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Die
Erfindung betrifft Bitumenfugenbänder, die
unter Praxisbedingungen undurchlässig
gegen Wasser gefährdende
Stoffe sind.
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Deckschichten,
z.B. in Bauwerken oder Freiflächen,
müssen
zur Sicherung der Umwelt gegen Wasser gefährdende Stoffe abgesichert
werden. Bei neuen Bauwerken ist dies beispielsweise entsprechend
dem „Merkblatt
für die
Herstellung flüssigkeitsundurchlässiger Asphaltbefestigung
für Anlagen zum
Umgang mit Wasser gefährdenden
Stoffen" (MfA-UwS)
mit Hilfe von Asphalt möglich.
Ein hochverdichteter Asphalt mit einem Hohlraumgehalt von ≥ 3% und ein
Gussasphalt werden unter anderem auch in der TRwS (Technische Richtlinie
für Wasser
gefährdende
Stoffe) und in der TRbF (Technische Richtlinie für brennbare Flüssigkeiten)
als geeignete Baustoffe beschrieben. Wenn ältere Dichtflächen den
Anforderungen zur Sicherung der Umwelt nicht mehr genügen, müssen sie
erneuert oder saniert werden. Das gilt insbesondere für Flächen, auf
denen mit Wasser gefährdenden
Stoffen umgegangen werden soll. Deren Sanierung kann sich auf Teilbereiche
beschränken,
wenn die Grundsubstanz erhalten ist. Verkehrs- und Lagerflächen zum
Beispiel können
in der Regel saniert werden, wenn der Untergrund ausreichend tragfähig und
nicht kontaminiert ist.
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Bei
der fachgerechten Herstellung von Dichtflächen entstehen im allgemeinen
an dem Übergang zwischen
zwei unterschiedlichen oder zu verschiedener Zeit gefertigten Deckschichten
Anschlüsse,
die als Fugen ausgebildet sein sollen. Anstatt Fugen nachträglich zu
schneiden und zu vergießen,
bietet es sich an, vorab in den Fugen zwischen den Flanken der Deckschichtabschnitte
Fugenbänder
einzusetzen, die bei Asphaltdeckschichten als Bitumenfugenbänder ausgebildet
sind. Der dichte Anschluss der Fugenbänder an eine Flanke der zusammenstoßenden Deckschichtabschnitte
wird entweder beim „heißen Arbeiten" durch Anschmelzen
der Oberflächen des
Fugenbandes oder bei „kaltem
Arbeiten" durch Ankleben
mittels geeigneter Klebstoffe bewerkstelligt, wobei die Klebstoffe
ein- oder zweiseitig auf die Flanken des Bitumenfugenbandes aufge bracht
werden können.
Die Anbindung an die andere Flanke des Bitumenfugenbands entsteht üblicherweise durch
Gegenarbeiten mit heißem
Asphalt.
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Die
wesentlichen Eigenschaften von Fugenbändern in der Praxis sind die
feste Verbindung mit den Flanken der Deckschicht und die Dehnfähigkeit bei
Bewegung des Fugenspaltes. Dafür
sind bestimmte Materialeigenschaften erforderlich, die sich in der
Regel auch auf die Verarbeitbarkeit und auf die Lagerfähigkeit
auswirken. So ist es für
die Verarbeitung bei tiefer Temperatur vorteilhaft, ein möglichst weiches
Fugenband zu verwenden. Diese können
jedoch im Sommer bei hohen Temperaturen kaum verarbeitet werden,
da sie „zerfließen" würde. Geeignete Materialien
müssen
demnach hohen Anforderungen genügen.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist die Entwicklung von Bitumenfugenbändern, die
unter Praxisbedingungen undurchlässig
gegenüber
Wasser gefährdenden
Stoffen sind und einfach und wirtschaftlich in einem breiten Temperaturbereich
verarbeitet werden können.
