DE19536146A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung abgedichteter Bauwerksschalen durch Abdämmen zusitzender Feuchtigkeit - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vor­ richtung zur Herstellung abgedichteter Bauwerksscha­ len gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf den Un­ tertagebetrieb, nämlich auf Bauwerke, welche die un­ terirdischen 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 Abdich­ tung 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. insbeson­ dere Tunnelauskleidungen, aus, bei denen die Schale aus wasserundurchlässigem, sogenanntem WU-Beton be­ steht. - Im folgenden wird die Erfindung deshalb an­ hand 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 beto­ niert wird. Bei wasserführendem Gebirge wird bei der­ artigen Bauwerken auf den Spritzbeton eine Kunst­ stoffhaut aufgebracht, die aus randverschweißten Fo­ lien aufgebaut wird. Die Verschweißung der Folienrän­ der muß sorgfältig erfolgen, um umläufiges Wasser zu vermeiden. Deshalb werden die Schweißnähte auf Dich­ tigkeit 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 abgedichte­ ter Bauwerks schalen durch Abdämmen zusitzender Feuch­ tigkeit erweist sich in der Praxis auch bei Anwendung größter Sorgfalt als nicht absolut zuverlässig. Dar­ über 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 Hantie­ ren 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 Abdich­ tungsfolie Perforationen auf, kann dies bei zusitzen­ der Feuchtigkeit zur Umläufigkeit führen.

Auch wenn die abgedichtete Bauwerksschale aus WU-Be­ ton besteht, führt doch die unvermeidliche Rißbildung zum Austreten von Feuchtigkeit auf der Innenseite der auf diese Weise abgedichteten Bauwerksschale, sobald Feuchtigkeit zusitzt. Solange der Feuchtig­ keitsandrang lediglich zur Oberflächenfeuchtigkeit führt, wird er in der Regel nicht bemerkt oder gedul­ det. Beim Auftreten von niedrigen Temperaturen kann dies jedoch zur Eisbildung und damit zu entsprechen­ den Gefährdungen des Tunnelbetriebes führen. Anderen­ falls wird versucht, mit Hilfe von Injektionsmitteln, die in und durch die tragende Schale hindurch einge­ bracht werden, den Feuchtigkeitsandrang zu stoppen und die Feuchtigkeit abzudämmen. Das gelingt insbe­ sondere 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 eingestell­ ter Kunststoff verwendet wird, führt zusitzende Feuchtigkeit zur Volumenzunahme der Bahnen. Die da­ durch 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 bedeu­ tet, daß je höher der Feuchtigkeitsandrang ist, umso stärker auch die Abdichtung ausfällt. Zusitzende Feuchtigkeit führt daher nach Anwendung des erfin­ dungsgemäßen Verfahrens in aller Regel nicht zur Oberflächenfeuchtigkeit an der Bauwerksschale und zu den damit verbundenen Gefährdungen. Man benötigt da­ her zur Abdämmung der Feuchtigkeit auch in der Regel keine Injektionsmittel. Die so hergestellte Abdämmung kann allerdings bedarfsweise durch Injektionen er­ gänzt 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 Feuch­ tigkeit 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 Ver­ letzungen beim Aufquellen der Bahnen mit der erfor­ derlichen Dichtigkeit selbsttätig. Dieser "Selbst­ heileffekt" erübrigt kostspielige Nacharbeit.

Vorzugsweise mit den Merkmalen des Anspruches 2 wen­ det man das erfindungsgemäße Verfahren grundsätzlich nur dort an, wo mit von außen zusitzender Feuchtig­ keit gerechnet werden muß. Dies gelingt auf einfache Weise, da infolge der beschriebenen, hohen Volumenzu­ nahme bei zusitzender Feuchtigkeit geringe Bahnen­ dicken angewandt werden können.

Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich auch ver­ hältnismäßig 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 Aus­ nutzung der Klebekraft des Kunststoffes auf dem Un­ tergrund befestigt. Einzelne Stellen, die auf diese Weise nicht erreicht werden können, lassen sich kon­ ventionell 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 er­ findungsgemäße Verfahren mit den Merkmalen des An­ spruches 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 hydro­ phil 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 ge­ ringer, jedoch noch immer hinreichend widerstandsfä­ hig, um ein ordnungsgemäßes Einbringen der Bauwerks­ schale zu gewährleisten. Dringt jedoch Feuchtigkeit zwischen den Rasterlinien ein, so wird sie an den Streifen daran gehindert, in daneben liegende Raster­ flächen überzutreten. Dadurch läßt sich die Umläufig­ keit in der Regel vermeiden und jedenfalls die Stel­ len lokalisieren, an denen von außen nachgedämmt wer­ den muß.

Vorzugsweise führt man diese Ausführungsform der Er­ findung 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 Befesti­ gung und Versiegelung auf der erforderlichen Fläche des Bauwerkes. Sie hat den Vorteil, daß sie wegen ihrer doppelten Verklebung in der Regel nicht beson­ ders geprüft zu werden braucht.

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

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

Die Einzelheiten, weiteren Merkmale und andere Vor­ teile 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 Herstel­ lung 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 Abhängig­ keit von Quellvolumen und Quelldruck des für die Bahnen bzw. Streifen benutzten Kunststof­ fes und

Fig. 4 Schematisch eine abgedämmte Strecke in per­ spektivischer Darstellung.

Für das erfindungsgemäße Verfahren werden als Vor­ richtung 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 Wasserab­ gabe schrumpft.

In Fig. 3 ist auf der Abszisse die isotrope Wasser­ sorption in Prozent des ursprünglichen Volumens ange­ geben, 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 be­ grenzt, auf deren Innenseite 6 die Poly-Urea-Kunst­ stoffschicht 3 eine Beschichtung bildet. Die Matrix 5 besteht aus einer geschlossenporigen Kunststoff­ schicht in Form einer flexiblen Polyethylenfolie.

