| Dokumentenidentifikation |
DE102006056263A1 31.05.2007 |
| Titel |
Schildschwanzdichtungspaste |
| Anmelder |
F & B GmbH Feuerschutz & Baustofftechnik, 39108 Magdeburg, DE |
| Erfinder |
Kindermann, Klaus, 88142 Wasserburg, DE; Meißner, Annett, 39114 Magdeburg, DE |
| Vertreter |
Leinung, G., Ing. Pat.-Ing. Dipl.-Jur., Pat.-Anw., 39108 Magdeburg |
| DE-Anmeldedatum |
27.11.2006 |
| DE-Aktenzeichen |
102006056263 |
| Offenlegungstag |
31.05.2007 |
| Veröffentlichungstag im Patentblatt |
31.05.2007 |
| IPC-Hauptklasse |
E21D 9/06(2006.01)A, F, I, 20061127, B, H, DE
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| Zusammenfassung |
Die Erfindung betrifft eine Schildschwanzdichtungspaste auf tonmineralisch-natürlicher Grundlage, welche in verschiedenen Industriezweigen, insbesondere im Tunnelbau beim Tunnelvortrieb, Anwendung findet. Die Schildschwanzdichtungspaste, welche zum Abdichten des Schildschwanzes bei Schildvortrieben im Tunnelbau eingesetzt wird, zeichnet sich durch eine Mineral-Faser-Matrix aus und besteht aus einem Schichtmineral, aus Wasser, Füllstoffen, Compounds und einem pflanzlichen Öl. Die Grundbestandteile dieser Mineral-Faser-Matrix werden in einem Mischprozess verarbeitet und im Ergebnis steht eine Schildschwanzdichtungspaste zur Verfügung, welche unmittelbar verarbeitet werden kann.
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| Beschreibung[de] |
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Die Erfindung betrifft eine Schildschwanzdichtungspaste auf tonmineralisch-natürlicher
Grundlage, welche in verschiedenen Industriezweigen, insbesondere im Tunnelbau beim
Tunnelvortrieb Anwendung findet.
Beim Bau von unterirdischen Verkehrswegen, wie Tunnelbauten, ist es
üblich, Schildmaschinen einzusetzen, die mit einem Schneidrad ausgebildet sind,
mit dem in das Gebirge eingedrungen wird. Über entsprechende Abfördereinrichtungen
werden das gelöste Gestein, Geröll, Sande und Erdreich aus dem Arbeitsbereich
der Schildmaschine abgefördert. In kontinuierlicher Weise des Vortriebs der
Schildmaschine werden im Schildschwanz Tübbingelemente als temporäres
Sicherungsmittel in den Tunnel eingebracht. Prozessbedingt verbleibt zwischen dem
Gebirge und den eingebrachten Tübbingelementen ein Freiraum, welcher mit Verpressmörtel
(Ringspaltmörtel) verfüllt werden muss. Damit der Verpressmörtel
nicht am freien Ende der Tübbinge austritt, sind in diesen Bereichen Schildschwanzdichtungen
vorgesehen, die sich am äußeren Umfang der Tübbingwand abstützen
und Hohlkammern zwischen Schildschwanz und Tübbing bilden.
Schildschwanzdichtungen für Schildvortriebsmaschinen sind allgemein
bekannt.
So beschreibt die DE 40 31
072 C2 eine Schildschwanzdichtung für Schildvortriebsmaschinen, welche
aus mindestens zwei Grundkörpern in Form von Schenkeln und aus einem elastomeren
Werkstoff hergestellt, besteht, die am Schildmantel austauschbar verankert sind.
Diese verlaufen in Richtung des ausgebauten Tunnels und sind gegenüber dem
Schildmantel mit einem Neigungswinkel &agr; von 30 bis 60 °C ausgeführt,
wobei die Schenkel jeweils eine Dichtlippe aufweisen, die federnd gegen die Außenseite
des Tunnelausbaus drückbar sind und zwischen den Schenkeln des Grundkörpers
raumfüllend ein druckstabilisierender Stoff in Form einer pastösen Masse
vorgesehen und der druckstabilisierende Stoff ein Bentonit ist.
Neben der oben beschriebenen Ausbildung einer Schildschwanzdichtung
ist auch bekannt, dass anstelle der Schenkel mehrfach hintereinander angeordnete
Stahlbürstendichtungen zum Einsatz kommen und die Bürstenzwischenräume
mit Füllmassen in Form von Fetten, dem so genannten Schildschwanzdichtungsfett
ausgefüllt werden. Diese Schildschwanzdichtungsfette basieren vorwiegend auf
dem Rohstoff Mineralöl, welcher ökologisch sehr problematisch ist, nicht
im ausreichenden Maße zur Verfügung steht, Preisschwankungen unterliegt
und beim Verarbeiten auf der Tunnelbaustelle auch mit dem Grundwasser der Baustelle
in Berührung kommt.
