DE2513365A1 - Anordnung zur abdichtung der fugen von stahlbetontuebbingausbau - Google Patents
Anordnung zur abdichtung der fugen von stahlbetontuebbingausbauInfo
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Description
_J
Ruhrlrolile Aktiengesellschaft, 43oo Esnen, Rsllingh
Str. 1
"Anordnung zur Abdichtung der Fugen von Stahlbeton« tubbi ngauübau"
Die Erfindung betrifft eine Anordnung aur Abdichtung
der 3?ugcn von Stahlbetontübbingausbau, bei der an den
eine Fuge begrenzenden Stirnseiten einander benachbarter Tübbinge viskoelastische Pugenbänder vorgesehen
sind, die sich mit ihren nach außen orientierten Flächen im Ausbau aufeinander abstützen und an. einer
ihren Abstütsflachen zugeordneten Seiten vorzugsweise
mit die Rückstellkräfte vergrößernden Mitteln, z. E. mit Lamellen bildenden Nuten versehen sind.
Der Ausbau in Stahlbetontübbingen wird vor allem in unterirdischen Verkehrstauwerken, z, B. in U-Bahn-
-Tunneln, angewandt, Bei dem in der Regel "benutzten
Vollausbau werden Ringe aus mehreren Stahlbeton-
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tübbingen zusammengesetzt/ und aneinander angeschlossen.
Es ergeben sich dann in Quer- und in Längsrichtung des Bauwerkes durchgehende Fugen. Die Abdichtung dieser
!Fugen ist die Voraussetzung für die Wasserdichtigkeit des Ausbaus, der mit Hilfe von Verpressungen des Ringrauraes
zwischen dem Ausba.u und dem Gebirge an das Gebirge angeschlossen wird.
Zur Erhaltung der Wasserdichtigkeit muß der Abfall der Rückstellkraft der Fugenbander über die Standzeit
des Bauwerkes betrachtet möglichst gering gehalten werden. Dieser Forderung versucht man durch ein
günstiges Alterungsverhalten der Eugenbänder zu entsprechen. Andererseits muß die Rückstellkraft möglichst
groß sein, was man durch Profilierung mindestens desjenigen Seite der Eugenbänder zu erreichen versucht,
die sich auf den entsprechenden TeilfÜchen der Tübbing-Stirnseiten
abstützen.
Es ist eine Anordnung zur Abdichtung der Pugen von Stahlbetontübbingen bekannt, bei der jedem Eugenband
eine Ausnehmung in der Stirnseite des betreffenden Stahlbetontübbings zugeordnet ist. Diese bildet eine
rinnenförmige Vertiefung, in die das Eugenband eingelegt wird. Auf seiner Abstützfläche in der Vertiefung
hat das Eugenband ringförmige Nuten, welche Lamellen bilden. Dadurch ist der Umriß des Eugenbandes an
dieser Seite gezahnt. Die Zahnprofile sollen die Rückstellkraft des Eugenbandes vergrößern. Das bekannte
Eugenband besteht im übrigen aus elastomerem Werkstoff.
Da das bekannte Eugenband nur einen Teil der die Euge begrenzenden Stirnfläche des betreffenden Stahlbeton-
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·- 3 —
tubbings abdecken kann, dj-iagt beim Verpreßvorgang
Verpreßmasse, zv.mei.st I'reKzemer.t, in die Fuge ein.
Y/egen des hohen Verpreßcruckes kann die Verpreßmaose
auch Unter die Zahnlaiaelleii gelangen. Dadurch v/ird
die freie Ruckstellflächu konstruktionobedingt wesentlich vermindert. Das Ergebnis ist ein Abfall der RUo'irstellkraft.
IJinzti. tritt die durch des Alterungsverhalten
des in· Fugenband benutzten elastomere:^ Werkstoffes
ve imrsachte materialbedingte Verminderung der
Rücksteilkraft. Untei" diesen Umständen läßt si oh die
im allgemeinen gestellte Forderung" nach E3?haltung eines
maximalen Rückstellkraitabfalles von 3o % in einem
Zeitraam von 5o Jahren in der Regel nicht einhalten.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Dichtungsanordnung der eingangs bezeichneten Art zu schaffen,
bei der der konstruktionsbedingte Abfall oer Rückstellkraft vermieden oder erheblich vermindert ist, wobei in
v/eiterer Ausbildung der Erfindung auch eine erhebliche Verminderung des materialbedingten Rückstellkraftabfalles
erzielt werden kann.
Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß zwischen jedem !Fugenband und seiner Abstützfläche
auf der Stirnseite des ihm zugeordneten Stahlbetontübbings ein Ring angeordnet ist, der das Fugenband
unterstützt und aus einem Werkstoff besteht, dessen viskoelastisches Verhalten dem des Fugenbandes
mindestens ähnlich oder gleich ist.
Das Zusammenwirken der Ringe mit den Fugenbändern besteht darin, daß sich, auf den Abstützflächen erheb-
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liehe Rückstellkräfte einstellen, welche das Eindringen
von Vergußmasse zwischen diese Konstruktionsteile in den meisten Fällen ganz oder doch zum wesentlichen Teil
verhindern und dadurch den konstruktionsbedingten Abfall der Rückstellkräfte vermindern oder vermeiden. Wenn
die Dichtungsanordnung im übrigen gemäß dem eingangs geschilderten Stand der Technik ausgebildet ist und
dementsprechend die Fugenbänder mit den beschriebenen Lamellen versehen sind, so unterliegen die Ringe den
ihrer Verformung entsprechenden Rückstelldrücken. Hierbei kann man in der x-Richtung, d. h. quer zur Fuge,
von der Annahme ausgehen, daß die Zahnlückeiibereiche
der Ringe sich nur in vernachlässigbarem Ausmaß an der Bereitstellung des Rückstelldruckes beteiligen.
Berücksichtigt man dementsprechend nur den sich abstützenden Anteil des Zahnprofiles, so ist der Rückstellkraftabfall
in der die Dichtungswirkung sicherstellenden x-Richtung am kleinsten. Geht man von einem
Rückstelldruck
ρ = 1,5 kp/cm
aus, so ergibt sich für den kleinstmöglicheη Restdruck
nach beliebig langer Zeit
p, mill =1,26 kp/cm
Besonders günstig wirkt sich auf die Verminderung des materialbedingten Rückstellkraftabfalles aus, wenn
die Eugenbänder, wie an sich bekannt, aus einem elastomeren Werkstoff bestehen und die Ringe aus
Thermoplast hergestellt sind.
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Als Werkstoff für die Ringe und/oder für die Fugenbänder hat sich überraschend ein aii sich "bekannter
äthylencopolymerhaltiger, "bituminöser Dichtungswerkstoff
empfohlen, der bisher nur zur Herstellung von praktisch keinen Dichtdrücken unterliegenden wasserdichten
und säurebeständigen Abdeckungen benutzt wurde. Dieses Material besteht zu etwa 45 - 5o Gew.-%
aus einem eine Spannungsrißkorrosicn von über 6ooo h aufweisenden Gemisch aus einem Äthylencopolymerisat
und einem kleinen Anteil Bitumen, zu etwa 4o Gew.-% aus gegebenenfalls 3o Gew.~% Asche (bezogen
auf den Anthraaitstaubanteil) und gegebenenfalls einer Korngröße von 3o /' aufweisenden Anthrazitstaub und
restlichem Hochdruckpolyäthylen (DT-OS 2 156 782).
Dieser Werkstoff wird in der Regel gegossen, z. B. spritzgegossen. Es handelt sich um ein Thermoplast,
welches sich bei einachsiger Beanspruchung auf Zug durch sehr hohe, teilweise bis auf 9oo % ansteigende
Bruchdehnung auszeichnet. Es besitzt ein Elastizitätsmodul auf Zug in der Größenordnung von
E = 6oo kp/mm
Unter Druckbeanspruchung ist der Werkstoff nur etwa halb so stark deformierbar. Sein Elastizitätsmodul
auf Druck beträgt etwa
E1. = 12o kp/cm2
Im Querschnittskontraktionsverhalten unterscheidet sich der druckbeanspruchte Werkstoff nicht vom zugbe-
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anspruchteri. Seine Querkontraktions zahl von
= o,47
zeigt, daß der Werkstoff ein Thermoplast mit hohem
G-leitvermögen ist, v/as gerade "bei Fugendichtungsringai
eine sehr erwünschte Eigenschaft darstellt. Der Werkstoff ist völlig frei von kaltem Fluß.
Nach Einbau der eingangs beschriebenen Tübbinge sind Quer- und Längsverschiebungen der Segmente
meistens nicht zu vermeiden. Finden sie vor dem Verpressen statt, bleiben die Beanspruchungen der
aus dem vorgenannten Werkstoff bestehenden Ringe im allgemeinen gering. Selbst wenn man aber ein absinkendes
Elastizitätsmodul der Terpreßmesse bis auf 1.2oo kp/cm unterstellt, so ergibt sich immer
noch ein Verhältnis von
E-, (Yerpreßmasse) 1.2oo
E.J. (Ringwerkstoff) 12o
= 1oo
Die Ringe sind hiernach selbst unter extrem ungünstigen Verpreßmaßnahmen noch einhundertmal so
weich wie die Verpreßmasse und können daher durch zwischen die lamellen dringende Yerpreßmasse in dem
Rückstelldruck- und Di chtungs verhalt en nicht beeinträchtigt werden.