Für die Verarbeitung der Bahnen bei der Herstellung der Abdichtung ist die der Matrix 5 abgewandte Ober­ fläche 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 randpar­ allelen Reihen 9, 10 aus Perforationen versehen.

Die in Fig. 2 dargestellten Streifen bilden ein Mon­ tagetape, 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-Kunst­ stoffes auf nahezu allen Untergründen und durch die Perforationen in den Reihen 9, 10 sind keine weiteren Hilfsmittel zur Fixierung der Poly-Urea-Schicht not­ wendig.

Die Fig. 4 zeigt einen bogenförmigen Streckenausbau, jedoch ohne seine mindestens aus zwei Schalen beste­ hende Auskleidung. Dargestellt ist ein Raster, das auf der Innenseite einer äußeren Schale befestigt ist und aus den Streifen 2 besteht, die auf die Innen­ seite der äußeren Schale aufgeklebt sind. Dabei sind die Montagetapes auf den trockenen, staubfreien Un­ tergrund in den Bahnen entsprechender Breite aufge­ klebt. Bei nicht optimalem Untergrund können die Ei­ genschaften 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 beispiels­ weise bei 21 und 22 dargestellt. Ferner sind ge­ krümmte Rasterlinien quer zur Streckenachse bei 22, 23, 24 und 25 vorgesehen. Alle Rasterlinien über­ decken sich mit den sich kreuzenden bzw. aneinander anschließenden Streifen 2, so daß ein kontinuierli­ ches Raster über den gesamten Streckenumfang im Aus­ führungsbeispiel 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 wiedergege­ ben. Diese Räume werden mit den Bahnen 1 abgedeckt. Dazu werden die Bahnen 1 so angebracht, daß die Kan­ ten benachbarter Bahnen genau in der Mitte des Mon­ tagetapes aufeinandertreffen. Auf diese Weise ent­ steht ein vollständig versiegelter Baukörper. Unre­ gelmäßige Flächen lassen sich durch einfaches Zu­ schneiden der Bahnen vor Ort individuell an die je­ weiligen Baukörperkonturen anpassen.

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

Sobald die betreffenden Schichten mit Wasser in Be­ rührung 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 be­ netzten Fläche. Das Quellvermögen ist absolut rever­ sibel. Bei Austrocknung geht das Volumen langsam auf das Ausgangsmaß zurück und wird bei erneutem Wasser­ kontakt 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 ver­ wendet. Der Zweikomponenten-Kunststoff kann mit Füll­ stoffen 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-Pre­ polymeres, während die B-Komponente ein Polyol mit einem Gehalt an monomerem Diisozyanat ist. Der Akti­ vator 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.

Claims (17)

1. Verfahren zur Herstellung abgedichteter Bauwerks­ schalen durch Abdämmen zusitzender Feuchtigkeit, gekennzeichnet durch das Aufbringen von Bahnen, die einen hydrophil eingestellten Kunststoff ent­ halten, der bei zusitzender Feuchtigkeit durch Aufquellen an der Bauwerksschale zur Dichtung ge­ bracht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Flächen mit zusitzender Feuchtigkeit mit den Bahnen vollständig versiegelt werden.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, da­ durch gekennzeichnet, daß die Bahnen auf dem Un­ tergrund des Bauwerkes im wesentlichen durch Auf­ kleben des Kunststoffes befestigt werden.

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 Kunst­ stoff bestehen, wobei die Bahnen auf die Raster­ linien aufgeklebt werden.

5. Verfahren nach einem oder mehreren der vorausge­ henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die aneinander anschließenden Bahnen mit ihren benach­ barten Kanten etwa in der Streifenmitte aufgeklebt werden.

6. Verfahren nach einem oder mehreren der vorausge­ henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß für die Bahnen und die Streifen ein Poly-Urea-Kunst­ stoff verwendet wird, welcher in Verbindung mit einer Kunststoffschicht, die eine Zellstruktur aufweist, das Wasser aufnimmt und abgibt.

7. Verfahren nach einem oder mehreren der vorausge­ henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Untergrund vor dem Auftragen des Poly-Urea-Kunst­ stoffes von lose und trennend wirkenden Ver­ schmutzungen befreit wird.

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 anpas­ sendes Poly-Urea-Elastomer aufweisen, welches in Wasser unter isotroper Volumenzunahme quillt und unter Wasserabgabe schrumpft und auf dem Bauwerks­ untergrund sowie auf Kunststoff klebt.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeich­ net, daß die Poly-Urea-Kunststoffschicht (4) der Bahnen (1) eine Beschichtung auf einer geschlos­ senporigen thermoplastischen Kunststoffschicht (5) bildet.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 oder 9, da­ durch gekennzeichnet, daß die geschlossenporige Kunststoffschicht aus einer PE-Folie besteht.

11. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorausge­ henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei den Bahnen (1) die Poly-Urea-Elastomer-Schicht (3) eine Schutzfolie (8) aufweist.

12. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorausge­ henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzfolie (8) der Bahnen (1) perforiert ist.

13. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorausge­ henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei den als Montagetapes benutzten Streifen die Poly- Urea-Kunststoffschicht (4) beiderseits mit einer Schutzfolie (12, 14) versehen ist.

14. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorausge­ henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Schutzfolien (14) mit einer Perforationsreihe (15) versehen ist.

15. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorausge­ henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Poly-Urea-Polymere ein mit Füllstoffen und/oder mit Farbpigmenten gefüllter Zweikomponentenkunst­ stoff ist.

16. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorausge­ henden 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. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorausge­ henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die A- und die B-Komponente im Verhältnis von 1 : 1 ge­ mischt sind.