Bekannt sind ferner Schildschwanzdichtungsfette, welche auf synthetisch
hergestellten Fetten und Ölen basieren, die wiederum den Rohstoff Mineralöl
zur Grundlage haben und die oben genannten Nachteile begründen.
So haften diesen Schildschwanzdichtungsfetten auf Mineralölbasis
naturgemäß gravierende Nachteile wie hohe Herstellungskosten und umweltgefährdende
Eigenschaften an, da diese nach dem Einbringen im Gebirge verbleiben und mit Gebirgswasser,
Verpressmörtel, Bodenaushub in Kontakt kommen und somit ins Grundwasser gelangen.
Ferner bedarf es hoher Händlungs- und Entsorgungskosten der leeren Gebinde
und ferner sind Fette auf Mineralölbasis brennbar.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Schildschwanzdichtungspaste
anzugeben, mit der eine verbesserte Druckabstufung und damit verbunden eine verbesserte
Dichtwirkung erzielbar ist.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit den Merkmalen des
Anspruches 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen
angegeben.
Die nach der Erfindung geschaffene Schildschwanzdichtungspaste ist
ein Alternativprodukt mit vergleichbaren Eigenschaften auf Basis und unter Verwendung
von Schichtmineralien. Bei der vorgestellten Lösung werden die positiven Eigenschaften
von Schichtmineralien wie absolute Umweltverträglichkeit und gute Schmier-
und Dichtungseigenschaften genutzt. Neben dem Einsatz von Schichtmineralien werden
der Schildschwanzdichtungspaste Füllstoffe sowie Zusätze zugegeben, welche
positiv auf die Viskosität, die Pumpbarkeit, die guten Haftungseigenschaften
zu allen Oberflächen sowie auf die Resistenz gegen Wasser, Salzwasser und gegen
mechanische Kräfte der Schildschwanzdichtungspaste einwirken.
Gemäß der Erfindung wird als Schichtmineral ein Bentonit
verwendet, welches unter Berücksichtigung bestimmter Gewichtsprozentanteile
mit Wasser, Füllstoffen in Form von Fasern und Compounds, gemischt wird
und nach dem Mischvorgang ein Endprodukt in Form einer sofort verwendbaren Schildschwanzdichtungspaste
zur Verfügung steht, welches auf der Basis von Naturstoffen hergestellt ist
und das in der Schildschwanzdichtungspaste eingesetzte Bentonit so mit Wasser aufgeschlossen
ist, dass das Bentonit und somit die fertige Schildschwanzdichtungspaste nicht mehr
nachquellt, was sich positiv auf das Einbringen und die Abdichtung der Zwischenräume
zwischen den Schildschwanzdichtungen auswirkt. Dies auch damit begründet, dass
das Bentonit im gequollenen Zustand eine hohe Gelfestigkeit besitzt, welche über
längere Zeiträume beibehalten wird und so die guten Gleit- und Dichteigenschaften
der erfindungsgemäßen Schildschwanzdichtungspaste erhalten und begründen.
Die erfindungsgemäße Schildschwanzdichtungspaste ist insbesondere
gekennzeichnet durch eine Mineral-Faser-Matrix, diese ist ausschließend wasserbasierend
und die Mineral-Faser-Matrix besteht aus naturnahen Stoffen, besitzt Strukturviskoseeigenschaften,
die die Grundlage bilden für eine zuverlässige Dichtwirkung und eine gute
Pumpfähigkeit der geschaffenen Schildschwanzdichtungspaste.
Gegenüber vergleichbaren ölbasierenden Produkten liegt die
spezifische Dichte bei nur 1,05 kg/dm3, wodurch sich ein weiterer Vorteil
hinsichtlich der Verbrauchsreduzierung gegenüber bekannten Produkten ergibt.
Die bei der Herstellung der erfindungsgemäßen Schildschwanzdichtungspaste
zum Einsatz kommenden Füllstoffe in Form von Fasern sind Fasern natürlicher
Faserprodukte, so Fasern natürlicher Zellulose.
Die zum Einsatz kommenden Compounds beinhalten Stabilisatoren, die
die Mineral-Faser-Matrix stützen und somit das Herauslösen des Bentonits
aus der Matrix unter starken Wasserdrücken und/oder hohen mechanischen Beanspruchungen
verhindern. Ferner können in den Compounds auch Gefrierschutzmittel eingesetzt
werden, dies in alternativer Anwendung und unter Beachtung der Gegebenheiten vor
Ort beim Tunnelausbau.
