DE4410648C2

DE4410648C2 - Kunststoffdichtungsbahn mit Oberflächenprofilierung

Info

Publication number: DE4410648C2
Application number: DE19944410648
Authority: DE
Inventors: Bernd Kopp; Christian Witolla; Vera Olischlaeger; Heiner Mooren
Original assignee: Naue Fasertechnik GmbH and Co KG
Current assignee: Naue Fasertechnik GmbH and Co KG
Priority date: 1994-03-26
Filing date: 1994-03-26
Publication date: 2001-03-01
Anticipated expiration: 2014-03-27
Also published as: DE4410648A1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Kunststoffdichtungs bahnen mit einer Oberflächenprofilierung, wie sie im Tiefbau insbesondere im Bereich von Deponieböschungen eingesetzt werden.

Beim Deponiebau werden Kunststoffdichtungsbahnen mit ver schiedenen Profilierungen, wie sie beispielsweise in dem Artikel "Geomechanisches Verhalten von Kunststoffdichtungs bahnen" abgedruckt in Bautechnik 2/1987, Seiten 58 bis 63, beschrieben sind (siehe insbesondere Bild 6 und Bild 12), in Kombinationsdichtungen aus mineralischen Dichtungen und Kunststoffdichtungsbahnen verwendet. Typischerweise wird die Kunststoffdichtungsbahn auf einer mineralischen Dichtung verlegt. Über der Kunststoffdichtungsbahn liegt eine Schutz lage, z. B. ein Geotextil, die Bestandteil einer sich unter der Drainageschicht befindlichen Schutzschicht ist. Derartige Aufbauten sind ebenfalls in der vorstehend zitierten Literatur stelle beschrieben. Auf die Drainageschicht wird dann Feinmüll gegeben und darüber der eigentliche zu entsorgende Abfall.

Im Böschungsbereich der Deponie muß bei diesen Kombinations dichtungen sichergestellt sein, daß ein Rutschen vermieden wird und die Standsicherheit der Böschung gewährleistet ist. Stand sicherheit ist dann gegeben, wenn die Summe der antreibenden Kräfte kleiner ist als die Summe der stützenden Kräfte. Die Kunststoffdichtungsbahn muß im Betriebszustand spannungsfrei liegen, um die Dauerhaftigkeit der Dichtung zu gewährleisten. Es ist daher wesentlich, daß alle Kräfte aus der Auflast über die Kunststoffdichtungsbahn in den Untergrund abgeleitet werden. Eine entscheidende Rolle spielt hierbei das Reibungs verhalten zwischen der Kunststoffdichtungsbahn und den verschiedenen Bodenmaterialien sowie zwischen der oberhalb der Kunststoffdichtungsbahn befindlichen Schutz- und Drainge schicht. Es muß erreicht werden, daß die maximal übertragbaren Reibungskräfte auf der Bahnoberseite kleiner sind als die auf der Bahnunterseite, d. h., daß der Reibungswinkel nach DIN 18137 oben kleiner ist als derjenige unten. Idealerweise liegt die Reibungswinkeldifferenz von unten nach oben zwischen 2° bis 6°.

Um das Reibungsverhalten zu beeinflussen, werden die Kunst stoffdichtungsbahnen auf ihren beiden Seiten mit unterschied lich profilierten Oberflächen hergestellt, so daß die Bahn den jeweiligen Anforderungen des betreffenden Deponiebauobjektes in puncto Böschungsneigung und Standsicherheit angepaßt werden kann. Die Profilierungen müssen unter Vermeidung von Kerben und unstetigen Materialdickensprüngen ausgebildet werden, damit die Kunststoffdichtungsbahn nicht in ihrem Langzeitverhalten gegen kombinierte mechanisch-chemische Beanspruchungen geschwächt wird.

Darüber hinaus muß die Kunststoffdichtungsbahn bei Zugbean spruchung ein Verhalten zeigen, das eine genügende mechanische Belastbarkeit erwarten läßt. Es werden daher beim Zugversuch nach DIN 53455 Reißdehnungen von mindestens 400% für Kunst stoffdichtungsbahnen gefordert.

