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Dokumentenidentifikation DE19536146A1 03.04.1997
Titel Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung abgedichteter Bauwerksschalen durch Abdämmen zusitzender Feuchtigkeit
Anmelder Beton- und Monierbau GmbH, 45661 Recklinghausen, DE
Erfinder Quellmelz, Friedrich, Dr.-Ing., 45134 Essen, DE;
Daude, Ekkehart, Dipl.-Ing., 47447 Moers, DE
Vertreter Herrmann-Trentepohl und Kollegen, 44623 Herne
DE-Anmeldedatum 28.09.1995
DE-Aktenzeichen 19536146
Offenlegungstag 03.04.1997
Veröffentlichungstag im Patentblatt 03.04.1997
IPC-Hauptklasse E02B 3/16
IPC-Nebenklasse E04B 1/66   E21D 11/38   
Zusammenfassung Bei einem Verfahren und einer Vorrichtung zur Herstellung abgedichteter Bauwerksschalen durch Abdämmen zusitzender Feuchtigkeit kennzeichnet sich die Erfindung durch das Aufbringen von Bahnen, die einen hydrophil eingestellten Kunststoff enthalten, der bei zusitzender Feuchtigkeit durch Aufquellen an der Bauwerksschale zur Dichtung gebracht wird.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung abgedichteter Bauwerksschalen gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf den Untertagebetrieb, nämlich auf Bauwerke, welche die unterirdischen Hohlräume auskleiden. Bevorzugt ist die Erfindung für den Tunnelausbau vorgesehen, weil dort an die Wasserundurchlässigkeit der Innenschale der Auskleidung besonders hohe Anforderungen gestellt werden. In der Regel handelt es sich bei der Abdichtung zusitzender Feuchtigkeit um die Abdichtung der tragenden Bauwerksschale, die ihrerseits in der Regel aus bewehrtem Beton besteht. Besonders vorteilhaft wirkt sich die Erfindung auf Bauwerke, d. h. insbesondere Tunnelauskleidungen, aus, bei denen die Schale aus wasserundurchlässigem, sogenanntem WU-Beton besteht. - Im folgenden wird die Erfindung deshalb anhand dieses Anwendungsbeispiels näher erläutert.

Es ist bekannt, nach Freilegen der Gebirgsoberfläche zur vorläufigen Sicherung des Gebirges eine äußere Schale aus Spritzbeton auf das anstehende Gebirge aufzubringen, bevor die tragende Betonschale betoniert wird. Bei wasserführendem Gebirge wird bei derartigen Bauwerken auf den Spritzbeton eine Kunststoffhaut aufgebracht, die aus randverschweißten Folien aufgebaut wird. Die Verschweißung der Folienränder muß sorgfältig erfolgen, um umläufiges Wasser zu vermeiden. Deshalb werden die Schweißnähte auf Dichtigkeit geprüft, bevor mit Hilfe einer Schalung, ggf. eines Schalwagens, die tragende Bauwerksschale an die Abdichtungshaut angeschlossen wird. Die Überprüfung der Schweißnähte erstreckt sich im wesentlichen auf die Dichtigkeit der Schweißnähte und erfolgt u. a. durch Aufbringen von Unterdruck bei der Prüfung.

Dieses bekannte Verfahren zur Herstellung abgedichteter Bauwerks schalen durch Abdämmen zusitzender Feuchtigkeit erweist sich in der Praxis auch bei Anwendung größter Sorgfalt als nicht absolut zuverlässig. Darüber hinaus besteht stets die Gefahr, daß die Folie beim Einbringen der tragenden Schale verletzt wird. Die Verletzungsgefahr ist insbesondere dann groß, wenn die Schale bewehrt werden muß, weil das Hantieren mit dem Bewehrungsstahl auf der Schalung ohne Verletzung der verschweißten Folien schwierig ist. Sind einzelne Schweißnähte trotz erfolgter Prüfung nicht vollständig dicht und/oder weist die Abdichtungsfolie Perforationen auf, kann dies bei zusitzender Feuchtigkeit zur Umläufigkeit führen.