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Wasser
gefährdende
Stoffe im Rahmen der vorliegenden Erfindung sind Stoffe, die üblicherweise in
großen
Mengen auf Deckflächen
gelagert werden und dort anfallen. Wasser gefährdende Stoffe sind beispielsweise
in der DIBT-Liste: Schriften des Deutschen Instituts für Bautechnik,
Bau- und Prüfgrundsätze für den Gewässerschutz
Teil 1, Seiten 10 bis 12 (1993) angeführt. Wichtige Beispiele sind
aliphatische und aromatische Kohlenwasserstoffe (z.B. Benzin und
Dieselöl)
und Säuren
und Laugen (z.B. Salz- und Schwefelsäure und Alkalihydroxide).
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Unter „unter
Praxisbedingungen undurchlässig
gegenüber
Wasser gefährdenden
Stoffen" wird im Rahmen
der vorliegenden Erfindung eine mittelbare Belastung einer Deckschicht
von 3 Tagen bei Temperaturen im Bereich von 20° bis 70° verstanden. Innerhalb dieser
Zeit dürfen
die genannten Wasser gefährdenden
Stoffe die Deckschicht nicht vollständig durchdrungen haben.
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Es
wurden Bitumenfugenbänder
gefunden, die Bitumen, Polymere, die unter den Anwendungsbedingungen
elastische Eigenschaften aufweisen, silikatisches gemahlenes Gestein,
Fasern, feingemahlenen Gummi und gegebenenfalls elektrisch leitfähige Bestandteile
enthalten, wobei das Bitumenfugenband
- – eine Penetration
(nach BS 2499 Part 3:1993) im Bereich von 20 bis 60 (mm 10–1)
und
- – einen
Erweichungspunkt (nach DIN 52 011) im Bereich von 90 bis 130 (°C) aufweist.
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Die
erfindungsgemäßen Bitumenfugenbänder sind
unter Praxisbedingungen undurchlässig
gegenüber
Wasser gefährdenden
Stoffen und lassen sich einfach und wirtschaftlich verarbeiten.
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Die
erfindungsgemäßen Bitumenfugenbänder bilden
mit den Flanken der Fuge in einer Deckschicht eine feste Verbindung
mit der Deckschicht, die durch ihre Dehnfähigkeit den Bewegungen des Fugenspaltes
folgt. Hierbei ist eine gute Verarbeitung bei tiefen und hohen Außentemperaturen
gewährleistet.
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Bei
Bitumen handelt es sich um Kohlenwasserstoffe mit komplexer chemischer
Zusammensetzung. Das Bitumen fällt üblicherweise
als Rückstand bei
der Erdöldestillation
an. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist Bitumen im allgemeinen
eine Mischung aus polymermodifiziertem Bitumen, insbesondere Straßenbaubitumen,
das u. a. mit mineralischen Füllstoffen
modifiziert ist (Asphalt im Straßenbau, Verlag für Bauwesen,
Seite 31 (1998)).
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Im
Rahmen der vorliegenden Erfindung setzt man im allgemeinen Bitumen
ein, das eine Penetration (nach DIN 52 010) im Bereich von 50 bis
300 mm–1,
bevorzugt im Bereich von 70 bis 250 mm–1 und insbesondere
bevorzugt im Bereich von 160 bis 220 mm–1 aufweist.
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Bei
Polymeren im Rahmen der vorliegenden Erfindung handelt es sich um
allgemein Thermoplaste, die mit dem verwendeten Bitumen gut verträglich sind
und die bei den Herstell- und Verarbeitungstemperaturen im Bereich
von 150 bis 250 °C
gut unter üblichen
Herstell- und Verarbeitungsbedingungen mit dem Bitumen mischbar
sind und bleiben.
