WO2014111583A1 - Verfahren zur herstellung eines tübbing mit thermoplastischer schottschicht - Google Patents

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Abstract

Kern der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines Tübbing aus Beton zur Verkleidung eines Tunnels, insbesondere eines Verkehrstunnels, wobei der Tübbing (1) eine konvex-gewölbte Aussenfläche (2) und eine der Aussenfläche (2) gegenüberliegende konkav-gewölbte Innenfläche (3) aufweist, umfassend die Schritte a) Auflegen einer Membran (4) aufweisend eine Heissschmelzklebstoffschicht (5) und eine thermoplastische Schottschicht (6) auf die Aussenfläche (2) und weiter auf alle der Aussenfläche (2) zugewandten Seiten der Aussenseitenflächen (7, 8) des Tübbing, wobei die Heissschmelzklebstoffschicht (5) dem Tübbing (1) zugewandt ist; b) Zuführen von Wärme unter Anschmelzen der Heissschmelzklebstoffschicht (5); c) Abkühlen der Heissschmelzklebstoffschicht (5) unter Bildung eines Klebverbundes zwischen Membran (4) und dem Tübbing (1).

Description

VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG EINES TÜBBING MIT THERMOPLASTISCHER SCHOTTSCHICHT
Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines
Tübbing aus Beton zur Verkleidung eines Tunnels, insbesondere eines Verkehrstunnels.
Stand der Technik
Obwohl auf beliebige Baubereiche anwendbar, werden die vorliegende
Erfindung sowie die ihr zugrunde liegende Problematik nachfolgend mit Bezug auf einen Verkehrstunnel näher erläutert.
Im maschinellen Tunnelbau mit der Technik des Schildvortriebs kommen häufig stahlarmierte Betonfertigteile für die Innenschale vor. Diese im Fachjargon als Tübbing bezeichneten Betonfertigteile werden in Fertigteilbetonwerken vorfabriziert, bis zur Erreichung der benötigten Betonfestigkeit zwischengelagert und dann je nach Bedarf in die Tunnelröhre zum Einbau verbracht. Dort werden sie im Schutz des Schildes der Tunnelbohrmaschine von einer Tübbingversetzeinrichtung, dem sogenannten "Erektor" aufgegriffen und zu einem Tübbingring zusammengebaut. Nachdem die Tunnelbohrmaschine unter Abstützung gegen die zuletzt eingebauten Tübbings durch hydraulische Pressen vorgetrieben wurde, wird im Schutz des Schildes ein neuer Tübbingring eingebaut. Auf diese Weise arbeitet sich die Maschine "Tübbingring um Tübbingring" durch den Boden, wobei der zwischen Tunnelausbau (Tübbingring) und Boden verbleibende Ringspalt kontinuierlich mit Mörtel gefüllt wird, um z. B. Setzungen vorzubeugen.
Nicht nur klassische Verkehrstunnel, sondern bei Vorliegen besonderer geologischer Verhältnisse auch sogenannte Ver- bzw. Entsorgungstunnel für Haushalte, Gewerbe oder Industrie, die insbesondere in Form durchmessergroßer Sammelleitungen zum zentralen Transport von Abwasser oder Frischwasser oder als Kabeltunnel zur Aufnahme von Hochspannungsleitungen dienen, werden nach vorgeschilderter Segmentbauweise im Tübbingausbauverfahren hergestellt. In all diesen Einsatzbereichen werden aber, sei es zur Einhaltung einer einwandfreien hygienischen Trinkwasserqualität, oder um Funktionsstörungen durch an die Elektroleitungen vordringende Erdfeuchtigkeit zu vermeiden, erhöhte Anforderungen an die Dichtigkeit und Dauerhaftigkeit der Tübbingverkleidung des Tunnels gestellt.
Aus diesem Grund war bislang beim Tunnelausbau meist ein gesonderter zweiter Arbeitsgang zur abschließenden Versiegelung der dem Tunneläusseren zugewandten, konkav-gewölbten Aussenflächen der Tübbings erforderlich und/oder die Errichtung eines zusätzlichen zweiten Tübbingrings.
Aufgrund ihrer Grösse weisen Tübbingringe im Herstellungsverfahren einen hohen Platzbedarf während der einzelnen Verfahrensschritte auf, insbesondere wenn sie eine zwischenzeitliche Lagerung bedingen. Eine Verkürzung des Herstellungsverfahrens, insbesondere von Lagerzeiten, ist daher von grossem Interesse.