Auch wenn die abgedichtete Bauwerksschale aus WU-Beton besteht, führt doch die unvermeidliche Rißbildung zum Austreten von Feuchtigkeit auf der Innenseite der auf diese Weise abgedichteten Bauwerksschale, sobald Feuchtigkeit zusitzt. Solange der Feuchtigkeitsandrang lediglich zur Oberflächenfeuchtigkeit führt, wird er in der Regel nicht bemerkt oder geduldet. Beim Auftreten von niedrigen Temperaturen kann dies jedoch zur Eisbildung und damit zu entsprechenden Gefährdungen des Tunnelbetriebes führen. Anderenfalls wird versucht, mit Hilfe von Injektionsmitteln, die in und durch die tragende Schale hindurch eingebracht werden, den Feuchtigkeitsandrang zu stoppen und die Feuchtigkeit abzudämmen. Das gelingt insbesondere bei umläufiger Feuchtigkeit in der Regel nur mit erheblichem Aufwand, da es oftmals unmöglich ist, nach Fertigstellung der Auskleidungskonstruktion die genaue Lage der Undichtigkeit der Abdichtungshaut festzustellen.

Die Erfindung geht demgegenüber einen anderen Weg, dessen Grundgedanke im Anspruch 1 wiedergegeben ist. Weitere Merkmale der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Dadurch, daß für die Bahnen ein hydrophil eingestellter Kunststoff verwendet wird, führt zusitzende Feuchtigkeit zur Volumenzunahme der Bahnen. Die dadurch aufquellenden Bahnen nehmen isotrop an Volumen zu und sind deswegen formstabil. Das führt dazu, daß sich beim Aufquellen der Bahnen ein erheblicher Dichtdruck in der Bauwerksschale aufbaut, der von dem Maß der zusitzenden Feuchtigkeit abhängt. Das bedeutet, daß je höher der Feuchtigkeitsandrang ist, umso stärker auch die Abdichtung ausfällt. Zusitzende Feuchtigkeit führt daher nach Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens in aller Regel nicht zur Oberflächenfeuchtigkeit an der Bauwerksschale und zu den damit verbundenen Gefährdungen. Man benötigt daher zur Abdämmung der Feuchtigkeit auch in der Regel keine Injektionsmittel. Die so hergestellte Abdämmung kann allerdings bedarfsweise durch Injektionen ergänzt werden, wobei sich die zu injizierenden Stellen leicht identifizieren lassen, da sie durch den hohen Dichtdruck des hydrophil eingestellten Kunststoffes nur an begrenzten Stellen auftreten können, die dort liegen, wo die Feuchtigkeit zusitzt. Umläufige Feuchtigkeit läßt sich mit dem erfindungsgemäßen Verfahren in der Regel vermeiden.

Selbst wenn bei den Bauarbeiten Bahnen verletzt, z. B. örtlich perforiert werden, schließen sich die Verletzungen beim Aufquellen der Bahnen mit der erforderlichen Dichtigkeit selbsttätig. Dieser "Selbstheileffekt" erübrigt kostspielige Nacharbeit.

Vorzugsweise mit den Merkmalen des Anspruches 2 wendet man das erfindungsgemäße Verfahren grundsätzlich nur dort an, wo mit von außen zusitzender Feuchtigkeit gerechnet werden muß. Dies gelingt auf einfache Weise, da infolge der beschriebenen, hohen Volumenzunahme bei zusitzender Feuchtigkeit geringe Bahnendicken angewandt werden können.

Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich auch verhältnismäßig einfach in der Praxis umsetzen. Denn die hydrophil eingestellten Kunststoffe, die im Rahmen der Erfindung verwendet werden können, haften in der Regel auf den meisten Untergründen, wenn diese nicht blank und glänzend sind. Es empfiehlt sich daher, mit Ausnahme dieser ungünstigen Randbedingungen von den Merkmalen des Anspruches 3 Gebrauch zu machen. Denn hierbei werden die Bahnen im wesentlichen durch Ausnutzung der Klebekraft des Kunststoffes auf dem Untergrund befestigt. Einzelne Stellen, die auf diese Weise nicht erreicht werden können, lassen sich konventionell ausführen, d. h. mit Befestigungsmitteln versehen, die die Bahnen mechanisch festhalten, bis die Bauwerksschale eingebracht worden ist.