Erfinderisch ist ferner, dass bevorzugterweise der Schildschwanzdichtungspaste
ein pflanzliches Öl zugegeben wird, insbesondere dann, wenn der Schildvortrieb
in einem wasserreichen Erdbereich erfolgen muss.
Eine Schildschwanzdichtungspaste nach der vorliegenden Erfindung besteht
aus einem Schichtmineral, einem Bentonit, Wasser, Füllstoffen, Compounds und
pflanzlichen Ölen, wobei Bentonit im Bereich von 5 bis 22 Gewichtsprozenten,
Wasser im Bereich von 50 bis 80 Gewichtsprozenten, pflanzliche Öle im Bereich
von 0 bis 10 Gewichtsprozenten, natürliche Fasern im Bereich von 5 bis 48 Gewichtsprozenten
und Compounds im Bereich von 0 bis 18 Gewichtsprozenten zum Einsatz kommen.
Es gehört auch zur Erfindung, dass neben Bentonit auch andere
Schichtmineralien einsetzbar sind, so beispielsweise Schichtmineralien auf Basis
tonmineralisch-natürlicher Strukturen.
Unter Anwendung der vorliegenden Erfindung ist es möglich, eine
Schildschwanzdichtungspaste herzustellen, welche absolut umweltverträglich
ist, welche in die Wassergefährdungsklasse – nicht wassergefährdend
– einzuordnen ist, da die zum Einsatz kommenden Rohstoffe nahezu natürlichen
Ursprungs sind und diese Schildschwanzdichtungspaste ein thixotropes Verhalten aufweist,
welches sich insbesondere auf die Pumpfähigkeit und Dichtfunktion der geschaffenen
Paste auswirkt.
Die erfindungsgemäße Schildschwanzdichtungspaste enthält
keine toxischen Additive, ist nicht giftig und brennbar und beinhaltet keine flüchtigen
oder mineralölhaltigen Stoffe. Durch den Einsatz von Fasern und Compounds wird
sichergestellt, dass eine Mineral-Faser-Matrix aufgebaut und geschaffen wird, welche
bei ihrem Einsatz, herausgebildet als Schildschwanzdichtungspaste, das Schichtmineral,
das Bentonit, nicht aus der Paste ausgespült und/oder gedrückt wird und
durch die Bestandteile der Schildschwanzdichtungsmasse diese eine geringere Dichte
gegenüber bekannten Produkten aufweist, was sowohl positiv beim Händling,
bei der Herstellung und beim Verbrauch wirkt, aber auch bei der Verarbeitung unmittelbar
vor Ort.
In einer bevorzugten Ausführung werden zur Herausbildung einer
erfindungsgemäßen Schildschwanzdichtungspaste Compounds in Form von CMC
(Carboxy-Methyl-Cellulose) verwendet.
Eine nach der Erfindung hergestellte Schildschwanzdichtungspaste besteht
beispielsweise aus
- – Bentonit: 5 Gewichtsprozenten,
- – Fasern: 5 Gewichtsprozenten,
- – Wasser: 80 Gewichtsprozenten,
- – pflanzlichen Ölen: 10 Gewichtsprozenten,
- – Compounds: 0 Gewichtsprozenten.
Alle Produktbestandteile werden in einem Mischungsprozess verarbeitet,
und im Ergebnis steht eine Schildschwanzdichtungspaste zur Verfügung steht,
welche unmittelbar eingesetzt werden kann.
Untersuchungen und Versuche haben die oben beschriebenen Eigenschaften
der Schildschwanzdichtungspaste bestätigt, welche auf der Grundlage internationaler
Prüfmethoden und Prüfrichtlinien durchgeführt wurden.
Das Ergebnis der Untersuchungen und die Vorteile der neuen Schildschwanzdichtungspaste
sind der nachfolgenden tabellarischen Auflistung zu entnehmen, zu der erklärenderweise
ausgeführt wird, dass es sich bei den benannten Prüfmethoden um international
anerkannte und gültige Normen handelt. Die Bezeichnung
- – NF T ist eine französische Norm,
- – ASTM ist eine amerikanische Norm,
- – J ISA ist eine japanische Norm,
- – Matsumura: Es handelt sich hier um einen Test, bei dem das Dichtverhalten
in der Paste und an den Berührungsflächen Paste-Oberfläche simuliert
wird.
