CH670123A5 - - Google Patents

Description

BESCHREIBUNG Die vorliegende Erfindung betrifft ein gegen Wasserdruck abgedichtetes Bauwerk, welches im wesentlichen aus Beton oder stabilisiertem natürlichem Boden besteht sowie ein Verfahren zum Herstellen eines gegen Wasserdruck abgedichteten Bauwerkes.

In der Bautechnik sind Oberflächenabdichtungen oft einer der wichtigsten Bestandteile von Bauwerken, vor allem in der

Wasserhaltung, bei Staudammabdichtungen, Kanalverkleidungen, Grundwasserschutz und ähnlichen Projekten.

Bekannt sind die hydraulisch gebundenen dichten Beton-arten, hergestellt auf der Basis von Portland-Zement und Dichtungsmitteln in Form von Betonverflüssigern, Plastifi-zierungs- oder Hydrofilisierungsmitteln.

Um die Durchlässigkeit des Betons zu vermindern, sind auch Lufteinführungsmittel (air entraîner) oder Schaumbildungsmittel verwendet worden, welche durch Porenbildung in der Zementmilch eine Rissbildungstendenz reduzieren und eine Verbesserung des Betons herbeiführen.

Demselben Zweck dienen Verarbeitungsmethoden, wie etwa die Luftförderung von Beton, sei es als Spritzmörtel oder Pumpbeton sowie die Wasserentnahmeverfahren, bekannt als Vacuum Concrete.

Bekannt ist ferner, dass Lockerbodenschichten durch die Beigabe von Bindungsmitteln und durch mechanische Verdichtung so weit verbessert werden können, dass sie als undurchlässige Verkleidung Verwendung finden. Doch bleibt die Widerstandskraft bei mechanischer Beanspruchung sehr begrenzt. Es wird bloss eine Verminderung der Durchsickerung erreicht.

Eine bedeutende Verbesserung von Abdichtungsmöglichkeiten gelang durch den Einsatz von Schwarzbelägen in der Wasserwirtschaft. Die Verarbeitung von Bitumen- bzw. Asphaltbeton wurde aus dem Strassenbau übernommen, entsprechend angepasst und verfeinert. Grosse Vorhaben sind auf horizontalen Bodenflächen und geneigten Böschungen durchgeführt worden. Es kommen in der Regel mehrschichtige Varianten, eventuell auch mit Drainagezwischenlagen zur Anwendung. Obwohl die Ergebnisse in bezug auf die erreichte Abdichtung zufriedenstellend sind, haben sich doch bei den Verlegungsarbeiten Schwierigkeiten ergeben. Grössere Flächen verlangen eine äusserst präzise Verarbeitung, und die Kontrolle der Oberflächen samt Ortung von Leckstellen ist mühsam, zeitraubend und kostspielig. Auch gestaltet sich der Einbau auf geneigter Böschung wesentlich schwieriger als auf ebener Fläche. Vor allem aber hat sich die Reparatur von undichten Fugen oder sonstigen schadhaften Stellen als heikles Problem erwiesen. In der Regel muss die Schadstelle vollständig erneuert werden, was die Ausserbetriebsetzung der Anlage bedingt.

Zur Schwäche dieser bekannten Technik gehören eine schlechte mechanische Widerstandsfähigkeit, rasche Alterungserscheinungen und Anfälligkeit auf chemische Angriffe. Schwarzbeläge sind naturgemäss unbeständig, falls sie mit Mineralöl in Berührung kommen.

Eine Neuerung ergab sich durch die Einführung von Kunststoffbahnen im Wasserbau. Das Angebot an neuen Kunststoffen, wie PVC, PE, «Nylon», «Hypalon», usw. ist ausserordentlich gross und die Verarbeitungsvorschriften entsprechend vielgestaltig. Die Wahl wird für den Anwender immer schwieriger. Trotz intensiver Forschungsarbeit und der Vorlage von sorgfältigen Klassifikations- bzw. Normenwerken vergrössert sich die Kluft zwischen den von den Herstellern angegebenen Materialeigenschaften der vorfabrizierten Bahnen und der Durchschnittsproduktion, die auf grossen Baustellen durch bewährte Handwerker erreichbar ist. Wie aus den Veröffentlichungen vieler technischer Tagungen hervorgeht, spielen klimatische Verhältnisse, Baustellenbedingungen, menschliches Versagen und Zufallsgegebenheiten eine dermassen grosse Rolle, dass Materialwerte, die in Labor und Werkstatt gemessen werden, in freiem Gelände, d. h. auf der Baustelle bei weitem nicht erreichbar sind. Je höher die chemische Stabilität des fabrikmässig hergestellten Rohproduktes, umso schwieriger gestaltet sich die Verarbeitung zu einer kontinuierlichen Dichtungsschicht auf der Baustelle.