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Im
Rahmen der vorliegenden Erfindung sind beispielsweise Polymere aus
der Gruppe der Naturkautschuke, der Styrol-Butadien-Styrol Blockcopolymere,
Styrol-Butadien-Isopren Blockcopolymere, der Vinylacetat-Copolymere,
der Ethylen-Propylen-Copolymere, der Polyolefine und der Butylkautschuke genannt.
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Feingemahlenes
silikatisches Gestein im Rahmen der vorliegenden Erfindung hat im
allgemeinen eine Teilchengröße bis maximal
0,5 mm, bevorzugt bis maximal 0,2 mm und insbesondere bevorzugt
im Bereich bis maximal 0,09 mm.
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Silikatisches
Gestein im Rahmen der Erfindung ist bevorzugt Quarzsand. Im allgemeinen
kann man Quarzsand einsetzen, wie er in der Natur anfällt. Für die vorliegende
Erfindung ist es jedoch bevorzugt, dass der Quarz frei von Carbonatanteilen
ist. Dies kann durch Waschen des natürlichen Quarzsandes mit Säure und
nachfolgend mit Wasser erreicht werden. Der Quarz wird danach getrocknet
und gemahlen.
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Fasern
im Rahmen der vorliegenden Erfindung können mineralische oder organische
sowie synthetische Fasern sein, die im allgemeinen in relativ kurzer
Faserlänge
zum Einsatz kommen. Der Durchmesser liegt ungefähr bei maximal 5-10% der Faserlänge.
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Fasern
im Rahmen der vorliegenden Erfindung haben im allgemeinen eine Länge bis
maximal 5 mm, bevorzugt bis maximal 3 mm und insbesondere bevorzugt
bis maximal 2 mm.
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Gummi
im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann natürlicher oder synthetischer
Gummikautschuk sein (Kautschuktechnologie, Seite 1051 und 1052 (2001)
Hanser Verlag). Aus wirtschaftlichen Gründen setzt man im Rahmen der
vorliegenden Erfindung bevorzugt recycelte Gummireste ein, die gemahlen
werden.
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Feingemahlener
Gummi im Rahmen der vorliegenden Erfindung hat im allgemeinen eine
Teilchengröße bis maximal
2,5 mm, bevorzugt bis maximal 1 mm und insbesondere bevorzugt im
Bereich von 0,01 bis 0,75 mm.
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In
einer besonderen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung können
die erfindungsgemäßen bitumenhaltigen
Vergussmassen elektrisch leitfähige
Bestandteile aufweisen. Elektrisch leitfähige Bestandteile im Rahmen
der Erfindung sind bevorzugt Kohlenstoff, insbesondere bevorzugt
Graphit und geeigneter Ruß,
sowie Metallpulver. Aus wirtschaftlichen Gründen wird Graphit als elektrisch
leitfähiger
Bestandteil bevorzugt.
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Die
elektrisch leitfähigen
Bestandteile werden bevorzugt auch im gemahlenen Zustand eingesetzt.
Sie haben im allgemeinen eine Teilchengröße im Bereich bis maximal 1
mm, bevorzugt im Bereich von bis maximal 0,5 mm und insbesondere
bevorzugt im Bereich bis maximal 0,2 mm.
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Die
erfindungsgemäßen Bitumenfugenbänder haben
im allgemeinen eine Zusammensetzung von 20 bis 60 Gew.Teile Bitumen,
2 bis 15 Gew.Teile Polymere, 20 bis 50 Gew.Teile feingemahlenes
silikatisches Gestein, 2 bis 15 Gew.Teile Fasern und gegebenenfalls
0 bis 15 Gew.Teile feingemahlenen Gummi und 0 bis 15 Gew.Teile elektrisch
leitfähige
Bestandteile.
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Bevorzugt
haben die erfindungsgemäßen Bitumenfugenbänder haben
eine Zusammensetzung von 25 bis 50 Gew.Teile Bitumen, 4 bis 12 Gew.Teile Polymere,
25 bis 45 Gew.Teile feingemahlenes silikatisches Gestein, 4 bis
12 Gew.Teile Fasern und gegebenenfalls 2 bis 12 Gew.Teile feingemahlenen
Gummi und 2 bis 12 Gew.Teile elektrisch leitfähige Bestandteile.
