DE2513365C3

DE2513365C3 - Anordnung zur Abdichtung der Fugen von Stahlbetontübbingausbau

Info

Publication number: DE2513365C3
Application number: DE19752513365
Authority: DE
Inventors: Kurt 4330 Mülheim Jansen
Original assignee: Ruhrkohle AG
Current assignee: RAG AG
Priority date: 1975-03-26
Filing date: 1975-03-26
Publication date: 1982-09-30
Also published as: BE839914A; DE2513365B2; ATA73276A; AT355083B; DE2513365A1; NL7602023A; CH606768A5; FR2305584A1; FR2305584B3

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Abdichtung der Fugen von Stahlbetontübbingausbau, bei der an den eine Fuge begrenzenden Stirnseiten einander benachbarter Tübbinge viskoelastische Fugenbänder in Nuten vorgesehen sind, die sich mit ihren nach außen orientierten Flächen im Ausbau aufeinander abstützen und an einer ihren Abstützflächen zugeordneten Seiten vorzugsweise mit die Rückstellkräfte vergrößernden Mitteln, z. B. mit Lamellen bildenden Nuten, versehen sind.

Der Ausbau in Stahlbetontübbingen wird vor allem in unterirdischen Verkehrsbauwerken, z. B. in U-Bahn-Tunneln, angewandt. Bei dem in der Regel benutzten Vollausbau werden Ringe aus mehreren Stahlbetontübbingen 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 Ringraumes zwischen dem Ausbau und dem Gebirge an das Gebirge angeschlossen wird.

Zur Erhaltung der Wasserdichtigkeit muß der Abfall der Rückstellkraft der Fugenbänder über die Standzeit des Bauwerkes betrachtet möglichst gering gehalten werden. Dieser Forderung versucht man durch ein günstiges Alterungsverfahren der Fugenbänder zu entsprechen. Andererseits muß die Rückstellkraft möglichst groß sein, was man durch Profilierung

ίο mindestens derjenigen Seite der Fugenbäider zu erreichen versucht, die sich auf den entsprechenden Teilflächen der Tübbingstirnseite abstützen.

Es ist eine Anordnung zur Abdichtung der Fugen von Stahlbetontübbingen bekannt, bei der jedem Fugenband eine Ausnehmung in der Stirnseite des betreffenden Stahlbetontübbings zugeordnet ist. Diese bildet eine rinnenförmige Vertiefung, in die das Fugenband eingelegt wird. Auf seiner Abstützfläche in der Vertiefung hat das Fugenband ringförmige Nuten, welche Lamellen bilden. Dadurch ist der Umriß des Fugenbandes dieser Seite gezahnt. Die Zahnprofile sollen die Rückstellkraft des Fugenbandes vergrößern. Das bekannte Fugenband besteht im übrigen aus elastomerem Werkstoff.

Da das bekannte Fugenband nur einen Teil der die Fuge begrenzenden Stirnfläche des betreffenden Stahlbetontübbings abdecken kann, dringt beim Verpreßvorgang Verpreßmassr, zumeist Preßzement, in die Fuge ein. Wegen des hohen Verpreßdruckes kann die Verpreßmasse auch hinter die Zahnlamellen gelangen. Dadurch wird die freie Rückstellfläche konstruktionsbedingt wesentlich vermindert Das Ergebnis ist ein Abfall der Rückstellkraft. Hinzu tritt die durch das Alterungsverhalten des im Fugenband benutzten elastomeren Werkstoffes verursachte materialbedingte Verminderung der Rückstellkraft Unter diesen Umständen läßt sich die im allgemeinen gestellte Forderung nach Erhaltung eines maximalen Rückstellkraftabfalles von 30% in einem Zeitraum von 50 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 der Rückstellkraft vermieden oder erheblich vermindert ist, wobei in weiterer 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 in der Nut 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 erhebliche 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 Rückstelikräfte vermindern oder vermeiden. Wenn die Dichtungsanordnungen 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 ^-Richtung, d. h. quer zur Fuge, von der Annahme ausgehen, daß die Zahnlückenbereiche der Ringe sich nur in vernachlässigbarem Ausmaß an der Bereitstellung des Rückstelldruckes beteiligen. Berücksichtigt man dementsprechend nur den sich abstützenden Anteil 5 des Zahnprofils, so ist der Rückstellkraftabfall in der die Dichtungswirkung sicherstellenden x-Richtung am kleinsten. Geht man von einem Rückstelldruck

P= 1,5 kp/cm² _]0

aus, so ergibt sich für den kleinstmöglichen Restdruck nach beliebig langer Zeit

pt*min=1,26 kp/cm².

Besonders günstig wirkt sich auf die Verminderung des materialbedingten Rückstellkraftabfalles aus, wenn die Fugenbänder, wie an sich bekannt, aus einem elastomeren Werkstoff bestehen und die Ringe aus Thermoplast hergestellt sind.

Als Werkstoff für die Ringe und/oder für die Fugenbänder hat sich überraschend ein an sich bekannter äinylencopolymcrhaltiger, bituminöser Dächtungswerkstoff empfohlen, der bisher nur zur ,Herstellung von praktisch keinen Dichtdrücken unterliegenden wasserdichten und säurebeständigen Abdeckungen benutzt wurde. Dieses Material besteht zu etwa 45 — 50 Gew.-% aus einem eine Spannungsrißkorrosion von über 6000 h aufweisenden Gemisch aus einem Äthylencopolymerisat und einem kleinen Anteil Bitumen, zu etwa 40 Gew.-% aus gegebenenfalls 30 Gew.-% Asche (bezogen auf den Anthrazitstaubanteil) und gegebenenfalls einer Korngröße von 30 μ aufweisenden Anthrazitstaub und restlichem Hochdruckpolyäthylen (DE-OS 21 56 792).