Darstellung der Erfindung
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, die Herstellung von
Tübbings dahingehend zu verbessern, dass sie gegenüber Feuchtigkeit, welche sich auf der Aussenseite des Tübbingrings befindet, geschützt und abgedichtet sind und gleichzeitig ein zügiges Herstellungsverfahren, insbesondere mit kurzen Zwischenlagerungszeiten, zu gewährleisten.
Erfindungsgemäss wird dies durch die Merkmale des ersten Anspruches erreicht.
Kern der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines Tübbing aus Beton zur Verkleidung eines Tunnels, insbesondere eines Verkehrstunnels, wobei der Tübbing 1 eine konvex-gewölbte Aussenfläche 2 und eine der Aussenfläche 2 gegenüberliegende konkav-gewölbte Innenfläche 3 aufweist, umfassend die Schritte Auflegen einer Membran 4 aufweisend eine
Heissschmelzklebstoffschicht 5 und eine thermoplastische Schottschicht 6 auf die Aussenfläche 2 und weiter zumindest teilweise auf mindestens eine, insbesondere alle, der Aussenfläche 2 zugewandten Seiten der Aussenseitenflächen (7, 8) des Tübbing, wobei die Heissschmelzklebstoffschicht 5 dem Tübbing 1 zugewandt ist;
Zuführen von Wärme unter Anschmelzen der
Heissschmelzklebstoffschicht 5;
Abkühlen der Heissschmelzklebstoffschicht 5 unter Bildung eines Klebverbundes zwischen Membran 4 und dem Tübbing 1 .
Der Tübbing weist eine ringsegmentförmige Struktur auf mit einer konkav gewölbten Innenfläche, die im Einbauzustand zum Tunnelinneren gerichtet ist, und einer gegenüberliegenden, konvex gewölbten Außenfläche, die im Einbauzustand zum umgebenden Erdreich gerichtet ist. Seitlich verbunden werden diese beiden Flächen über vier weitere Flächen, zwei Längsseitenflächen, die im Einbauzustand an den entsprechenden Längsseitenflächen der benachbarten Tübbings desselben Tübbingrings anliegen, und zwei Stirnseitenflächen, die im Einbauzustand an den entsprechenden Stirnseitenflächen der benachbarten Tübbings eines angrenzenden Tübbingrings anliegen. Durch die im erfindungsgemässen Verfahren hergestellten Tübbings ist kein gesonderter zweiter Arbeitsgang zur abschließenden Versiegelung der dem Tunneläusseren zugewandten, konkav-gewölbten Aussenflächen der Tübbings erforderlich. Auch entfällt ein möglicher zweiter Tübbingring. Weiter können Tübbings mit geringeren Wanddicken verwendet/hergestellt werden, da sie herkömmlichen Tübbings in Bezug auf Wasserdichtheit und Beständigkeit gegenüber korrosivem Grundwasser weit überlegen sind. Beides führt zu einer Verringerung des Platzbedarfs der Tunnelwand und dadurch zu einem Innenraumgewinn und zu einer Verringerung des benötigten Baumaterials. Ferner erlauben die erfindungsgemäss hergestellten Tübbings die Verwendung von alternativen, weniger wasserdichten und weniger korrosionsbeständigen Betonarten. Weiter verfügen Tübbingringe aus Tübbings, welche im erfindungsgemassen Verfahren hergestellt wurden, über eine hervorragende Hinterlaufsicherheit und Dichtigkeit.
Es hat sich gezeigt, dass durch die Verwendung einer Heissschmelzklebstoffschicht zur Bildung eines Klebverbundes zwischen Membran und dem Tübbing nach einigen Minuten bereits hohe Kräfte zwischen dem verklebten Substrat übertragen werden können. So können beispielsweise die im Betonfertigteilwerk eingesetzten Greifer (meist Vakuumgreifer) kurz nach Abkühlen der Heissschmelzklebstoffschicht den Tübbing verschieben. Dieser schnelle Festigkeitsaufbau ist dahingehend vorteilhaft, dass für die Verklebung keine mechanischen Fixierungsmittel wie Klemmen oder dergleichen benötigt werden. Weiter ermöglicht dies ein zügiges Herstellungsverfahren mit kurzen Zwischenlagerungszeiten.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Weitere Aspekte der Erfindung sind Gegenstand weiterer unabhängiger Ansprüche.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Im Folgenden werden anhand der Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert.