Es hat sich jedoch als zweckmäßig erwiesen, das erfindungsgemäße Verfahren mit den Merkmalen des Anspruches 4 zu führen. Dadurch, daß man zunächst auf den Untergrund ein Raster aus Streifen befestigt, die aus dem hydrophil eingestellten Kunststoff bestehen, gewinnt man eine Kunststoffoberfläche für die hydrophil eingestellten Kunststoffbahnen, so daß bei der Befestigung der Bahnen Kunststoff auf Kunststoff klebt und dadurch eine besonders dichte und feste Verbindung mit dem Untergrund entsteht. Zwischen den Linien des Rasters ist die Bindung entsprechend geringer, jedoch noch immer hinreichend widerstandsfähig, um ein ordnungsgemäßes Einbringen der Bauwerksschale zu gewährleisten. Dringt jedoch Feuchtigkeit zwischen den Rasterlinien ein, so wird sie an den Streifen daran gehindert, in daneben liegende Rasterflächen überzutreten. Dadurch läßt sich die Umläufigkeit in der Regel vermeiden und jedenfalls die Stellen lokalisieren, an denen von außen nachgedämmt werden muß.

Vorzugsweise führt man diese Ausführungsform der Erfindung mit den Merkmalen des Anspruches 5 durch. Da man hierbei die benachbarten Kanten aller Bahnen auf einander entsprechenden Kunststoffflächen verklebt ergibt sich eine grundsätzlich gleichmäßige Befestigung und Versiegelung auf der erforderlichen Fläche des Bauwerkes. Sie hat den Vorteil, daß sie wegen ihrer doppelten Verklebung in der Regel nicht besonders geprüft zu werden braucht.

Der für das erfindungsgemäße Verfahren benutzte hydrophil eingestellte Kunststoff ist in der Regel ein Poly-Urea-Kunststoff, der eine Zellstruktur zur isotropen Wasseraufnahme aufweist. Solche Kunststoffe haben den Vorteil, daß sie nicht nur unter Wasseraufnahme quellen, sondern nach Aufhören des Wasserandrangs isotrop die Quellung rückgängig machen, sobald das Wasser wieder abgegeben wird.

Solche Kunststoffe erfordern in der Regel keinen Primer oder eine sonstige Vorbereitung des Untergrundes vor dem Aufkleben der Streifen bzw. der Bahnen. Es empfiehlt sich jedoch, nach den Merkmalen des Anspruches 7 den Untergrund vor dem Auftragen des Kunststoffes von lose und trennend wirkenden Verschmutzungen zu befreien, um eine durchgehende Verklebung zu gewährleisten.

Die Einzelheiten, weiteren Merkmale und andere Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einer Ausführungsform der Erfindung anhand der Figuren in der Zeichnung; es zeigen

Fig. 1 perspektivisch und in einem Sprengbild den Aufbau einer Kunststoffbahn für die Herstellung der erfindungsgemäßen Abdämmung,

Fig. 2 in der Fig. 1 entsprechender Darstellung einen Rasterstreifen für die Befestigung der Bahnen hinter der Bauwerksschale,

Fig. 3 ein Diagramm zur Verdeutlichung der Abhängigkeit von Quellvolumen und Quelldruck des für die Bahnen bzw. Streifen benutzten Kunststoffes und

Fig. 4 Schematisch eine abgedämmte Strecke in perspektivischer Darstellung.

Für das erfindungsgemäße Verfahren werden als Vorrichtung Bahnen 1 und/oder Streifen 2 verwendet, die in wenigstens einer Schicht 3 bzw. 4 ein sich dem Bauwerk durch seine Flexibilität anpassendes Poly- Urea-Elastomer aufweisen, welches in Wasser unter isotroper Volumenzunahme quillt und unter Wasserabgabe schrumpft.

In Fig. 3 ist auf der Abszisse die isotrope Wassersorption in Prozent des ursprünglichen Volumens angegeben, während auf der Ordinate die Wasseranlage in Stunden aufgetragen ist. Das Diagramm zeigt, daß das maximale Quellvolumen bei dieser Ausführung des Poly- Urea-Elastomers auf ca. 200% beschränkt ist. Der dann entstehende Quelldruck auf der Bauwerksschale ist abhängig von der Dicke der Schicht 3, 4, wird aber infolge der Zellstruktur einer Matrix 5 begrenzt, auf deren Innenseite 6 die Poly-Urea-Kunststoffschicht 3 eine Beschichtung bildet. Die Matrix 5 besteht aus einer geschlossenporigen Kunststoffschicht in Form einer flexiblen Polyethylenfolie.