-
1) Gewichtsverlust durch verdampftes Wasser
Mit den angegebenen Werte von 220/240 zur Penetration der erfindungsgemäßen
Schildschwanzdichtungspaste wird ausgeführt, dass sich der Wert 220 auf die
unbewegte und der Wert 240 auf die bewegte Penetration bezieht, also zum einen auf
den Ruhezustand und zum anderen des bewegten Zustandes der geprüften Paste.
Das Einbringen der Schildschwanzdichtungspaste in die Schildschwanzdichtung
wird nachfolgend unter zur Hilfenahme der beigefügten Zeichnung, welche eine
schematische Darstellung einer Schildschwanzdichtung für Schildvortriebsmaschinen
darstellt, erläutert.
Der Vortrieb und somit die Arbeitsrichtung einer Schildvortriebsmaschine
sind mit dem Pfeil 9 angegeben und aus der Zeichnung ergibt sich gleichfalls,
dass der Ringraum 4 zwischen dem Gebirge 2 und den eingebrachten
Tübbings 3 mit einer Verfüllmasse ausgefüllt ist. Bei dieser
Verfüllmasse handelt es sich beispielsweise um einen Ringspaltmörtel,
welcher über die Zuleitung 5, welche durch den Schildschwanz
1 der Schildvortriebsmaschine geführt ist, in den Ringraum
4 mündet, so dass der zugeleitete Ringspaltmörtel in den Ringraum
4 eintreten kann und diesen druckdicht verfüllt.
Die Schildschwanzdichtung 6 ist zwischen dem Schildschwanz
1 und der Oberfläche der Tübbings 3 vorgesehen und besteht
aus Stahldrahtbürsten, die die Zwischenräume 7 zwischen den Stahldrahtbürsten
der Schildschwanzdichtung 3 herausbilden. In diese Zwischenräume
7 wird mittels Pumpen und der Zuleitung 8 die Schildschwanzdichtungspaste
gedrückt, welche die Zwischenräume 7 ausfüllt und den Ringraum
4 abdichtet, damit einerseits kein Verfüllmaterial und Wasser aus
dem Ringraum 4 austreten und andererseits keine anderen Stoffe, beispielsweise
Wasser, eindringen können. Dies wird insbesondere dadurch erreicht, dass die
erfindungemäße Schildschwanzdichtungspaste eine gute Pumpfähigkeit
und Viskosität besitzt, gleichfalls auf allen Oberflächen gut haftet und
resistent gegen Wasser, Mineralien und mechanische Kräfte ist.
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| Anspruch[de] |
Schildschwanzdichtungspaste zum Abdichten des Schildschwanzes bei Schildvortrieben
im Tunnelbau, welche als gleitende Dichtungsmasse zwischen dem Schildmantel und
der Ausbruchswandung zum Einsatz kommt, bei der die Schildschwanzdichtungspaste
in Form einer Mineral-Faser-Matrix ausgebildet ist und aus einem Schichtmineral,
aus Wasser, Füllstoffen, Compounds und einem pflanzlichen Öl besteht.
Schildschwanzdichtungspaste nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
dass
die Grundstoffe der Mineral-Faser-Matrix in einem Mischungsverhältnis von
– Schichtmineral im Bereich von 5 bis 22 Gewichtsprozent,
– Wasser im Bereich von 50 bis 80 Gewichtsprozent,
– pflanzliche Öle im Bereich von 0 bis 10 Gewichtsprozent,
– Füllstoffe/Fasern im Bereich von 5 bis 48 Gewichtsprozent,
– Compounds im Bereich von 0 bis 18 Gewichtsprozent
zum Einsatz kommen.
Schildschwanzdichtungspaste nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet,
dass als Schichtmineral ein Bentonit zum Einsatz kommt.
Schildschwanzdichtungspaste nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet,
dass die Füllstoffe aus Fasern natürlicher Faserprodukte, vorzugsweise
natürlicher Zellulose mit verzahnten Oberflächen bestehen, deren Faserlängen
im Bereich von 0 bis 15 mm liegen, vorzugsweise 2 mm betragen.
Schildschwanzdichtungspaste nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet,
dass in den Compounds Stabilisatoren, vorzugsweise Carboxy-Methyl-Cellulose, und/oder
Stärken eingebunden sind.
Schildschwanzdichtungspaste nach einem der vorhergehenden Ansprüche
1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass in den Compounds Alkohole zum Einsatz kommen.
Schildschwanzdichtungspaste nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
dass die Mineral-Faser-Matrix thixotrope Eigenschaften und eine gute Zementverträglichkeit
besitzt.
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