Es zeigt Figur 1 einen seitlichen Querschnitt durch einen Tübbing.
Es zeigt Figur 2 einen weiteren seitlichen Querschnitt durch einen
Tübbing.
Die Figuren 3 und 4 zeigen die Schritte a) und b) des Verfahrens.
Es sind nur die für das unmittelbare Verständnis der Erfindung wesentlichen Elemente gezeigt. Weg zur Ausführung der Erfindung
In der Figur 1 ist ein seitlicher Querschnitt durch einen erfindungsgemäss hergestellten Tübbing gezeigt.
Der Tübbing 1 ist an seiner konvex-gewölbten Aussenfläche 2 mit einer Membran 4 versehen.
Die Membran umfasst eine Heissschmelzkiebstoffschicht 5 und eine thermoplastische Schottschicht 6, wobei die Heissschmelzkiebstoffschicht 5 dem Tübbing 1 zugewandt ist.
Die Membran ist weiter über einen Teilbereich vorzugsweise auf mindestens einer, besonders bevorzugt allen, der Aussenfläche zugewandten Seiten der Aussenseitenflächen (Längsseitenflächen 7 und Stirnseitenflächen 8) angeordnet, in Figur 1 sind die beiden Längsseitenflächen 7 gezeigt. Obwohl nicht bevorzugt kann sich die Membran jedoch auch über die ganzen Aussenseitenfläche 7 und 8 erstrecken. Dadurch sind unter anderem ein ausgezeichneter Verbund der Heissschmelzkiebstoffschicht, und somit der Membran, mit dem Tübbing und eine hohe Hinterlaufsicherheit gewährleistet. Weiter wird durch die Vergrösserung der Kontaktfläche der sich berührenden Membranen, gegenüber bspw. einer Membran welcher eine Anordnung auf allen der Aussenfläche zugewandten Seiten der Aussenseitenflächen fehlt, an Stossstellen zwischen zwei Tübbings eine höhere Dichtungswirkung erreicht.
Vorzugsweise ist die Heissschmelzkiebstoffschicht vollflächig mit der Aussenfläche 2 verbunden, insbesondere verklebt, was zu einer Verbesserung der Hinterlaufsicherheit führt.
Um als thermoplastische Schottschicht 6 möglichst geeignet zu sein, sollte sie möglichst wasserdicht sein und sich auch unter längerem Einfluss von Wasser, beziehungsweise Feuchtigkeit, nicht zersetzen oder mechanisch beschädigt werden. Als thermoplastische Schottschicht sind insbesondere derartige Materialien geeignet, wie sie für Abdichtungszwecke im Hoch- und Tiefbau bereits im Stand der Technik eingesetzt werden. Es ist vorteilhaft, wenn die thermoplastische Schottschicht aus einem Material mit einem Erweichungspunkt von über 1 10°C, bevorzugt zwischen 140 °C und 170°C, gefertigt ist. Die thermoplastische Schottschicht sollte vorteilhaft ein zumindest geringes Ausmass an Elastizität aufweisen, um beispielsweise durch Temperaturen verursachte Ausdehnungsunterschiede zwischen thermoplastischer Schottschicht und Tübbing verursachte Spannungen überbrücken zu können, ohne dass die thermoplastische Schottschicht beschädigt wird oder reisst und die Dichtfunktion der Schottschicht beeinträchtigt wird.
Vorzugsweise enthält die thermoplastische Schottschicht thermoplastische Polyolefine und/oder Polyvinylchlorid (PVC).
Unter dem Begriff„thermoplastische Polyolefine" werden insbesondere keine Natur- und Synthesekautschuke (gemäss der Definition, wie sie unter „Kautschuke" im Römpp online, Version 4.0, Thieme Verlag, zu finden ist) verstanden.
Besonders bevorzugt umfasst die thermoplastische Schottschicht Material, welches ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Polyethylen mit hoher Dichte (HDPE), Polyethylen mit mittlerer Dichte (MDPE), Polyethylen mit tiefer Dichte (LOPE), Polyethylen (PE), Polypropylen (PP), Polyethylenterephthalat (PET), Polystyrol (PS), Polyvinylchlorid (PVC), Polyamide (PA), Ethylen-Vinylacetat (EVA), chlorsulfoniertes Polyethylen und thermoplastische Polyolefine (TPO).
Vorzugswiese besteht die thermoplastische Schottschicht zu mehr als 50 Gew.-%, insbesondere bevorzugt zu mehr als 80 Gew.-%, aus den vorgehend genannten Materialien.