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Die vorliegende Erfindung bezweckt die Schaffung eines gegen Wasserdruck abgedichteten Bauwerkes und eines Verfahrens zu dessen Herstellung, welches sich nicht nur an Ort und Stelle einfach, sicher und wirtschaftlich erstellen lässt, sondern eine bauliche Verbesserung in dem Sinne darstellt, dass diese Bauwerke wasserdichter und weniger störanfällig sein sollen, als die bisher bekannten Ausführungen und welche auch das Rissproblem zu lösen trachten.

In diesem Sinne zeichnet sich das erfindungsgemässe Bauwerk durch den Wortlaut des Anspruchs 1 aus.

Ein Verfahren zum Herstellen eines gegen Wasserdruck abgedichteten solchen Bauwerkes ist durch den Wortlaut des Anspruchs 7 gekennzeichnet.

Die Erfindung wird anschliessend beispielsweise anhand einer Zeichnung erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen landkartenähnlichen Ausschnitt mit einem Staubecken, welches ein gegen Wasserdruck abgedichtetes Bauwerk darstellt,

Fig. 2 einen Schnitt durch das Staubecken gemäss Fig. 1, nach Schnittlinie II-II,

Fig. 3 einen Ausschnitt aus dem Bauwerk gemäss den Fig. 1 und 2 im Schnitt, in schematischer Darstellung,

Fig. 4 eine schematische Darstellung einer integrierten, ferngesteuerten Fertigungsanlage, zum Herstellen eines gegen Wasserdruck abgedichteten Bauwerkes,

Fig. 5 eine schematische Darstellung analog Fig. 4, welche die Herstellung einer Zwischendecke im Taktverfahren zeigt,

Fig. 6 eine Darstellung analog Fig. 5, jedoch zum Herstellen einer Zwischendecke im kontinuierlichen Verfahren, Fig. 7 eine schematische Darstellung zur Erläuterung der Herstellung einer Zwischendecke auf horizontalem Träger, in der Darstellung analog Fig. 4.

In Fig. 1 ist ein kartographisches Landschaftsbild 1 mit Höhenlinien 2 ersichtlich. In dieser Landschaft ist ein Staubecken 4 dargestellt, mit einem Staudamm 5, dessen Seitenwand 6 in sich geschlossen ist. Es ist ferner eine Dammkrone 8 dargestellt sowie eine Regulierstation 9.

Ein künstlicher, aufgeschütteter Dammteil 11 ermöglicht die Ergänzung des natürlichen Teils, dargestellt durch Erdreich 15, zu einem Staubecken 4 mit dem Beckenboden 12. In Fig. 2 ist ferner der oberste Wasserspiegel 14 ersichtlich. Eine äusserst wichtige Voraussetzung bei derartigen Bauten besteht darin, dass das Staubecken 4 mit möglichst dichten Seitenwänden 6 zu erstellen, um einen Wasserverlust zu verhüten und ein dadurch bedingtes allfälliges Erodieren, insbesondere des künstlichen Dammteils 11, zu verhüten. Zu diesem Zwecke müssen die dem Wasser zugekehrten Staubeckenseitenwände 6 sowie gegebenenfalls weitere Teile einer speziellen Behandlung unterzogen werden, bzw. mit entsprechenden Materialien und entsprechenden Verfahren erstellt werden.

Fig. 3 zeigt den grundsätzlichen Aufbau einer derartigen Seitenwand, wobei im vorliegenden Beispiel ein Betonunterbau 17 ersichtlich ist sowie eine spezifisch gestaltete Zwischenschicht 18 und eine ebenfalls wasserdichte Abschlussschicht 20, welche Schichten miteinander in anschliessend erläuterter Weise verbunden sind und eine sandwichartige Konstruktion bilden.