In der Produktinformation Carbofol® PEHD Typ 305 der Firma Hüls Troisdorf AG wird eine Kunststoffdichtungsbahn auf Basis von PE-HD für den Deponiebau beschrieben. Diese Bahn ist beidseitig durch schmale Erhebungen profiliert, wobei sie auf ihrer Unterseite, d. h. der mineralischen Dichtung zugewandt, eine Karo-Struktur mit innenliegender, gegenüber dem Karo sich heraushebender Noppe ("Karo-Noppe") und auf ihrer Oberseite, der geotextilen Schutzlage zugewandt, eine Wabenstruktur ebenfalls mit innenliegender Noppe besitzt. Diese Bahn kann nur für Böschungsneigungen bis zu 11° eingesetzt werden. Ihr Reibungswinkel z. B. gegen Vlies (B2000 der Fa. Huesker) beträgt nur 13°.

In der Produktinformation Friction Seal® (11/92) der National Seal Company wird eine Kunststoffdichtungsbahn beschrieben, deren rauhe Profilierung in einem Koextrusionsverfahren - also in einem verhältnismäßig aufwendigen Herstellungsverfahren - auf die Bahn aufgebracht wird. Ihr Reibungswinkel gegen die geotextile Schutzlage beträgt 32°, während der Reibungswinkel gegen Ton auf der Unterseite der Bahn nur bei 29° liegt, so daß also das geforderte Reibungswinkelgefälle von unten nach oben nicht erfüllt ist.

Weitere bekannte Kunststoffdichtungsbahnen mit beidseitiger Profilierung weisen entweder nicht die gewünschte Reibungs winkeldifferenz für standsichere Böschungen oder undefinierte und ungleichmäßige Oberflächenprofilierungen oder zu geringe Reißdehnungswerte oder ungenügende chemische Beständigkeit oder schlechte Verarbeitbarkeit auf oder aber sie dienen der Lösung einer anderen Aufgabe. Beispielsweise sind in der DE 29 47 499 B1 Abdichtungsbahnen für Hauzwecke beschrieben, die mit speziell ausgebildeten Noppen versehen sind, um sie durch mechanischen Druck zerstörungsfrei mit einer entsprechenden Nachbarfolie verbinden zu können, wobei die kegelstumpfförmigen Noppen eine Einschnürung aufweisen. Derartige Noppen sollen daher keine Reibung erzeugen, sondern dem Zusammenhalt der einzelnen Bahnen dienen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, sowohl eine gut zu verarbeitende Kunststoffdichtungsbahn zur Verfügung zu stellen, die bei steilen Böschungsneigungen einsetzbar ist und eine gute Standsicherheit bei zufriedenstellender mechanisch- chemischer Belastbarkeit gewährleistet, als auch ein Verfahren zur Herstellung der Kunststoffdichtungsbahn anzubieten. Weiter hin soll die Kunststoffdichtungsbahn mit geringem technischen Aufwand in definierter und gleichmäßiger Qualität produzierbar sein.

Diese Aufgabe wird gemäß der vorliegenden Erfindung durch eine Kunststoffdichtungsbahn mit den Merkmalen des Anspruchs 1, bzw. durch ihre Verwendung mit den Merkmalen von Anspruch 11, und durch ein Verfahren zur Herstellung der Kunststoffdichtungsbahn mit den Merkmalen des Anspruchs 12, jeweils bevorzugt in Verbindung mit den Merkmalen der Unteransprüche, gelöst.

Die erfindungsgemäße Kunststoffdichtungsbahn ist mit mindestens einseitiger Oberflächenprofilierung versehen.

Die Struktur der Oberflächenprofilierung besteht aus Erhebungen, welche aus der Bahnbasis herausragen und Einzel flächen vollständig umranden, wobei alle die Einzelflächen umrandenden Erhebungen unter Bildung einer wabenförmigen Struktur als Oberflächenprofilierung miteinander verbunden sind, so daß keine einzeln aus der Bahnbasis herausragenden Erhebungen auftreten, und das Flächenverhältnis von erhabener Struktur zu Bahnbasis der erfindungsgemäßen Kunststoff dichtungsbahn zwischen 0,4 und 1,2, vorzugsweise zwischen 0,6 und 1,0 liegt.

Bevorzugt ist die Struktur der Kunststoffdichtungsbahn aus dem Material der Bahnbasis herausgeformt, so daß Kerbungen durch nachträglich angebrachte Oberflächenprofilierungen vermieden werden.