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 900% ansteigende Bruchdehnung auszeichnet Es besitzt ein Elastizitätsmodul auf Zug in der Größenordnung von

Ε_ζ=600 kp/mm².

Unter Druckbeanspruchung ist der Werkstoff nur etwa halb so stark deformiert. Sein Elastizitätsmodul auf Druck beträgt etwa

E,= 120 kp/cm².

Im Querschnittskontraktionsverhalten unterscheidet sich der druckbeanspruchte Werkstoff nicht vom zugbeanspruchten. Seine Querkontraktionszahl von

μ = 0,47

zeigt, daß der Werkstoff ein Thermoplast mit hohem Gleitvermögen ist, was gerade bei Fugendichtungsringen 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 Verpreßmasse bis auf 12 000 kp/cm² unterstellt, so ergibt sich immer noch ein Verhältnis von

E/Verpreßmasse) ₌ 12000 _{= 10Q}
£,(Ringwerkstofl) 120

Die Ringe sind hiernach selbst unter extrem ungünstigen Verpreßmaßnahmen noch einhundertmal so weich wie die Verpreßmasse und können daher durch zwischen die Lamellen dringende Verpreßmasse in den) Rückstelidruck- und Dichtungsverhalten nicht beeinträchtigt werden.

Der Ringstoff 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 einstellen. 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 70. Ober 28 Tage erstreckte Kurzbewitterungsversuche h&ben einen Einblick in die Veränderung der Shore-A-Härte durch äußere Einwirkung gegeben. Diese Versuche betreffen

1. 28tägige Lagerung im Normalklima,

2. 28tägige Kurzbewitterung im Schwitzwasserkonstantklima,

3. 28tä<»ige Kurzbewitterung im Kestemich-Gerät,

4. ' 28tägige Kurzbewitterung durch Kohlenbogenlam-

penbestrahlung,

5. 28tägige Kurzbewitterung durch Ultraviolett-Bestrahlung,

6. 28tägige Kurzbewitterung im Xenon-Strahlungs-Sprüh-Test,

7.- 28tägige Kurzbewitterung im Feuchtwechselklima.

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
Elastizitätsmodul auf
Zug in kp/cm²

67 70 72 73 75 74 71 59 51 52 59 60 49 54

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, welch? bis zu 30 μ bzw. ¹Ao mm eindringt. UV-Bestrahlungsversuche zeigten eindeutig die Bildung einer oberflächlichen Schutzschicht an, welche die Kernmasse gegen das Angriffsmittel abriegelt. Vieljährige Einlagerung von Ringwjrkstoffprüfkörpern im Chemiesee-Moor bei pH-Werten von 7,0 bis 3,2 führten unterhalb von 500% DehnUiig 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.

Die Ringe sind vorzugsweise Spritzgußteile.

Im folgenden wird die Erfindung an Hand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher

erläutert; es zeigt

F i g. 1 ir. perspektivischer und teilweise abgebrochener Darstellung sowie im Schnitt eine Längsfuge zwischen zwei in einem Ring benachbarten Tiibbingen und

F i g. 2 in Zusammenhang von Zusammendrückung und Kriechmaß in Prozent und Druckbeanspruchung in kp/cm².

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 7 bzw. 8 deren Umriß im Querschnitt etwa dem eines Trapezes entspricht. Die kürzere Trapezseite 9 bzw. IO bildet jeweils die Bodenfläche der Ausnehmung 8 bzw. 7. In den beiden Ausnehmungen sind einander entsprechende um den I 'mfang 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, an die sich konvergierende Flächen 15 bzw. 16 anschließen. Die Rückseiten 17 bzw. 18 beider Fugenbänder stützen sich aufeinander ab. Die ihnen gegenüberliegenden, der Abstützfläche zugekehrten Seiten haben ein gezahntes Profil mit Nuten 19 und durch diese gebildeten Lamellen 20.

Mit den Lamellen 20 stützen sich die Bänder 11 bzw. 12 auf Ringen 21 bzw. 22 ab. Diese ebenfalls um den Tübbing herumgeführten 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 (jrund der Vertiefungen 7 bzw. 8 abstützen.

Auf der Ordinate des Diagramms nach F i g. 2 ist das Zusammendrückungs- bzw. Kriechmaß in Prozent wiedergegeben, wenn die Ringe aus dem eingangs bezeichneten, vorzugsweise gemäß der Erfindung verwirklichten Werkstoff bestehen. Die Abszisse des Diagramms zeigt dagegen die Druckbeanspruchungen

;o in kp/cm-'.

An der mit 40 bezeichneten Kurve sind die Kriechzusammendrückungen £",* nach 9 Jahren bzw. beliebig langer Zeit abgetragen. In der zweiten mit 41 bezeichneten Kurve sind die entsprechenden Zahlen-

2Ί werte für die elastische Zusammendrückung E, abgetragen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Anordnung zur Abdichtung der Fugen von Stahlbetontübbingausbau, bei der an den eine Fuge begrenzenden Stirnseiten einander benachbarter Tübbinge viskoelastische Fugenbänder in Nuten 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) in der Nut 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 gleicK 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 besteht.

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) «midien 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 Tübbinge.