Fig. 4 zeigt in rein schematischer Darstellung einen Schnitt durch eine Staudammseitenwand in Fallrichtung, während der Bauphase. Den Untergrund bildet ein Steinschüttdamm 25, auf welchen eine Ausgleichsschicht 26 aufgebracht ist. Diese bildet den Untergrund für eine Zwischenschicht 28, welche gemäss der Fig. im Begriffe steht, hergestellt zu werden. Dazu dient ein Schalungswagen 30 mit Trichter 31, in welchen Frischbeton eingegeben wird. Nach dem Austritt

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dieser Frischbetonmasse 32 aus dem Schalungswagen 30 dient ein Rüttelbalken 34 dem Verdichten dieser Schicht 28. Anschliessend wird eine mit einer Imprägnier- und Dichtungsmasse 36 versehene Vliesverstärkungsbahn 35 auf diese Frischbetonmasse 32, abgebunden oder nicht abgebunden, aufgebracht, wobei die Vliesverstärkungsbahn 35 durch eine Imprägnier- und Dichtungsmassen-Tränke 37 gezogen wird, um deren Oberflächenbeschichtung 38 mittels der Imprägniermasse 36 vorzunehmen. In Fig. 4 ist ferner ein Abzugsbock 40 mit einer Walze 41 zur Aufnahme der Vliesverstärkungsbahn 35 vor deren Imprägnierung ersichtlich.

Nach dem Aufbringen der getränkten Bahnen 35 dienen Druckwalzen 42 dazu, diese Bahnen 35 auf die Frischbetonschicht 32 aufzupressen.

Die auf der Steinschüttdammasse aufgebrachte Ausgleichsschicht 26 dient dazu, eine Basis für den weiteren Aufbau zu bilden, d. h. die Unebenheiten auszugleichen und eine freie Oberfläche zu schaffen, welche die aufzubringenden spezifischen Beschichtungen aufzunehmen und zu binden in der Lage ist. In diesem Sinne erfolgt nach dem Erstarren der Ausgleichsschicht 26, die z. B. aus Beton, o. dgl. bestehen kann, das Aufbringen der spezifischen Zwischenschicht 28.

Es ist grundsätzlich auch möglich, die Zwischenschicht 28 direkt auf den Steinschüttdamm 25 aufzubringen.

Auf die freie Oberfläche der Zwischenschicht 28 wird anschliessend in situ das Imprägnieren der Vliesverstärkungsbahn 35 in der Tränke 37 vorgenommen. Diese Imprägnier- und Dichtungsmasse enthält Dupont-Neopren-Latex, welche Masse als Fertigprodukt unter dem Namen «Hydrogel» gebraucht wird. Es handelt sich bei diesem Produkt um ein wasserlösliches Acrylamid oder ähnliche wasserlösliche Monomere mit verschiedenen Zusätzen, welche, dank ihrer speziellen Verträglichkeit mit Portlandzement, die dem Beton eigenen Eigenschaften zu verbessern im Stande sind. Das äussere Abschliessen des Bauwerkes erfolgt durch die Obeflächenbeschichtung 38 in Form der imprägnierten Vliesverstärkungsbahnen, wobei die Imprägnierungsmasse 36 in nicht polymerisiertem Zustand auf die gegebenenfalls noch nicht vollständig erhärtete Zwischenschicht 28 gelangt. Nach dem Auspolymerisieren der Imprägnierungsmasse 36 der Vliesverstärkungsbahnen 35 erfolgt eine adhäsive Verbindung zwischen den beiden Schichten 28 und 38, welche zumindest einer Verbindung, wie sie beim Plattieren von Blechen erfolgt, ähnlich ist.

Auf diese Weise entsteht ein Bauwerk mit mehreren Schichten 26,28 und 38, welche sandwichartig aufgebaut, aber plattier-mässig ineinander und miteinander verkrallt sein sollen. Dieses Gebilde weist wesentlich bessere Charakteristiken auf als die zur Herstellung verwendeten Grundprodukte erahnen lassen bzw. als die bisher bekannten Bauweisen, bei welchen der obere Anschluss durch fertige, sich nicht mehr verändernde Abschlussschichten in Form von Folien vorgenommen wurde.

Durch die gleichzeitige Herstellung von Tragschicht und Schutzschicht wird der Hydratationsprozess bei nicht vollständiger Abbindung des Portlandzementes in der Schicht 28 neu gesteuert, die Austrocknungsphase ausgeschaltet und die Rissbildung auf ein Minimum reduziert. Ein besonderes Merkmal dieses Verfahrens ist der Erhalt einer synthetischen Deckschicht, die, bedingt durch die Vereinigung der Trag-und der Schutzschicht, auch an ausgedehnten und sehr steilen Oberflächen vorgesehen werden kann. Das Eigengewicht der Deckschicht erzeugt dann keine bleibenden Spannungen. Das wesentliche Material und dessen Verarbeitung, d. h. die vorzugsweise mit synthetischen Fasern armierte Hydrogelmasse, erzeugt dank dem gewählten vorerläuterten Verfahren mit dem Schichtenaufbau eine dichte Oberflä-

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chenstruktur, wobei infolge des nicht beendigten Abbindens der Zwischenschicht 28 alle übriggebliebenen Hohlräume oder Risse dieser Betonunterlage versiegelt werden. Die so entstandene dichte Oberflächenstruktur in Form der Seitenwand 6 widersteht mechanischer Beanspruchung besser und dient gleichzeitig dem Zwecke des Abdichtens.