Bei besonderen Ausführungsformen der Erfindung ist die Bahnbasis zwischen den Erhebungen eben und/oder die Höhe der Erhebungen der Struktur über der Bahnbasis gleichmäßig, wobei die Höhe der Erhebungen insbesondere zwischen 0,5 mm und 1,1 mm liegt, um sicherzustellen, daß die Erhebungen aus dem sich auf der verlegten Kunststoffdichtungsbahn bildenden Drainagewasser film herausragen.

Es ist vorteilhaft, die Anordnung der umrandeten Einzelflächen auf der Kunststoffdichtungsbahn so zu gestalten, daß quer zur Produktionsrichtung der Kunststoffdichtungsbahn möglichst viele über die gesamte Bahnbreite annähernd geradlinig verlaufende, miteinander verbundene Erhebungen entstehen. Solcherart ausge bildete Erhebungen wirken bei der auf der Deponieböschung verlegten Kunststoffdichtungsbahn gegenüber dem Drainagewasser als Staustufen und reduzieren so dessen Fließgeschwindigkeit mit dem Erfolg, daß die Standsicherheit der Böschung erhöht wird. Gleichzeitig wird die Reibung zu der auf der Kunststoff dichtungsbahn befindlichen Schutzlage verbessert und damit der erwünschte Effekt eines hohen Reibungswinkels nach DIN 18137 erzielt. Darüber hinaus entsteht unter Druck zwischen den Kanten der Erhebungen und einer geotextilen Schutzlage ein so enger Kontakt, daß auch nach längerer Standzeit der Böschung ein Verschlammen zwischen Schutzlage und Kunststoffdichtungs bahn und damit ein Vermindern der Reibung verhindert wird. Es ist jedoch zu beachten, daß der Abstand zwischen den quer zur Produktionsrichtung der Kunststoffdichtungsbahn verlaufenden Erhebungen in Abhängigkeit von der Höhe der Erhebungen nicht zu gering wird, da bei nicht genügend breiter Bahnbasis zwischen den Erhebungen die Reißfestigkeit der Kunststoffdichtungsbahn infolge der Kerbwirkung der Vertiefungen zwischen den Erhebungen nachläßt. Bevorzugt liegt der Abstand zwischen den quer zur Produktionsrichtung der Kunststoffdichtungsbahn verlaufenden Erhebungen zwischen 2 und 7 mm.

Eine besonders bevorzugte Ausführungsform der Erfindung besitzt eine solche wabenförmige Struktur als Oberflächenprofilierung, bei der die von den Erhebungen umrandete Innenfläche einer Strukturwabe 7 mm² bis 13 mm² beträgt. Vorzugsweise verläuft eine durch zwei Ecken der Strukturwabe gelegte Symmetrieachse senkrecht zur Produktionsrichtung der Kunststoffdichtungsbahn.

Die Dichte der Kunststoffdichtungsbahn nach DIN 53479 liegt insbesondere zwischen 0,87 g/cm³ und 0,99 g/cm³.

Für besondere Anwendungen kann die Kunststoffdichtungsbahn auf ihrer zweiten Seite ebenfalls mit einer Oberflächenprofilierung versehen werden. Vorzugsweise wird eine Struktur aus sich kreuzenden geradlinigen Erhebungen gewählt, wobei sich in der Mitte der aus den Erhebungen gebildeten Vierecke eine einzelne Erhebung befindet.

Die Kunststoffdichtungsbahn der Erfindung ist besonders ge eignet für den Einsatz im Deponieböschungsbereich.

Für die Herstellung der erfindungsgemäßen Kunststoffdichtungs bahn kommt insbesondere ein Extrusionsverfahren in Frage, bei dem die Formgebung der Struktur der Kunststoffdichtungsbahn mittels einer Prägewalze eines Glättwerkes erfolgt. Eine besonders geeignete Ausführungsform der Prägewalze ist hoch glänzend mit einer gemittelten Rauhtiefe nach DIN 4768 Teil 1 zwischen 0,2 und 0,7 µm.