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Der Ringwerkstoff ist darüber hinaus verschleißfest,
so daß er auch bei noch nach dem Verpressen eintretenden kleinen Relativbewegungen keine ernstlichen Beschädigungen
erfährt.
Beim Einlegen der Ringe in die Tübbingsegmente kann es
insbesondere beim Übergang von den Ring- zu den Längsfugen vorkommen, daß sich lokale Zerrungen einstel len.
Der Ringwerkstoff hat die Eigenschaft, daß größere örtliche Zerrungen infolge des zu erwartenden Kriechens
im Laufe der Zeit wieder abgebaut"werden.
Die Shore-Härte A des Ringwerkstoffes liegt im Alterungszustand
zwischen 67 und 7o. Über 28 Tage erstreckte Kurzbewitterungsversuche haben einen Einblick in die
Veränderung der Shoa?e -A Härte durch äußere Einwirkung
gegeben. Diese Versuche betreffen
1. 28-tägige Lagerung im Normalklima,
2. 28-tägige Kurzbewitterung im Schwitzwasserkonstantklima,
3. 28-tägige Kurzbewitterung im Kesternich-Gerät,
4. 28-tägige Kurzbewitterung durch Kohlenbogenlampenbestrahlung,
5· 28-tägige Kurzbewitterung durch Ultraviolett-Bestrahlung,
6. 28-tägige Kurzbewitterung im Xenon-Strahlungs-Sprüh-Tost;,
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7. 28-tägige Kurzbew-itterung im Feuchtwechse!klima.
Die nachfolgende Tabelle zeigt das dabei festgestellte Verhalten der Shore-A-Härte und des Zugelastizitätsmoduls,
Kurzbewitterungsgruppe 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.
Shore-A-Härte 67 7o 72 73 75 74
Elastizitätsmodul auf
Zug in kp/crn2 59 51 52 59 6o 49
Die Tabelle zeigt, daß die Shore-A-Härte des Ringwerkstoffes selbst durch schärfste Kurzbewitterungstests nur unwesentlich
angehoben wird.
Nach weiteren Versuchen hat sich ergeben, daß die Oberfläche des Ringwerkstoffes bei den obigen Bewitterungen
keine Verwitterungserscheinungen zeigt. Statt dessen tritt eine chemische Umwandlung ein, welche bis zu 3o /^
bzw. 1/5o mm eindringt. TJV-BeStrahlungsversuche zeigten
eindeutig die Bildung einer oberflächlichen Schutzschicht an, welche die Kernmasse gegen das Angriffsmittel abriegelt.
Vieljährige Einlagerungen von Ringwerkstoffprüfkörpern im Chemiesee-Moor bei pH-Werten von 7,ο
bis 3>2 führten unterhalb von 5oo % Dehnung zu keinen Veränderungen der mechanischen Eigenschaften. Hiernach
darf der Ringwerkstoff als alterungsbeständig bezeichnet werden.
Deswegen kann gemäß einer weiteren Ausführungsform der
Erfindung auch das Fugenband aus oben bezeichnetem Werkstoff bestehen.
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Die Ringe sind vorzugsweise Spritzgußteile,
Die Einzelheiten und weiteren Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines
Ausführungsbeispieles anhand der Figuren in der Zeichnung; es zeigen
Fig. 1 in perspektivischer und teilweise abgebrochener
Darstellung sowie im Schnitt eine Längsfuge zwischen zwei in einem Ring benachbarten
Tübbingen und
Eig.2 in Zusammenhang von Zusammendrückung und Kriechmaß
in Prozent und Druckbeanspruchungen in kp/cm .
Die in Fig. 1 abgebrochen dargestellten Tübbinge 1 und
2 bestehen aus Stahlbeton. Ihre im Ring einander gegenüberstehenden Stirnflächen sind mit 3 bzw. 4
bezeichnet. An den dazu rechtwinkligen Stirnseiten 5 bzw. 6 befindet sich die gleiche Dichtungsanordnung,
wie sie nachstehend beschrieben wird.
Die Stirnflächen 3 und 4 haben je eine Ausnehmung
bzw. 8, deren Umriß im Querschnitt etwa dem eines Trapezes entspricht. Die kürzere Trapezseite 9 bzw.