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Insbesondere
bevorzugt werden Bitumenfugenbänder
mit einer Zusammensetzung von 30 bis 45 Gew.Teilen Bitumen, 5 bis
10 Gew.Teilen Polymere, 30 bis 40 Gew.Teile feingemahlenem silikatischem
Gestein, 5 bis 10 Gew.Teile Fasern und 4 bis 10 Gew.Teile feingemahlenem
Gummi und gegebenenfalls 4 bis 10 Gew.Teile elektrisch leitfähigen Bestandteilen.
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Die
Herstellung der erfindungsgemäßen Fugenbänder kann
nach üblichen
Verfahren durchgeführt
werden, indem das Bitumen, das Polymer, das unter den Anwendungbedingungen
elastische Eigenschaften aufweist, das feingemahlenen silikatische Gestein,
die Faser, der feingemahlene Gummi und gegebenenfalls die elektrisch
leitfähigen
Bestandteile in der Wärme
gemischt und anschließend,
direkt oder mit weiteren prozeßbedingten
Zwischenschritten, zu einem Band geformt werden.
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Gegenstand
der vorliegenden Erfindung ist auch die Verwendung der erfindungsgemäßen Bitumenfugenbänder zur
Abdichtung von Fugen in Dichtflächen
gegen Wasser gefährdende
Stoffe.
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Weiterhin
bevorzugt ist die Verwendung der Bitumenfugenbänder zum Abdichten der Fugen
beim Verfüllen
von Flächen
in zu sanierenden Asphaltabdeckungen.
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Bevorzugt
ist auch die Verwendung der erfindungsgemäßen bitumenhaltigen Vergussmassen zum
Verfüllen
von Fugen in und an Flächen
aus Walzasphalt, Gussasphalt, halbstarren Belägen, Beton sowie an Metall.
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Asphaltabdeckungen
sind hierbei Flächen, deren
Deckschicht aus Asphaltbeton besteht. Asphaltbeton ist ein hohlraumarmes
Gemisch aus Straßenbaubitumen,
Gesteinssplitt und Gesteinsmehl sowie weiteren Zusätzen, das
heiß eingebaut
und zur Verdichtung gewalzt wird (Asphalt im Straßenbau, Verlag
für Bauwesen,
Seite 221f. (1998)). Für
Lager- und Umschlagflächen
hat vor allem besonders hohlraumarmer Asphaltbeton mit einem Hohlraumgehalt von
maximal 3 Bedeutung.
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Gussasphalt
ist ein Gemisch aus Straßenbaubitumen
und Gesteinssplitt und Gesteinsmehl sowie weiteren Zusätzen, das
bei der heißen
Verarbeitung ohne Verdichtung durch Walzen auskommt, um eine praktisch
hohlraumfreie Deckschicht zu liefern; eine durch die Korngrößenverteilung
bestimmte Mörtelphase
bestimmt die Tragfähigkeit
(Asphalt im Straßenbau,
Verlag für
Bauwesen, Seite 25f. (1998)).
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Betonflächen bestehen
zumeist aus einem hochfesten Beton, der in entsprechender Schichtdicke
vor Ort vergossen wird oder zur Fertigung von Platten dient, die
anschließend
vor Ort verlegt werden. Aufgrund seiner begrenzten Flexibilität muß Beton
in sehr dichtem Abstand mit Dehnungsfugen versehen sein, um ein
unkontrolliertes Reißen
durch thermische und mechanische Belastung zu verhindern.