Der Vorteil der Erfindung liegt in der Kombination ihrer günstigen Eigenschaften, nämlich,

- daß die Kunststoffdichtungsbahn auch bei Deponien mit steilen Böschungsneigungen eingesetzt werden kann, ohne daß die Standsicherheit der Böschung gefährdet ist, wobei insbesondere die Reibungswinkel nach DIN 18137 von der Unterseite der Kunststoffdichtungsbahn zu ihrer Oberseite abfallend sind,
- daß durch das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren der Kunststoffdichtungsbahn die Oberflächenprofilierung von definierter und gleichmäßiger Qualität ist, daß die Oberflächenprofilierung nicht zu Beeinträchtigungen der mechanisch-chemischen Belastbarkeit führt,
- daß vor dem Verschweißen der einzelnen, möglicherweise zugeschnittenen Kunststoffdichtungsbahnen die Schweißränder durch einfache Mittel ohne Zeitverzögerung gesäubert und getrocknet werden können.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Beispiels in Verbindung mit den Fig. 1 bis 3 näher erläutert.

Es zeigen

Fig. 1 eine Aufsicht auf die erfindungsgemäße Wabenstruktur der Oberflächenprofilierung der Kunststoffdichtungs bahn,

Fig. 2 den Schnitt A-A gemäß Fig. 1 durch die Kunststoff dichtungsbahn und

Fig. 3 den Schnitt B-B gemäß Fig. 1 durch die Kunststoff dichtungsbahn.

Beispiel

In einem grundsätzlich bekannten Breitschlitz-Extrusions verfahren wird aus dem Granulat Vestolen® A 3512 R (Dichte: 0,942 ± 0,002 g/cm³, Schmelzindex (190/5): 1,55 ± 0,15 g/10 min, Rußgehalt: 2,1 ± 0,2%) ohne weitere Zusätze eine PE- HD-Kunststoffdichtungsbahn 1 mit einer Breite von 5,10 m und einer Mindestdicke von 2,5 mm hergestellt, wobei eine Präge walze eines nachgeschalteten Glättwerkes die erfindungsgemäße Struktur der Oberflächenprofilierung erzeugt. Eine zweite Prägewalze wird eingesetzt, um die zweite Seite der Kunststoff dichtungsbahn mit der an sich bekannten "Karo-Noppe"-Struktur zu versehen, bei der sich in der Mitte von aus schmalen Erhebungen gebildeten Karos eine einzelne herausragende Noppe befindet. Heide Prägewalzen sind hochglänzend mit einer ge mittelten Rauhtiefe nach DIN 4768 Teil 1 zwischen 0,3 und 0,5 µm, um zu erreichen, daß die Oberfläche der Kunststoff dichtungsbahn 1 stetige Fließlinien und auch im Mikrobereich keine Kerben aufweist.

Die erfindungsgemäße Struktur besteht aus schmalen, waben förmigen Erhebungen 2, die aus der Bahnbasis 3 herausragen und aus dem Material der Bahnbasis 3 herausgeformt sind.

Das Flächenverhältnis von erhabener, wabenförmiger Struktur 2 zu Bahnbasis 3 beträgt 0,8 ± 0,05.

Die Bahnbasis 3 zwischen den wabenförmigen Erhebungen 2 ist eben. Die Höhe der wabenförmigen Erhebungen 2 über der Bahn basis 3 liegt überall gleichmäßig bei 0,8 ± 0,1 mm. Der Über gang zwischen Bahnbasis 3 und Erhebung 2 ist gerundet, um die Nachteile von gekerbten Querschnittsprofilen im Zusammenhang mit der chemischen und mechanischen Langzeitbeständigkeit der Bahn zu vermeiden. Die ebene Innenfläche 4 der Strukturwabe 2 beträgt 10,0 ± 0,5 mm² und die Länge ihrer Seiten 2,0 ± 0,1 mm.

Eine durch zwei Ecken der Strukturwabe 2 gelegte Symmetrieachse S verläuft senkrecht zur Produktionsrichtung P der Kunststoff dichtungsbahn 1.

