DE69923530T2

DE69923530T2 - Wasserdichte verkleidung

Info

Publication number: DE69923530T2
Application number: DE69923530T
Authority: DE
Inventors: Rolf Brandenberger; Finn Knut GARSHOL; Arild Tom MELBYE; Alexander Peter SCHUBERT
Original assignee: Construction Research and Technology GmbH
Current assignee: Construction Research and Technology GmbH
Priority date: 1998-07-20
Filing date: 1999-06-24
Publication date: 2006-02-16
Anticipated expiration: 2019-06-25
Also published as: AU5028699A; ES2237128T3; JP2002521595A; US6761504B1; ATE288535T1; EP1015734B1; GB9815685D0; EP1015734A1; AU2003231691A1; NO20001350L; NO20001350D0; WO2000005487A1; DE69923530D1; NO321639B1; JP4108932B2

Description

Diese Erfindung betrifft eine Verkleidung oder Umhüllung von teilweise überhängenden Substraten.
Mit "teilweise überhängendem Substrat" ist einfach ein Substrat gemeint, von dem ein Teil überhängt. Ein Beispiel ist ein Tunnel, der in Gestein oder Fels gebohrt ist, der ein überhängendes Dach und nicht überhängende Wände aufweist, aber das Substrat kann gleichfalls auch ein Bauwerk oder eine Konstruktion sein, z.B. ein Bogen aus Beton, Mauer- oder Backstein oder Ziegel, Stein oder anderem Material.
Die freigelegten oder exponierten Gesteins- oder Felsflächen von Tunnel benötigen oft eine Verkleidung, wobei diese Verkleidung im Allgemeinen aus Beton ist, der gespritzt (sogenannter "Spritzbeton" („shotcrete")), in eine Schalung gegossen oder in vorgefertigten Segmenten oder Bereichen, die dann verankert werden, angeordnet werden kann. Eins der Probleme, das häufig angetroffen wird, ist Wasser, das durch das Substrat kommt und dann herunterläuft während des Baus. Der Standardweg, dieses Problem zu lösen, ist die Anwendung oder Aufbringung von Entwässerungsmitteln auf das Substrat. Dies ist einfach etwas, das an dem Substrat eine Vielzahl von Entwässerungskanälen bereitstellt, so dass das Wasser von dem Substrat weggeleitet wird zu vorgesehenen Entwässerungsauslässen. Die Reihenfolge dafür ist in der Regel wie folgt: Aufbringung des Entwässerungsmittels, gefolgt von einer wasserfesten Membran, gefolgt von einer End- oder Deckschicht aus Beton.
Die im Stand der Technik bekannten Entwässerungsmittel können verschiedene physikalische Formen annehmen. Ein weit verbreiteter Typ umfasst ein offenes Netz aus Kunststoffmaterial, das in der Regel durch eine mindestens teilweise wasserfeste Abdeckschicht oder -folie ergänzt wird, um zu helfen, das Wasser zu den vorgesehenen Entwässerungsauslässen zu richten und es davor zu bewahren, im Fall von einem großen Wasserfluss, gerade hindurchzulaufen. Ein weiterer üblicher Typ ist eine Schicht oder eine Folie aus Kunststoff- oder Plastikmaterial (typischerweise aus PVC oder PE), das Entwässerungskanäle bereitstellt. In einem solchen Material umfasst die Schicht oder Folie Rinnen oder Nuten oder Kerben, durch welche das Wasser laufen kann. Bei einer weiteren Variante ist auf der Schicht oder Folie eine Reihe von Mulden oder Senken gebildet, die als Vorsprünge auf der anderen Seite der Schicht oder Folie erscheinen. Diese Vorsprünge halten die Schicht oder Folie fern von dem Substrat und erlauben eine Entwässerung oder einen Wasserabfluss. Solche Entwässerungsmittel werden oder sind an dem Substrat befestigt durch beliebige herkömmliche Mittel (Klebstoff, Nägel, Gesteins- oder Felsanker).