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Halbstarre
Beläge
bestehen aus einem Gerüst
aus bituminiertem grobem Gestein mit hohem Hohlraumgehalt von 20-30
%, das in einem zweiten Fertigungsschritt mit einem Fließmörtel auf
Zementbasis ausgefüllt
wird; man kombiniert so die Flexibilität der bitumenbasierten Deckschichten
mit der hohen Festigkeit und Belastbarkeit von Betonbelägen (Firmenschrift „Densit-Info", Densit A/S, Aalborg, 1994).
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Oft
grenzen die genannten Materialien uneinheitlich aneinander, beispielsweise
bei einer an eine Asphaltdeckschicht oder an einen Halbstarren Belag
grenzenden Betonfläche.
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Sind
in diese Fläche
Einbauten, z. B. Zapfsäulen
oder Rohrleitungen, einbezogen, so hat man es meist mit metallischen
Untergründen,
zumeist eine Stahlsorte, zu tun, gegen die die Fläche abgedichtet
werden muß.
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Die
erfindungsgemäßen Bitumenfugenbänder ermöglichen
in vorteilhafter Weise den Neubau sowie die fachgerechte Sanierung
von schadhaften Dichtflä chen.
Hierbei werden Schwachstellen ausgeschlossen, durch die Wasser gefährdenden
Stoffen in die Umwelt gelangen können.
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In
einer bevorzugten Anwendungsform der vorliegenden Erfindung wird
das erfindungsgemäße Fugenband
zum Verbund von zwei angrenzenden Abschnitten einer Deckschicht
eingesetzt. In diesem Fall wird zuerst die erste Deckschicht aufgetragen oder
eine bestehende ältere
Deckschicht z.B. von einer reparaturbedürftigen Deckschicht abgetrennt.
An die Flanke der bestehenden Deckschicht wird das erfindungsgemäße Fugenband
montiert. Daraufhin wird die zweite Deckschicht aufgetragen, die
jetzt an das Fugenband angrenzt.
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Bevorzugt
ist hierbei, wenn zumindest eine Flanke des wasserundurchlässigen,
bitumenhaltigen Materials so gestaltet ist, dass sie eine selbstklebende
Schicht aufweist und an die umgebende Deckschicht geklebt wird.
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Alternativ
wird bevorzugt, wenn das wasserundurchlässige, bitumenhaltige Material
an die Flanken der umgebende Deckschicht angeschmolzen wird. Dies
kann beispielsweise durch Wärmezufuhr
geschehen.
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Vor
der Anbringung des erfindungsgemäßen Fugenbandes
wird der Untergrund sorgfältig
gesäubert
und mit einem Primer/Grundieranstrichmittel gestrichen. Als Primer
kommen beispielsweise Lösungen
von Harzen, Polymeren und/oder Bitumenzubereitungen in Frage. Danach
wird das Fugenband angebracht und nach Einbringen von heißem Asphalt zur
Ausbildung der Fuge zusammen mit dem Aufbau der Deckschicht festgewalzt.
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Prüfmethode:
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Die
Undurchlässigkeit
einer mit der erfindungsgemäßen Fugenvergußmasse abgedichteten Fuge
gegenüber
wassergefährdenden
Stoffen kann in folgendem Laborversuch demonstriert werden, der im „Merkblatt
für die
Herstellung flüssigkeitsundurchlässiger Asphaltbefestigungen
für Anlagen
zum Umgang mit wassergefährdenden
Stoffen" (MfA-UwS, FGSV-Verlag
1999) beschrieben ist:
In der 1 ist
der Versuchsaufbau schematisch dargestellt. Zwischen zwei Gußasphaltplatten 1 befindet
sich das ordnungsgemäß eingebrachte
Fugenband 2. Oberhalb des Fugenbandes ist ein Glaszylinder 3 aufgeklebt,
der mit dem Prüfmedium 4 gefüllt ist.