1o bildet jeweils die Bodenfläche der Ausnehmung bzw. 7. In die beiden Ausnehmungen sind einander
entsprechende um den Umfang des Tübbings gelegte Fugenbänder 11 bzw. 12 eingelegt. Jedes Fugenband
hat den konvergierenden Seiten des Querschnittes der Ausnehmungen 7 bzw. 8 entsprechende Seiten 13 bzw. 14,
die an die sich konvergierende flächen 15 bzw. 16
-1ο-
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anschließen. Die Rückseiten 17 bzw. 18 beider Fugenbänder stützen sich aufeinander ab. Die ihnen gegeüberliegenden,
der Abstützfläche zugekehrten Seiten haben ein gezahntes Profil mit Nuten 19 und duch diese gebildeten Lamellen 20.
Mit den Lamellen 20 stützen sich die Bänder 11 bzw. 12 auf Ringen bzw. 22 ab. Diese ebenfalls um den Tübbing herunggeführten
Ringe sind aus einem thermoplastischen Werkstoff gegossen, z.B. spritzgegossen und liegen auf der kürzeren Trapezseite
9 bzw. 10 der beschriebenen Ausnehmungen 7 bzw. 8, so daß sich die Lamellen 20 auf den nach außen gekehrten Seiten
der Ringe 21 und 22 abstützen.
Die Ringe haben vorzugsweise im Querschnitt einen rechteckigen Umriß, so daß sie sich vollflächig auf dem Grund
der Vertiefungen 7 bzw. 8 abstützen.
Auf der Ordinate des Diagramms nach Fig. 2 ist das Zusammendrückungs-
bzw. Kriechmaß in Prozent vri.edergegeben, wenn die Ringe aus dem eingangs bezeichneten, vorzugsweise gemäß der
Erfindung verwirklichten Werkstoff bestehen. Die Abszisse des Diagramms zeigt dagegen die Druckbeanspruchungen in kp/cm
An der mit 40 bezeichneten Kurve sind die Kriechzusammendrückungen
E„t_ nach 9 Jahren bzw. beliebig langer Zeit abgetragen.
In der zweiten mit 41 bezeichneten Kurve sind die entsprechenden Zahlenwerte für die elastische Zusammendrückung
E x abgetragen.
Abweichend von der Beschreibung des Ausführungsbeispieles
können an den Ecken der Tübbinge von dem Normalprofil des Ringes abweichende Formstücke angeordnet sein.
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Claims (8)
1. Anordnung zur Abdichtung der Fugen von Stahlbetontübbingausbau,
bei der an den eine Fuge begrenzenden Stirnseiten einander benachbarter Tübbinge viskoelastische
Fugenbänder vorgesehen sind, die sich mit ihren nach außen orientierten Flächen im Ausbau aufeinander
abstützen und an einer ihrer ihren Abstützflächen zugeordneten Seiten vorzugsweise mit die
Rückstellkraft vergrößernden Mitteln, z. B. mit Lamellen bildenden Nuten versehen sind, dadurch
gekennzeichnet , daß zwischen jedem Fugenband (11,12) und seiner Abstützfläche (9, 10)
auf der Stirnseite (3, 4) des ihm zugeordneten Stahlbetontübbings (1, 2) ein Ring (21, 22) angeordnet ist,
der das Fugenband (11,12) unterstützt und aus einem Werkstoff besteht, dessen viskoelastisches Verhalten dem
des Fugenbandes mindestens ähnlich oder gleich ist.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet
, daß mindestens die Ringe (21, 22) aus einem Thermoplast bestehen.
3. Anordnung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Thermoplast
ein äthylencopolymerhaltiger, bituminöser Dichtungswerkstoff ist, der zu etwa 45 - 50 Gew.-% aus einem
eine Spannungsrißkorrosion von etwa über 6000 h aufweisenden Gemisch aus einem Äthylencopolymerisat
und einem kleinen Anteil Bitumen.
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4. Anordnung nach den Ansprüchen 1-3, dadurch gekennzeichnet , daß die Ringe (21, 22)
Gußteile darstellen.
5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,
daß die Ringe (21, 22) extrudiert sind.
6. Anordnung nach den Ansprüchen 1 -5, dadurch gekennzeichnet , daß die Ringe (21,22)
Spritzgußteile darstellen.
7. Anordnung nach den Ansprüchen 1-6, dadurch gekennzeichnet , daß der Umriß des
Querschnittes der Ringe (21, 22) rechteckig ist.
8. Anordnung nach den Ansprüchen 1-7, gekennzeichnet durch Ringe mit Formstücken
für die Ecken der Tubbinge.
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