An diesem Entwässerungsmittel ist in der Regel eine wasserfeste Membran befestigt. Dies ist in der Regel eine Reihe von überlappenden Schichten oder Folien aus thermoplastischem Material, das an das Entwässerungsmittel aufgebracht und gesichert ist an der Stelle durch Schmelzen der Folie oder der Schicht um Bolzen, die zuvor durch das Entwässerungsmittel in den Fels oder das Gestein zu diesem Zweck eingebracht wurden, wobei die Folien oder Schichten dann miteinander verbunden werden durch Verschweißung, um eine einzelne wasserfeste Schicht oder Folie zu bilden. Eine Endschicht aus Beton wird nach einem der oben beschriebenen Verfahren auf sie aufgebracht.
In der Praxis leidet dieses Verfahren unter einer Vielzahl von Nachteilen. Es ist schwierig, die thermoplastischen Schichten oder Folien mit vollständigem Erfolg zusammen zu schweißen, so dass es mangelhafte oder unvollständige Fügekombinationen oder Zusammenfügungen geben kann, wo Wasser durchkommen kann. Außerdem können solche Schichten oder Folien beschädigt werden bei der Handhabung und Anwendung und demzufolge unter undichten Stellen leiden. In jedem Fall ist die Arbeit der Anbringung solcher Schichten oder Folien zeitaufwändig und in einem Tunnel schwierig, wie es die Arbeit des Aufrichtens des Entwässerungsmittels selbst ist. In allen Fällen, wo andere Beschläge oder Einbauten, wie Schienenwegoberleitungsstützen, benötigt werden, müssen diese entweder durch das Entwässerungsmittel in das Gestein oder den Fels getrieben werden (wodurch ein möglicher Punkt eines Wassereintritts bereitgestellt wird), oder die Deckschicht aus Beton muss selbst stark genug sein, sie zu tragen, was in der Regel bedeutet, dass eine Dicke des Betons verwendet wird, die ansonsten nicht benötigt wird.
Die WO 98 24 738 A1 offenbart ein Verfahren der Bereitstellung einer wasserfesten Betonstruktur, umfassend die Stufen der Bereitstellung einer Schicht einer Betonzusammensetzung auf einer Stütze, Spritzen oder Sprühen einer Wasserschutzschicht auf diese Betonzusammensetzung und Aufbringung einer weiteren Schicht einer Betonzusammensetzung auf die Wasserschutzschicht.
Das Dokument FR 2 607 534 A1 offenbart ein Verbundwasserschutzsystem zur Anwendung auf Flächen oder Oberflächen, umfassend ein Entwässerungsmittel.
Es wurde nun gefunden, dass solche Wasserprobleme im Wesentlichen oder sogar vollständig gelöst werden durch eine besondere Struktur. Diese Erfindung stellt daher eine Verkleidung auf einem teilweise überhängenden Substrat bereit, wobei die Verkleidung in der Reihenfolge beginnend von dem Substrat umfasst:

(i) ein Entwässerungsmittel oder Drainagemittel;
(iii) eine Wasserschutzmembran, die darauf durch Spritzen aufgebracht worden ist; und
(iv) eine Schicht aus Beton.

Die Erfindung stellt ferner ein Verfahren bereit, zur Bereitstellung einer Wasserschutzverkleidung auf einem teilweise überhängenden Substrat, das die Aufbringung der folgenden Elemente auf das Substrat umfasst in der Reihenfolge:

(i) ein Entwässerungsmittel;
(iii) eine Wasserschutzmembran, die durch Spritzen aufgebracht wird; und
(iv) eine Schicht aus Beton.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird das Substrat mit einer Grundschicht aus Beton versehen. Dies ist besonders wichtig, wenn das Substrat rau ist, z.B. als Ergebnis eines Strahlens oder einer Sprengung oder Sprengarbeiten, und sie wird vorzugsweise aufgetragen mit Hilfe oder mittels eines Spritzens oder Sprühens. Obwohl sie auch durch Gießen oder Anordnen von vorgefertigten Teilen oder Abschnitten hergestellt werden kann, weist Spritzbeton den Vorteil auf, dass er sich exakt an die Wand anpasst, während eine wünschenswerte glattere Oberfläche oder Fläche für die Befestigung des Entwässerungsmittels bereitstellt wird. Dies macht die End- oder Deckverkleidung im Wesentlichen zu einer einzelnen Einheit mit der Wand, was ihre Festigkeit oder Stärke steigert und eine Verkleidung mit im Wesentlichen weniger Material als früher verwendet, möglich macht.
Das Entwässerungsmittel kann ausgewählt werden aus beliebigen Mitteln von diesem Typ, die im Stand der Technik bekannt sind. Ein typisches Beispiel ist ein Kunststoffnetz, auf das (auf die Seite, die von dem Substrat entfernt ist) zumindest teilweise eine Wasserschutzschicht aufgebracht ist. Eine besonders gute Variante von diesem Typ ist ein Netz, an das eine dünne undurchlässige Kunststoffschicht oder Folie befestigt ist, wobei an der anderen Seite der Schicht oder Folie eine faserige Schicht ist, die bei dem Einbinden oder der Verbindung oder dem Verkleben der im Folgenden beschriebenen Wasserschutzmembran hilft oder unterstützt. Es gibt jedoch viele andere mögliche Typen, und beliebige der im Stand der Technik anerkannten Typen sind annehmbar oder passabel.
Ein bevorzugtes Entwässerungsmittel besteht aus zwei Schichten von "Geotextil", das faserige Materialien des Typs, die oben beschrieben sind, zwischen denen ein Wasserschutzfilm ist. Vorzugsweise ist das Geotextil am Gestein oder Fels hydrophob und weiter entfernt von dem Gestein oder Fels hydrophil. Die hydrophobe Schicht hilft, Wasser abzustoßen, und die hydrophile Schicht gestattet einer auf Wasser basierenden spritzbaren oder sprühbaren Membran, gut einzudringen und kräftig oder fest, wie im Folgenden beschrieben, zu binden oder kleben, was auf diese Weise hilft, eine Verbundstruktur zu erzeugen. Dieses Mittel wird als ein einzelnes Material bereitgestellt, ein sogenanntes "Entwässerungsvlies" („drainage fleece"). Erfindungsgemäß ist eine beliebige Art von sprühbarer Membran nützlich.
Eine besonders nützlicher Typ einer sprühbaren Membran ist die Membran, die beschrieben ist in der internationalen Anmeldung WO 97 25 484, deren Inhalte hierin durch Bezugnahme einverleibt sind. In diesem Fall wird ein Kunststoffmaterial durch Spritzen oder Sprühen (ein heißhärtendes oder thermisch abbindendes Polyurethan ist beschrieben) aufgebracht, wobei die Fläche dieser Schicht so konfiguriert oder gestaltet ist, um Verankerungsmittel für nachfolgend aufgebrachte Schichten bereitzustellen. Dies wird typischerweise erreicht durch mechanische Deformation der Fläche, bevor sie vollständig härtet oder durch Einbettung eines festen Materialsdarin, wie Steingries oder -chips.