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Es
bietet sich hier an, an beiden Flanken das Fugenband nach einem
der beschriebenen praktischen Verfahren aufzubringen, woraus eine
Materialstärke
in insgesamt der doppelten Fugenbreite resultiert, und nach Erwärmung der
beiden Probekörperhälften diese
in der Wärme
mit Abstandhaltern gegeneinander zu verpressen, da in dieser Modellanordnung
kein Gegenasphaltieren möglich
ist. Ein entsprechendes Verfahren ist in den „Technischen Prüfvorschriften
für Fugenfüllungen
in Verkehrsflächen" (TP Fug-StB 01,
FGSV Verlag 2001) beschrieben.
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Beispiel 1:
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In
einem Modell geeigneter Größe von ca. 10×10 cm Kantenlänge wird
die Gußasphalt-Deckschicht
in Original-Einbaustärke
dargestellt, die mittig zerschnitten ist und bei 12 mm Abstand damit
einer üblichen
Fugenanordnung entspricht. In diesem Modell wird die Fuge vorbereitet,
grundiert und und mit dem erfindungsgemäßen Fugenband in voller Tiefe ausgefüllt, so
wie es oben beschrieben wurde.
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Auf
diese Fuge wird nun ein Glaszylinder von ca. 50 mm Durchmesser und
10 cm Höhe
dichtend aufgeklebt, so daß er
die Fuge seitlich beidseits in gleichem Maße überragt. Dieser Zylinder wird
mit dem betreffenden wassergefährdenen
Stoff, in diesem Fall 20%ige Salzsäure, gefüllt, abgedeckt und über einen
Zeitraum von drei Tagen bei 20-25 °C stehengelassen. Hierdurch
wird der Kontakt der Oberfläche
mit einem ausgelaufenen Medium simuliert.
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Nach
der Prüfdauer
von drei Tagen werden Zylinder und Medium entfernt. Die Modellfuge
wird einer visuellen Kontrolle unterzogen, wobei sich optisch keine
signifikanten Veränderungen
zeigen.
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Das
Modell wird danach durch die Belastungszone hindurch quer zur Fuge
aufgetrennt. Bei der Betrachtung des Schnittes zeigt sich, daß die Fuge
und der umliegende Asphalt von der verwendeten Säure nicht durchdrungen worden
sind. Gegenüber
dem beschriebenen Medium ist das erfindungsgemäße Fugenband undurchlässig.
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Beispiel 2:
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In
einem weiteren Beispiel wird in einem gleich aufgebauten Modell
die Fuge vorbereitet und mit dem erfindungsgemäßen Fugenband in voller Tiefe
ausgefüllt,
so wie es oben beschrieben wurde.
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Auf
diese Fuge wird nun ein Glaszylinder von ca. 50 mm Durchmesser und
10 cm Höhe
dichtend aufgeklebt, so daß er
die Fuge seitlich beidseits in gleichem Maße überragt. Dieser Zylinder wird
mit einem anderen wassergefährdenen
Stoff, Trichlormethan (Chloroform), gefüllt, abgedeckt und über einen Zeitraum
von drei Tagen bei 20-25 °C
stehengelassen. Chloroform ist dafür bekannt, daß es ein
gutes Lösemittel
für Bitumen
ist.
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Nach
der Prüfdauer
von drei Tagen werden Zylinder und Medium entfernt. Die Modellfuge
wird einer visuellen Kontrolle unterzogen, wobei sich eine deutliche
Auflösung
der Bestandteile von Fuge und umgebender Gußasphaltdeckschicht zeigen.
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Das
Modell wird danach durch die Belastungszone hindurch aufgetrennt.
Bei der Betrachtung des Schnittes zeigt sich, daß die Fuge und der umliegende
Asphalt vom verwendeten Lösemittel
deutlich angegriffen sind und eine weite, aber noch keine komplette
Durchwanderung der Asphaltschicht und der Fugenfüllung erfolgt sind.
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- 1
- Gußasphalt
- 2
- Fugenband
- 3
- Glaszylinder
- 4
- Testmedium