Die thermoplastische Schottschicht weist vorteilhaft eine Schichtdicke im Millimeterbereich auf, typischerweise zwischen 0.2 und 15 mm, bevorzugt zwischen 0.5 und 4 mm, am meisten bevorzugt zwischen 1 und 2 mm. Vorzugsweise handelt es sich bei der thermoplastischen Schottschicht
6 um flexible, d.h. biegsame, flächige Folien. Thermoplastische Schottschichten werden beispielsweise durch Kalandrieren oder Extrusion hergestellt. Vorzugsweise handelt es sich bei der thermoplastischen Schottschicht an sich nicht um einen Faserwerkstoff, insbesondere nicht um ein Gewebe, ein Gelege oder ein Vlies. Es kann jedoch vorteilhaft sein, wenn in die thermoplastische Schottschicht ein Faserwerkstoff, insbesondere ein Gewebe, ein Gelege oder ein Vlies, eingearbeitet ist. Unter Faserwerkstoff ist im ganzen vorliegenden Dokument ein Werkstoff zu verstehen, welcher aus Fasern aufgebaut ist.
Typischerweise wird eine Membran 4 hergestellt, indem zur Bildung der Heissschmelzklebstoffschicht 5 die Heissschmelzklebstoffzusammen- setzung über die Schmelztemperatur aufgeheizt, so dass sich die
Heissschmelzklebstoffzusammensetzung verflüssigt und bei der
Applikationstemperatur auf die thermoplastische Schottschicht 6 aufgetragen wird.
Die Applikationstemperatur wird typischerweise so gewählt, dass die
Viskosität der geschmolzenen Heissschmelzklebstoffzusammensetzung eine gute Applikation mit bei Heissschmelzklebstoffen üblicherweise verwendeten Applikationsgeräten erfolgt. Somit wird die Applikationstemperatur so gewählt, dass die Viskosität vorzugsweise zwischen 1 '500 - 40Ό00 mPa»s, gemessen nach Brookfield Thermosel, liegt.
Der Auftrag erfolgt typischerweise bei der oben beschriebenen
Applikationstemperatur vorzugsweise durch Auf ra kein, Besprühen,
Bestreichen, Aufstempeln, Aufwalzen, Aufgiessen, Aufpinseln, Aufrollen, Eintauchen oder Aufextrudieren.
Vorzugsweise wird eine Heissschmelzklebstoffschicht 5 erhalten, welche bei 25°C klebfrei ist.
Vorzugsweise wird eine Membran erhalten, welche nach Bedarf abgelängt, abgeschnitten, aufgerollt oder direkt weiter verarbeitet werden können. Der Tübbing weist vorzugsweise eine die Aussenseitenflächen (7, 8) umlaufende Dichtungsnut 10 auf, in welcher ein Dichtungskörper 1 1 angeordnet ist, wie dies in Figur 2 ersichtlich ist. Die Dichtungsnut ist in den Tübbing eingeformt und darin befindet sich, typischerweise eingepresst, ein Dichtungskörper. Bei dem Dichtungskörper 1 1 handelt es sich typischerweise um einen Hohlkörper. Als Material für den Dichtungskörper sind insbesondere Materialien geeignet, die als Dichtmaterialien für Dichtringe bekannt sind und/oder wasserquellbare Materialien. Unter dem Begriff „wasserquellbare Materialien" werden im vorliegenden Dokument Materialien verstanden, welche bei Kontakt mit Wasser ihr Volumen auf ein mehrfaches vergrössern, typischerweise zwischen 200 - 1000% des ursprünglichen Volumens. Zusätzlich zur Volumenvergrösserung können gewisse wasserquellbare Materialien auch mit Wasser chemisch reagieren. Beispiele von solchen wasserquellbare Materialien sind Quellstoffe auf Polyurethanbasis, insbesondere silanmodifizierte Polymere, die durch Feuchtigkeit zu einem elastischen Produkt aushärten. Ein weiteres Beispiel für solche Quell Stoffe sind Bentonit-Butyl-Kautschuke oder die unter dem Namen "Superabsorber" (Superabsorbent Polymers, SAP) zusammengefassten Acrylsäure-basierten Polymere, typischerweise Copolymere aus Acryl säure und Natriumacrylat, beispielsweise von BASF SE, Deutschland.
Besonders bevorzugt besteht der Dichtungskörper 1 1 aus Ethylen- Propylen-Dien-Kautschuk (EPDM).