Ein weiterer besonders nützlicher Typ einer sprühbaren Membran wird beschrieben in der internationalen Anmeldung WO 98 24 738, deren Inhalt durch Bezugnahme hierin einverleibt ist. In diesem Fall wird die Membran gebildet aus einer Schicht von vereinigten oder verschmolzenen Teilchen aus thermoplastischem Polymer, das abgeschieden ist aus einer wässrigen Dispersion. Polyurethane, Polyester und Vinyle können verwendet werden, aber die bevorzugten Materialien sind Additionspolymere von ethylenisch ungesättigten Monomeren, besonders bevorzugt solche, die eine Glasübergangstemperatur (Tg) von unter 15°C, ganz besonders bevorzugt unter –15°C, aufweisen.
Die Gewichtsfeststoffgehalte der wässrigen Dispersionen, aus denen die Membranen gebildet sind, liegen typischerweise innerhalb des Bereichs von 30 bis 60%. Spezielle Beispiele von geeigneten Materialien schließen Polyurethane, Styrol-Butadien-Copolymere, ABS (Acrylnitril-Butadien-Styrol)-Polymere, Acrylonitril-Butadien-Copolymere, Syrol-Acryl-Copolymere, Polysulfiddispersionen, Polyurethan-Acryldispersionen, Polyisopren und PVC-Latexe und Copolymere von Vinylchlorid und/oder Vinylacetat mit Acrylmonomeren, wie (Meth)acrylsäure und Ester davon ein. Materialien, wie Bitumenemulsionen, können verwendet werden in Verbindung mit diesen Materialien, aber da solche Materialien sich nicht vereinigen oder verschmelzen, sollten sie nicht mehr als 50 Gew.-% Feststoffe an dem Bindemittel umfassen. Diese Liste ist nicht erschöpfend, und der Fachmann, ausgestattet mit dem Konzept dieser Erfindung, wird leicht in der Lage sein, andere geeignete Materialien zu finden. Viele solcher Materialien sind kommerziell erhältlich und Beispiele von geeigneten kommerziellen Materialien schließen solche ein, die von der BASF AG verkauft werden unter der Marke "Acronal" und solche, die verkauft werden von Synthomer unter der Marke "Synthomer".
Zusätzlich zu der wässrigen Dispersion kann die Zusammensetzung andere Inhaltsstoffe einschließen. Ein besonders nützlicher Inhaltsstoff ist ein Füller oder Füllmaterial. Dies "streckt" die Zusammensetzung nicht nur, sondern raut auch die Fläche oder Oberfläche auf, und stellt auf diese Weise einen "Schlüssel" für eine nachfolgend aufgebrachte zementartige Zusammensetzung bereit. Sein Vorhandensein ist bevorzugt. Typische Beispiele von geeigneten Füllern oder Füllmaterialien schließen Quarzsand und Quarzmehl mit mittleren Durchmessern im Bereich von 0,04 bis 1,5 mm ein, sowie Dolomit, Talk, Glimmer, Baryte, Eisenoxid, Titandioxid, Gummi und Kunststoffgranulat, Aggregate oder Zuschlagstoffe mit niedrigem Gewicht und glasartige Ofenrückstände, wie "Hohlkügelchen" („holospheres"). Fasern aus Stahl, Glas oder Polymermaterial können auch verwendet werden, bevorzugte Beispiele von Polymerfasern sind solche aus thermoplastischem Material, insbesondere Polyethylen und Polyacrylnitirl, vorzugsweise mit Längen von 0,2 bis 12 mm und einer Oberfläche von 6 bis 8 m²/g.
Spritzbare oder sprühbare Membranen verleihen guten Wasserschutz, können aber nicht auf einem Substrat verwendet werden, auf dem Wasser läuft. Die Kombination von Entwässerungsmittel und Wasserschutzmembranen überwindet diese Schwierigkeit und ergibt ein besonders vielseitiges und hochleistungsfähiges System. Dies liegt zum Großteil daran, dass die zwei Bestandteile oder Komponenten, Entwässerungsmittel und spritz- oder sprühbare Membran, eigentlich eine einzelne Verbundeinheit oder Verbundwerkstoffeinheit werden. Die Erfindung stellt daher auch ein Verbundwasserschutzsystem bereit zur Aufbringung auf Flächen oder Oberflächen, bestehend aus einem Entwässerungsmittel, wie oben definiert, und einer gespritzten oder gesprühten Wasserschutzmembran. Außerdem können Beschläge oder Einbauten zugefügt werden vor dem Spritzen oder Sprühen der Membran, und das nachfolgende Spritzen oder Sprühen der Membran wird gewährleisten, dass die Durchdringung oder Tiefenwirkung des Beschlags durch das Entwässerungsmittel wassertest bleibt. Dies bedeutet, dass eine nachfolgende Schicht von Beton nicht tragend sein braucht und daher viel dünner sein kann, als es sonst der Fall wäre.
