten Steinmehlprodukt Klino Typ I nicht erreicht werden kann.

Abschließend ist festzustellen, dass sowohl die vegetationskundlichen als auch die bodenkundlichen (geomechanischen) Auswertungen der durchgeführten Untersu- chungen eine grundlegende Eignung des Steinmehlproduktes Klino Typ I (Klinoptilo- lith) als Bodenhilfs- oder -zusatzstoff im Landschafts- und Sportplatzbau erkennen lassen. Die Untersuchungen wurden mit der Siebfraktion 0,3 mm 12,5 mm durchgeführt. Auf andere, insbesondere im Feinkornbereich dominierende Siebfraktionen sind die gewonnenen Erkenntnisse ohne Überprüfung jedoch nur mit Einschränkungen zu übertragen.

Zur Ergänzung der grundlegend nachgewiesenen Förderung des Pflanzenwachstums und Verbesserung spezifischer Bodenwasserhaushaltsparameter durch das Produkt Klino Typ I (0,3 / 2,5) wird zur Verbesserung der Obefflächenstabilität (Scherwiderstand) eine Kombina- tion mit Torf- oder entsprechenden Kompost- bzw. Faserprodukten empfohlen. Jedoch kön- nen aufgrund der guten wasserspeichernden Wirkung des Produktes Klino Typ I die entspre- chenden Beimengungen gegenüber den üblichen Aufwandmengen reduziert werden, so dass Klino Typ I auch eine teilweise Ersatzfunktion für Torfprodukte zugeschrieben werden kann.

Ar.: 01 052 14.ü2.20M Baader Konzept GmbH d:k\2001 \01062\oeko~u\kllno~text.doc

UNI POINT AG Klino ~ y p I I Seite Q

Zur Absicherung der Ergebnisse dieses orientierenden Topfversuches sowie zur Ermittlung optimierter und anwendungsorientierter Substratzusammensetzungen bezüglich der

- Anteile an Klino Typ I, - der verwendeten Siebfraktionen und - ggf. der Zumischungsanteile von Torf, Kompost- oder anderen Faserprodukten auf

organischer Basis

sind unseres Erachtens weitere Topf- und insbesondere Freilandversuche erforderlich.

Literaturverzeichnis

DIN 18 035 (1991): DIN 18 035 Sportplätze,Teil4 Rasenflächen, Ausgabe Juli 1991. Deutsches Institut für Normung e.V. Berlin.Beuth- Verlag, Berlin.

ÖNORM B 2606-1 (1 997): ÖNORM B 2606-1 Sportplatzbeläge - Rasenbeläge, Ausgabe ON-1997. Österreichisches Normungsintii (ON), Wen

Gunzenhausen, den 14.02.2002

Dr. P. Baader Dr. F. Molder

Ar.: 01 052 14.02.2002 Baader Konzept GmbH d:\az\2001 \01052\oeko\alu\klino-text.doc

UNlPOlNT AG Klino ~ y p I I Anlage 1

Abb. A- 1: Topfversuch am 27.1 1.2001 (Überblick)

Abb. A- 2: Auswahhviederholungen der Varianten 1 bis 5 am 16.01.2002