Unter Verwendung der neusten Erkenntnisse der Hochpolymerchemie werden Verbindungen von wasserlöslichen Monomeren (Acrylamide und andere) mit Elastomeren, Bitumenemulsionen und Füllern ausgewählt, die sich besonders durch ihre hohe Stabilität und Verträglichkeit mit hydraulischen Bindemitteln auszeichnen. Die auf dieser Basis geschaffenen Produkte haben die Eigenschaft, altbewährte Baustoffe wie Zementbeton u. dgl. dermassen zu beeinflussen, dass eine weitgehende Veredelung erreicht wird.

Fig. 5 zeigt eine weitere Anwendung der vorliegenden Erfindung. Hier wird das gegen Wasserdruck abzudichtende Bauwerk im Taktverfahren, d. h. etappenweise, erstellt. Die Figur zeigt als Untergrund ein Betonbauwerk 45, auf welchem taktweise Zwischenschichtabschnitte 46,47,48 und 49 aufgebracht sind. Zwischen diesen Abschnitten sind Schalungsschienen 51 eingezeichnet und in den entsprechenden Schichtabschnitten Armierungseisen 52. Als oberer Abschluss dienen Deckschichten 53.

Die Zusammensetzung der einzelnen Schichten erfolgt gleich wie bei der Ausführung gemäss Fig. 4. Die Abschnitte werden normalerweise in einer Breite von 4Vi bis 5 m ausgeführt, wobei sich die Bahnen der Deckschichten 53 an den Stossstellen überlappen.

Fig. 6 zeigt die Ausführung eines Bauwerkes analog Fig. 5, jedoch im kontinuierlichen Verfahren hergestellt. In dieser Fig. ist wiederum das Betonbauwerk 45 dargestellt, auf welcher Deckschichtabschnitte 46 bis 49 aufgebracht sind. Zwischen diesen Abschnitten befinden sich Schichten aus schwindfreiem Fugenmörtel 55. In der verstärkten Imprägnierungszone 57 kann es nützlich sein, wie angedeutet, eine Schicht einer Dampfsperre 58 anzubringen. Die Fugenbreite der Schichten 55 kann entsprechend den vorliegenden Umständen in der Breite geändert werden bzw. schwanken. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel bestehen die entsprechenden Schichten aus den anhand der Fig. 4 erläuterten Zusammensetzungen und werden nach dem dort erwähnten Verfahren in den entsprechenden Abbindungszuständen aufgebracht.

Fig. 7 zeigt die Herstellung einer Dichtungsdecke auf horizontalem Träger. Bei diesem Beispiel ist auf einem Naturboden 60 eine Betonausgleichsschicht 61 aufgebracht. Nach deren Erhärten kann mit dem Auftragen der Spezial-schichten begonnen werden. Dazu dient ein Einbaugerät 63, mit dessen Hilfe die Ausgleichsschicht 61 erstellt wird. Eine anschliessend dargestellte Fertigungsanlage 64 dient der Bildung einer Zwischenschicht 66 sowie einer Deckschicht 67 in ähnlicher Weise, wie dies in Fig. 4 dargestellt und dort beschrieben ist. Die Zwischenschicht 66 und die Deckschicht 67 sind auf die dort erläuterte Weise mit den entsprechenden Materialien und dem erläuterten Verfahren hergestellt.

Mit diesem neu entwickelten Verfahren wird aus synthetischen Produkten ein neuartiges Mischmaterial hergestellt, das als Oberflächenbeschichtung verwendet wird. Es wird bei in situ-Bedingungen (Temperatur) abbinden bzw. polymeri-sieren. Es hat sich gezeigt, dass dieses die notwendigen Eigenschaften aufweist, um allen praktischen Anforderungen in bezug auf Betonabdichtung und Rissüberbrückung zu genügen, so auch für den Einsatz an sehr ausgedehnten Oberflächen.

Durch die gleichzeitigen Herstellungsverfahren von Zwischen- und Deckschicht wird die Hydratation von Portlandzement neu gesteuert, die Austrocknungsphase ausgeschaltet, das Schwinden reduziert und die Rissbildung auf Mikroer-scheinungen reduziert. Der Schichtenaufbau sichert dem neuen Material mit kunstharzfaserarmierter Hydrogelmasse eine dichte Oberflächenstruktur, so dass alle übriggebliebenen Hohlräume oder Risse der Betonunterlage versiegelt sind.