Auf die Fläche oder Oberfläche der Membran wird eine Schicht aus Beton aufgebracht. Dies kann ausgeführt werden durch beliebige herkömmliche Mittel oder Maßnahmen, aber idealer Weise durch Spritzen. Spritzen bringt viele Vorteile mit sich. Zum Beispiel passt sich die Schicht an die Membran an und bildet mit ihr, dem Entwässerungsmittel, dem Substrat und, wenn sie aufgebracht ist, einer Anfangs- oder Grundschicht aus Beton eine einzelne Verbundeinheit, wodurch auf diese Weise die Vorteile des oben beschriebenen Verbundwasserschutzsystems gesteigert werden. Diese ist sehr stark und reduziert im Wesentlichen die Mengen von benötigtem Beton. Zum Beispiel unter Verwendung von im Stand der Technik anerkannten Verfahren würde eine End- oder Deckbetonschicht typischerweise 25 cm Dicke benötigen. Wenn diese Erfindung verwendet wird, kann eine Schicht so gering wie 5 cm dick sein, was eine beträchtliche Einsparung an Zeit, Geld und Material darstellt. Außerdem erfordern Auftragungsverfahren, wie Gießen, nicht nur eine komplexe Schalung, sondern auch Verstärkungsgitter. Der gespritzte Beton benötigt dies nicht, was es möglich macht, wenn es gewünscht ist, eine Faserverstärkung in dem Betongemisch selbst durch den Einschluss von Fasern bereitzustellen.
Eine weitere wichtige Eigenschaft oder Merkmal ist, dass die kontinuierliche Bindung zwischen der gespritzten oder gesprühten Membran und der Endspritzbetonschicht verhindert, was oftmals bei auf Folien- oder Schichten basierenden Systemen passiert, nämlich die Bewegung von Wasser entlang der Membran-Spritzbeton-Grenzfläche von einem Punkt einer tatsächlichen undichten Stelle und seines letztendlichen Auftretens 10 oder Meter von diesem Punkt entfernt. Bei dem System der vorliegenden Erfindung tritt eine undichte Stelle an dem Punkt der undichten Stelle selbst auf und kann leicht repariert werden.
Die Erfindung ist in erster Linie nützlich oder brauchbar beim Tunnelbau, kann aber auch verwendet werden bei freistehenden vollständig künstlichen Strukturen, die teilweise Überhänge von dem oben beschriebenen Typ umfassen, z.B. Bögen aus Beton, Ziegel- oder Mauerstein oder Ziegelstein, Stein oder einem anderen solchen Material. Im Vergleich zu den im Stand der Technik anerkannten Verfahren ist es einfacher anzuwenden, stellt bessere Ergebnisse bereit und benötigt weniger Material und Zeit.
Die Erfindung wird nun in Bezug auf die beigefügte Zeichnung beschrieben, die eine schematische Querschnittsansicht von einer bevorzugten Ausführungsform zeigt. In dieser Zeichnung wurden die Maße oder Dimensionen einiger Elemente übertrieben dargestellt, um die Natur oder die Eigenschaft der Konstruktion klar zu machen.
In der Zeichnung wurde die Erfindung angewendet auf eine Gesteins- oder Felswand 1 von einem gebohrten Tunnel. Auf diese Gesteins- oder Felswand ist eine Grundschicht aus Beton 2 aufgetragen. Auf diese ist dann ein Entwässerungsvlies aufgebracht, das im Allgemeinen als 3 bezeichnet ist. Dieses Entwässerungsmittel besteht aus drei Elementen, einer faserigen, hydrophoben Schicht oder Folie 4, einem Wasserschutzfilm 5 und einer faserigen, hydrophilen Schicht oder Folie 6, wobei die drei in einer einzelnen Schicht oder Folie kombiniert sind und an die Spritzbetonschicht 2 mit Hilfe von Nägeln 7 gesichert sind, deren Köpfe leicht aus dem Entwässerungsmittel hervorragen. Die Nägel umfassen zusätzlich Vlies zurückhaltende Mittel 8, vorzugsweise aus Kunststoffmaterial, die Schäfte umfassen, die eine Presspassung oder einen Presssitz oder festen Sitz auf den Nägeln 7 bilden und vergleichsweise große Roundels sind, die das Vlies gegen die Spritzbetonschicht 2 drücken oder pressen. Die faserige Schicht 6 und die Nagelköpfe helfen einer nachfolgend aufgespritzten oder – gesprühten Membran 9 sicherer an das Entwässerungsmittel zu binden oder kleben.
Das Entwässerungsmittel wird aufgebracht durch Spritzen oder Sprühen einer Wasserschutzmembran 9, deren Zusammensetzung ist