Dies ist dahingehend von Vorteil, dass dadurch an den Stossstellen zwischen zwei Tübbings eine weitere Barriere für eindringendes Wasser errichtet und so eine höhere Dichtungswirkung erreicht wird.
Der Tübbing weist vorzugsweise zwischen der Aussenfläche 2 und der Heissschmelzklebstoffschicht 5 eine abdichtende Beschichtung 12 auf, wie dies in Figur 2 und Figur 3 ersichtlich ist. Die abdichtende Beschichtung ist ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Methacrylatharz, Polyesterharz, Epoxydharz, Polyurethan und Polyharnstoff. Besonders bevorzugt als abdichtende Beschichtung ist Epoxydharz. Eine solche abdichtende Beschichtung 12 ist dahingehend von Vorteil, dass dadurch der Tübbing vor Eindringen von Feuchtigkeit geschützt wird. Weiter verstärkt dies die Dichtwirkung des Tübbings. Weiter kann bei der Herstellung des Tübbings ein starker Verlust von Feuchtigkeit bei der Aushärtung des Grünkörpers verhindert werden. Die abdichtende Beschichtung 12 wird typischerweise durch Aufsprühen oder Aufstreichen auf den Tübbing aufgebracht. Weiter ist es vorteilhaft, dass die abdichtende Beschichtung 12 mindestens teilweise auf allen Aussenseitenflächen 7, 8 angeordnet ist, insbesondere auf dem Bereich zwischen der Aussenfläche 2 und der Dichtungsnut 10. Als Dichtungskörper 1 1 kommen alle Materialien in Frage, welche geeignet sind, den Durchgang von Flüssigkeiten, insbesondere von Wasser, zu reduzieren, respektive zu verhindern.
Vorzugsweise besteht der Dichtungskörper aus einem Thermoplast oder einem thermoplastischen Elastomer. Thermoplastische Elastomere haben den Vorteil, dass der Dichtungskörper dadurch über eine gute Elastizität gegenüber Horizontal- und Vertikalverschiebungen, insbesondere Verschiebungen aufgrund von mechanischen Spannungen im Bauwerk, verfügt. Eine gute Elastizität des Dichtungskörpers verhindert ein Reissen oder Ablösen des Dichtungskörpers und somit ein Versagen der Dichtung.
Als thermoplastische Elastomere werden in diesem Dokument
Kunststoffe verstanden, welche die mechanischen Eigenschaften von vulkanisierten Elastomeren mit der Verarbeitbarkeit von Thermoplasten vereinen. Typischerweise sind derartige thermoplastische Elastomere Block- Copolymere mit Hart- und Weichsegmenten oder so genannte Polymer- legierungen mit entsprechend thermoplastischen und elastomeren Bestandteilen.
Weitere vorteilhafte Materialien für Dichtungskörper sind Materialien, welche ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Acrylatverbindungen, Polyurethanpolymeren, Silan-terminierten Polymeren und Polyolefinen.
Als„Heissschmelzklebstoffzusammensetzung" gilt in diesem Dokument eine Zusammensetzung, welche bei 25°C fest ist, beim Erhitzen auf die Schmelztemperatur schmilzt und somit fliessfähig wird. Eine derartige Heiss- schmelzklebstoffzusammensetzung ist in der Lage bei einer Applikationstemperatur, welche über dem Schmelzpunkt der Heissschmelzklebstoffzusam- mensetzung liegt, auf ein Substrat appliziert zu werden und sich beim
Abkühlen wieder zu verfestigen und dadurch eine Haftkraft mit dem Substrat aufzubauen. Handelt es sich bei der Heissschmelzklebstoffzusammensetzung um eine nichtreaktive Heissschmelzklebstoffzusammensetzung, schmilzt der Heissschmelzklebstoffzusammensetzung beim Erhitzen auf die Schmelztemperatur wieder auf, wodurch der Klebverbund sich wieder lösen lässt. Als„Raumtemperatur" wird im vorliegenden Dokument eine Temperatur von 25°C verstanden.
Unter dem„Schmelzpunkt" wird im vorliegenden Dokument der Erweichungspunkt gemessen nach der Ring & Kugel-Methode gemäss DIN EN 1238, verstanden.