Die Kunststoffdichtungsbahn 1 wird im Deponieböschungsbereich eingesetzt. Zur Herstellung einer Kombinationsdichtung wird die Kunststoffdichtungsbahn 1 auf der mineralischen Dichtung ver legt, wobei sich die wabenförmige Oberflächenprofilierung der Kunststoffdichtungsbahn 1 auf der Oberseite befindet. Ein eventuelles Säubern und/oder Abtrocknen der möglicherweise zugeschnittenen Kunststoffdichungsbahn 1 an den Schweißrändern vor dem Verschweißen kann unproblematisch und ohne Zeitver zögerung durch Abwischen erfolgen. Heißluftgebläse oder längere Trockenzeiten sind nicht erforderlich. Nach dem Verschweißen der einzelnen Bahnen wird auf der Kunststoffdichtungsbahn 1 die geotextile Schutzlage verlegt, darüber eine weitere Schutz schicht und schließlich die Drainageschicht.

Die in Anlehnung an DIN 18137 gemessenen Reibungswinkel betragen für die Unterseite der Kunststoffdichtungsbahn 1 mit der Profilierung "Karo-Noppe" gegen Ton 27° ± 1° und für die Oberseite mit der wabenförmigen Profilierung gegen Vlies 24° ± 1°, so daß die Reibungswinkeldifferenz bei ca. 3° liegt und die Forderung von nach oben kleineren Reibungswinkeln erfüllt ist.

Die mechanische Belastbarkeit der Kunststoffdichtungsbahn 1 ist gut, da die im Zugversuch nach DIN 53455 bestimmte Reißdehnung größer als 600% ist.

Claims

1. Kunststoffdichtungsbahn (1) mit mindestens einseitiger Oberflächenprofilierung, wobei die Struktur der Ober flächenprofilierung von durch Erhebungen (2) vollständig umrandeten Einzelflächen (4) gebildet wird und wobei die Erhebungen (2) aus der Bahnbasis (3) herausragen, dadurch gekennzeichnet, daß die die Einzelflächen (4) umrandenden Erhebungen unter Bildung einer wabenförmigen Struktur miteinander verbunden sind und daß das Flächenverhältnis von erhabener Struktur (2) zu Bahnbasis (3) zwischen 0,4 und 1, 2 liegt.

2. Kunststoffdichtungsbahn (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Erhebungen (2) der Struktur aus dem Material der Bahnbasis (3) heraus geformt sind.

3. Kunststoffdichtungsbahn (1) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bahnbasis (3) zwischen den Erhebungen (2) der Struktur eben ist.

4. Kunststoffdichtungsbahn (1) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe der Erhebungen (2) der Struktur über der Bahnbasis (3) gleich mäßig ist.

5. Kunststoffdichtungsbahn (1) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe der Erhebungen (2) der Struktur zwischen 0,5 mm und 1,1 mm liegt.

6. Kunststoffdichtungsbahn (1) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die von den Erhebungen (2) gebildete Innenfläche (4) einer Strukturwabe 7 mm² bis 13 mm² beträgt.

7. Kunststoffdichtungsbahn (1) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine durch zwei Ecken der Strukturwabe gelegte Symmetrieachse (S) senkrecht zur Produktionsrichtung (P) der Kunststoff dichtungsbahn (1) verläuft.

8. Kunststoffdichtungsbahn (1) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichte der Kunststoffdichtungsbahn (1) nach DIN 53479 zwischen 0,87 und 0,99 g/cm³ liegt.

9. Kunststoffdichtungsbahn (1) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Seite der Kunststoffdichtungsbahn (1) ebenfalls mit einer Oberflächenprofilierung versehen ist.

10. Kunststoffdichtungsbahn (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Struktur der Oberflächen profilierung auf der zweiten Seite der Kunststoffdichtungs bahn (1) aus sich kreuzenden geradlinigen Erhebungen besteht, wobei sich in der Mitte der aus den Erhebungen gebildeten Vierecke eine einzelne Erhebung befindet.

11. Verwendung einer Kunststoffdichtungsbahn (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10 für den Deponieböschungsbereich.

12. Extrusionsverfahren zur Herstellung einer Kunststoff dichtungsbahn (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Formgebung der Struktur der Kunststoffdichtungsbahn (1) mittels einer Prägewalze eines Glättwerkes erfolgt.

13. Extrusionsverfahren zur Herstellung der Kunststoff dichtungsbahn (1) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Prägewalze hochglänzend mit einer gemittelten Rauhtiefe nach DIN 4768 Teil 1 zwischen 0,2 und 0,7 µm ist.