Für die Verarbeitung der Bahnen bei der Herstellung der Abdichtung ist die der Matrix 5 abgewandte Oberfläche 7 der Poly-Urea-Kunststoffbeschichtung mit einer Schutzfolie 8 versehen, die auf dem Kunststoff der Schicht 3 vorübergehend, aber ausreichend haftet. Im Ausführungsbeispiel ist die Schutzfolie 8, welche ihrerseits aus Polyethylen besteht, mit zwei randparallelen Reihen 9, 10 aus Perforationen versehen.

Die in Fig. 2 dargestellten Streifen bilden ein Montagetape, das zum Schutz der Oberflächen 7 und 11 der aus Poly-Urea-Kunststoff bestehenden Schicht 4 mit Schutzfolien 12 und 14 versehen ist, von denen die Schutzfolie 14 eine Perforationsreihe 15 aufweist.

Die Verarbeitung ist denkbar einfach. Bedingt durch die hervorragende Eigenhaftung des Poly-Urea-Kunststoffes auf nahezu allen Untergründen und durch die Perforationen in den Reihen 9, 10 sind keine weiteren Hilfsmittel zur Fixierung der Poly-Urea-Schicht notwendig.

Die Fig. 4 zeigt einen bogenförmigen Streckenausbau, jedoch ohne seine mindestens aus zwei Schalen bestehende Auskleidung. Dargestellt ist ein Raster, das auf der Innenseite einer äußeren Schale befestigt ist und aus den Streifen 2 besteht, die auf die Innenseite der äußeren Schale aufgeklebt sind. Dabei sind die Montagetapes auf den trockenen, staubfreien Untergrund in den Bahnen entsprechender Breite aufgeklebt. Bei nicht optimalem Untergrund können die Eigenschaften durch mechanische Fixierungen unterstützt werden.

Das Raster, das allgemein mit 15 bezeichnet ist, folgt dabei der Streckenlängsrichtung mit mehreren geraden und parallel verlaufenden Rasterlinien 16, 17 im Sohlenbereich, weiteren geraden Rasterlinien 18, 19 längs eines Streckenstoßes, an dem Wasser zusitzt, im Firstbereich bei 20 sowie schließlich quer zur Streckenlängsrichtung in der Sohle, wie beispielsweise bei 21 und 22 dargestellt. Ferner sind gekrümmte Rasterlinien quer zur Streckenachse bei 22, 23, 24 und 25 vorgesehen. Alle Rasterlinien überdecken sich mit den sich kreuzenden bzw. aneinander anschließenden Streifen 2, so daß ein kontinuierliches Raster über den gesamten Streckenumfang im Ausführungsbeispiel entsteht.

Zwischen den Rasterlinien entstehen daher an beiden Streckenstößen und in der Firste Räume 26, 27 sowie 27, 28, aber auch in der Sohle wie bei 29 wiedergegeben. Diese Räume werden mit den Bahnen 1 abgedeckt. Dazu werden die Bahnen 1 so angebracht, daß die Kanten benachbarter Bahnen genau in der Mitte des Montagetapes aufeinandertreffen. Auf diese Weise entsteht ein vollständig versiegelter Baukörper. Unregelmäßige Flächen lassen sich durch einfaches Zuschneiden der Bahnen vor Ort individuell an die jeweiligen Baukörperkonturen anpassen.

Infolge der hohen Flexibilität und des Selbstheileffektes, der durch das Quellvermögen des Poly-Urea- Kunststoffes entsteht, wird ein optimaler Schutz gegen mechanische Beanspruchungen erzielt, so daß im Ergebnis eine überall dichte Abdämmung entsteht.

Sobald die betreffenden Schichten mit Wasser in Berührung kommen, beginnen sie isotrop zu quellen. Bei allseitig gleichmäßiger Benetzung nimmt das Volumen schnell zu. Die Geschwindigkeit der Volumenzunahme ist direkt abhängig von der Schichtdicke und der benetzten Fläche. Das Quellvermögen ist absolut reversibel. Bei Austrocknung geht das Volumen langsam auf das Ausgangsmaß zurück und wird bei erneutem Wasserkontakt auch sofort reaktiviert.

Der verwendete Poly-Urea-Kunststoff ist vorzugsweise ein Zweikomponenten-Kunststoff, der seinerseits eine Zellstruktur zur isotropen Wasseraufnahme aufweist. Zur Reaktion der Komponenten wird ein Aktivator verwendet. Der Zweikomponenten-Kunststoff kann mit Füllstoffen und/oder mit Farbpigmenten versehen sein, um einerseits das gegebene Volumen mit den Füllstoffen zu vergrößern und andererseits eine UV-Beständigkeit herbeizuführen.