Polymerdispersion 30 Gewichtsteile

Baryt 27 Gewichtsteile

Calciumcarbonat 42,5 Gewichtsteile

Titandioxid 0,5 Gewichtsteile
Dies entspricht dem Beispiel 1 der WO 98 24 738.
Schließlich wird eine Schicht aus Verstärkungsfasern enthaltendem Spritzbeton 10 aufgebracht.
Die Spritzbetonformulierung, die bei dieser Auftragung nützlich ist, kann eine beliebige solche Formulierung sein, die bei einer solchen Auftragung geeignet ist. Außerdem wird der Fachmann leicht wahrnehmen, dass es viele mögliche Variationen gibt, sowohl bei Materialien, als auch Verfahren, die innerhalb des Schutzbereichs der Erfindung fallen. Sollte z.B. eine erhöhte tragende Festigkeit benötigt werden, können die Nägel 7, die in der Zeichnung als solche dargestellt sind, die durch die gespritzte oder gesprühte Membran 9 bedeckt sind, durch sie hindurch und in die Spritzbetonschicht 10 ragen. Die Nägelköpfe stellen einen "Schlüssel" bereit, der die hervorragende Haftung oder Bindung des Spritzbetons an die Membran ergänzt.
Bei einer weiteren Ausführungsform kann die hydrophobe, faserige Schicht oder Folie ersetzt sein durch ein Kunststoffgitter, dass die Form von zwei parallelen Sets von lang gestreckten sich überschneidenden Elementen aufweist, wobei ein Set auf der Fläche der Spritzbetonschicht 2 ruht und das andere Set davon beabstandet hält, dass auf diese Weise eine Vielzahl von Entwässerungskanälen definiert. Die wasserfeste Kunststoffschicht oder -folie 5 ist vorzugsweise aus dem gleichen Kunststoffmaterial.

Claims

Verkleidung auf einem teilweise überhängenden Substrat, das in der Reihenfolge, beginnend von dem Substrat, umfasst: (i) ein Entwässerungsmittel (3); (iii) eine Wasserschutzmembran (9), die darauf durch Spritzen aufgebracht worden ist; und (iv) eine Schicht aus Beton (10).
Verkleidung nach Anspruch 1, wobei das Substrat mit einer Grundschicht aus Beton (2) versehen ist.
Verkleidung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei das Entwässerungsmittel (3) für ein Kunststoffnetzwerk (4) steht, auf das zu seiner Unterstützung, entfernt von dem Substrat, zumindest teilweise eine Wasserschutzschicht (5) aufgebracht ist.
Verkleidung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Wasserschutzmembran (9) für ein Kunststoffmaterial steht, das durch Spritzen aufgebracht ist, und dessen Oberfläche so aufgebaut ist, dass Verankerungsmittel für nachfolgend aufgebrachte Schichten vorgesehen sind.
Verkleidung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Wasserschutzmembran (9) für eine Schicht von verschmolzenen Partikeln von thermoplastischem Polymer steht, das gebildet ist aus einer gespritzten wässrigen Dispersion.
Verkleidung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Schicht aus Beton durch Spritzen aufgebracht ist (10).
Verkleidung nach Anspruch 6, wobei der gespritzte Beton (10) Verstärkungsfasern umfasst.
Verfahren zur Bereitstellung einer Wasserschutzverkleidung auf einem teilweise überhängenden Substrat, das die Aufbringung der folgenden Elemente auf das Substrat umfasst in der Reihenfolge: (i) ein Entwässerungsmittel (3); (iii) eine Wasserschutzmembran (9), die durch Spritzen aufgebracht wird; und (iv) eine Schicht aus Beton (10).