Die so entstandene dichte Oberflächendecke kam beliebig bemessen werden, um der mechanischen Beanspruchung zu widerstehen und gleichzeitig den Abdichtungszweck zu erfüllen.

Das neue Baumaterial wird in besonders entwickelten Misch- und fahrbaren Fertigungsanlagen produziert. Durch Vorprogrammierung und Fernsteuerung wird eine industrielle Massenproduktion erzielt, die menschliches Versagen weitgehend ausschliesst und eine einwandfreie Vorbereitung und Ausführung von widerstandsfähigen, dichten Oberflächendecken garantiert.

Die hervorstechendsten Merkmale sind:

- Herstellung von Trag- bzw. Dichtungsdecken in einem Arbeitsgang,

- Herstellung einer kontinuierlichen Trag- und Dichtungsdecke an Ort und Stelle,

- Fugenlose, belastbare Abdichtung,

- Möglichkeit der Überdeckung bestehender Risse,

- Reparierbarkeit der Abdichtung, auch unter Wasser,

- Herstellung der Trag- und Dichtungsdecke, wahlweise im Takt- oder kontinuierlichen Verfahren,

- Herstellung der Trag- und Dichtungsdecke auf ebener oder geneigter Unterlage,

- Sondergeräte zur Verarbeitung der Rohmaterialien zur Herstellung von Trag- und Dichtungsdecken,

- Zusammensetzung der Rohmaterialien für die Herstellung von Trag- und Dichtungsdecken als kontinuierliche Wasserabdichtung,

- Zusammensetzung der Rohmaterialien für besondere Dichtungszwecke, z. B. gegen Einwirkung von Mineralöl, von chemischen Schadstoffen, etc.

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3 Blatt Zeichnungen

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670123 PATENTANSPRÜCHE

1. Gegen Wasserdruck abgedichtetes Bauwerk, welches im wesentlichen aus Beton oder stabilisiertem natürlichem Boden besteht, dadurch gekennzeichnet, dass es sandwichartig aus aneinander befestigten Schichten aufgebaut ist, wobei das Befestigen von mindestens zwei Schichten aneinander durch Polymerisation erfolgt ist.

2. Bauwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es auf der dem Flüssigkeitsdruck zugewandten Seite eine Zwischenschicht (28) aus einer im wesentlichen homogenen Betonmasse aufweist, auf welcher Zwischenschicht (28) eine in situ polymerisierte Abschlussschicht (38) liegt, welche eine Kunststoff-Imprägnier- und Dichtungsmasse und ein Vlies (35) enthält, vorzugsweise ein Textilvlies, um eine sandwichartige plattierähnliche Schichtung zu bilden.

3. Bauwerk nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Imprägnier- und Dichtungsmasse Neopren-Latex und/oder Chloropren enthält.

4. Bauwerk nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Textilvlies imprägniert ist, z. B. mit einer Neopren-Latex enthaltenden Masse.

5. Bauwerk nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschluss-Schicht (53) aus sich überlappenden Bahnen besteht.

6. Bauwerk nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenschicht (28) aus einzelnen Abschnitten (46-49) besteht, welche gegebenenfalls durch, z. B. mittels schwindfreiem Fugenmörtel (55) versehener Fugen voneinander getrennt sind. (Fig. 5,6)

7. Verfahren zum Herstellen eines gegen Wasserdruck abgedichteten Bauwerks, nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass man das Bauwerk in wesentlicher Form erstellt und sich festigen lässt, dass man die dem Wasserdruck zugewandte Bauwerksfläche mit einer Betonmasse versieht und diese zu einer Zwischenschicht (28) mindestens teilweise erstarren lässt, und dass man bei mindestens teilweise abgebundener Zwischenschicht (28) abschliessend in situ ein Vlies (35) mit einer Kunststoffmasse (36) imprägniert und dieses in höchstens teilweise polymerisiertem Zustand auf die Zwischenschicht (28) aufbringt, um es dort zu einer Abschlussschicht (38) polymerisieren zu lassen.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass man als Imprägnier- und Dichtungsmasse wasserlösliche Monomere, z. B. wasserlösliches Acrylamid, verwendet.

9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass man die Zwischenschicht (28) kontinuierlich erstellt.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass man zur Herstellung der Abschlussschicht (38) das Vlies, vorzugsweise ein Textilvlies, verwendet und dieses an Ort und Stelle während des Auslegevorganges imprägniert,

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 7,9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass man das Vlies mit einer Neo-pren-Latex-enthaltenden Masse und/oder Chloropren imprägniert.