Das Zusammenbringen der beiden Komponenten erfolgt zweckmäßig durch volumetrische Dosierung, nachdem der Aktivator einer Komponente zugesetzt worden ist. Es empfiehlt sich allerdings, die Komponenten vor dem Zusammenbringen in einem Mischer zu homogenisieren, bevor man sie vorzugsweise mit Hochdruckdosierpumpen vermischt, wobei die Beschichtung z. B. nach dem Airlessverfahren erfolgen kann.

Die A-Komponente des Kunststoffes enthält unter den vorgenannten Voraussetzungen ein Polyisozyanat-Prepolymeres, während die B-Komponente ein Polyol mit einem Gehalt an monomerem Diisozyanat ist. Der Aktivator wirkt als Katalysator bei der Herstellung der Beschichtung. Die A- und die B-Komponente können im Verhältnis von 1 : 1 gemischt werden, jedoch ist dieses Verhältnis modifizierbar, um speziellen Anforderungen Rechnung zu tragen.


Anspruch[de]
  1. 1. Verfahren zur Herstellung abgedichteter Bauwerksschalen durch Abdämmen zusitzender Feuchtigkeit, gekennzeichnet durch das Aufbringen von Bahnen, die einen hydrophil eingestellten Kunststoff enthalten, der bei zusitzender Feuchtigkeit durch Aufquellen an der Bauwerksschale zur Dichtung gebracht wird.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Flächen mit zusitzender Feuchtigkeit mit den Bahnen vollständig versiegelt werden.
  3. 3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bahnen auf dem Untergrund des Bauwerkes im wesentlichen durch Aufkleben des Kunststoffes befestigt werden.
  4. 4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst auf dem Untergrund ein Raster aus Streifen befestigt wird, die aus dem hydrophil eingestellten Kunststoff bestehen, wobei die Bahnen auf die Rasterlinien aufgeklebt werden.
  5. 5. Verfahren nach einem oder mehreren der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die aneinander anschließenden Bahnen mit ihren benachbarten Kanten etwa in der Streifenmitte aufgeklebt werden.
  6. 6. Verfahren nach einem oder mehreren der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß für die Bahnen und die Streifen ein Poly-Urea-Kunststoff verwendet wird, welcher in Verbindung mit einer Kunststoffschicht, die eine Zellstruktur aufweist, das Wasser aufnimmt und abgibt.
  7. 7. Verfahren nach einem oder mehreren der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Untergrund vor dem Auftragen des Poly-Urea-Kunststoffes von lose und trennend wirkenden Verschmutzungen befreit wird.
  8. 8. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der vorausgehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Bahnen (1) und/oder Streifen (2), die in wenigstens einer Schicht (3, 4) ein sich dem Bauwerk durch seine Flexibilität anpassendes Poly-Urea-Elastomer aufweisen, welches in Wasser unter isotroper Volumenzunahme quillt und unter Wasserabgabe schrumpft und auf dem Bauwerksuntergrund sowie auf Kunststoff klebt.
  9. 9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Poly-Urea-Kunststoffschicht (4) der Bahnen (1) eine Beschichtung auf einer geschlossenporigen thermoplastischen Kunststoffschicht (5) bildet.
  10. 10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die geschlossenporige Kunststoffschicht aus einer PE-Folie besteht.
  11. 11. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei den Bahnen (1) die Poly-Urea-Elastomer-Schicht (3) eine Schutzfolie (8) aufweist.
  12. 12. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzfolie (8) der Bahnen (1) perforiert ist.
  13. 13. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei den als Montagetapes benutzten Streifen die Poly- Urea-Kunststoffschicht (4) beiderseits mit einer Schutzfolie (12, 14) versehen ist.
  14. 14. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Schutzfolien (14) mit einer Perforationsreihe (15) versehen ist.
  15. 15. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Poly-Urea-Polymere ein mit Füllstoffen und/oder mit Farbpigmenten gefüllter Zweikomponentenkunststoff ist.
  16. 16. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die A-Komponente des Polymeren ein Polyisozyanat- Polymeres enthält, während die B-Komponente ein Polyol mit einem Gehalt an monomerem Diisozyanat ist und als Aktivator ein Katalysator verwendet wird.
  17. 17. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die A- und die B-Komponente im Verhältnis von 1 : 1 gemischt sind.






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