Unter„anschmelzen" bzw. .Anschmelzen" wird im vorliegenden Dokument das Erwärmen der Heissschmelzklebstoffzusammensetzung auf eine Temperatur, welche über der sogenannten Crossover-Temperatur („Tcmssover") liegt und welche unter dem Erweichungspunkt, gemessen nach der Ring & Kugel-Methode gemäss DIN EN 1238, liegt.
Die Crossover-Temperatur, vielfach auch als Fliessgrenze bezeichnet, stellt diejenige Temperatur dar, bei der sich die Kurven des Verlustmoduls und Speichermodul, gemessen mittels DTMA (Dynamisch-Mechanisch-Thermische Analyse) schneiden. Im Rahmen dieser Erfindung wird für die Bestimmung der Crossover-Temperatur mittels DTMA Messungen die folgenden DTMA- Messparameter verwendet:
Gerät : Anton Paar MCR 300 SN 616966
Software US V2.3
Stempel: 25 mm Platte (glatte Oberfläche)
Messspalt: (Probendicke)l mm
Temperatur-Rampe: 200°C - 90°C mit -1 °C/min
Frequenz der Oszillation: 1 Hz
Amplituden gamma: 1 % (entspricht 0.8 mrad) Das Anschmelzen erfolgt typischerweise bei einer Temperatur, die wesentlich, d.h. mindestens 20°C, insbesondere mindestens 30°C, bevorzugt mindestens 40°C, unterhalb des Erweichungspunktes liegt.
Vorzugsweise besteht die Heissschmelzklebstoffschicht 5 aus einer nichtreaktiven Heissschmelzklebstoffzusammensetzung. Als „nichtreaktive" Heissschmelzklebstoffzusammensetzung gilt in diesem Dokument eine Heissschmelzklebstoffzusammensetzung, welche keine Polymere aufweist, die chemisch miteinander weder bei Raumtemperatur noch bei der Schmelztemperatur reagieren und zu höher molekularen Spezies führen würden. Derartige nichtreaktive Heissschmelzklebstoffzusammensetzung weisen insbesondere keine Isocyanat- oder Alkoxysilan- oder Epoxid- oder (Meth)acrylat-Gruppen aufweisende Polymere auf. Eine nichtreaktive Heissschmelzklebstoffzusammensetzung enthält somit keine Epoxidharze, insbesondere keine Epoxidfestharze. Eine nichtreaktive Heissschmelzklebstoff- zusammensetzung ist dahingehend von Vorteil, dass sie klebfrei ist, was eine Lagerung von Membranen 4 über längerer Zeit erlaubt, insbesondere in Form von Rollen.
Vorzugsweise ist die Heissschmelzklebstoffschicht direkt, insbesondere vollflächig, mit der thermoplastischen Schottschicht verbunden. Vorzugsweise ist keine Trennschicht, typischerweise mit einer Schichtdicke von ca. 5 pm bis 50 μηη, zwischen der Heissschmelzklebstoffschicht und der thermoplastischen Schottschicht angeordnet. Solche Trennschichten sind werden beispielsweise eingesetzt, um die Migration von niedermolekularen Stoffen, zum Beispiel bei Verwendung von bitumenartigen Klebstoffen, zu verhindern. Vorzugsweise besteht die Heissschmelzklebstoffschicht 5 aus einer
Heissschmelzklebstoffzusammensetzung, welche ein bei 25°C festes thermoplastisches Poly-a-olefin, bevorzugt ein ataktisches Poly-a-olefin (APAO), aufweist, insbesondere in einer Menge von mehr als 50 Gew.-%, bevorzugt von mehr als 60 Gew.-%, bezogen auf die Menge der nichtreaktiven Heissschmelzklebstoffzusammensetzung.
Unter einem„α-Olefin" wird in diesem Dokument in üblicher Definition ein Alken der Summenformel CxH2x (x entspricht der Anzahl Kohlenstoffatome) verstanden, welches eine C-C-Doppelbindung am ersten Kohlenstoffatom (a- Kohlenstoff) aufweist. Beispiele für α-Olefine sind Ethylen, Propylen, 1 -Buten, 1 -Penten, 1 -Hexen, 1 -Hepten und 1 -Octen. Somit stellen beispielsweise weder 1 ,3-Butadien noch 2-Buten oder Styrol o.-Olefine im Sinne dieses Dokumentes dar.
Unter „Poly-a-olefinen" werden in diesem Dokument in üblicher Definition Homopolymere aus α-Olefinen und Copolymere aus mehreren verschiedenen α-Olefinen verstanden. Ataktische Poly- -olefine (APAO) weisen im Vergleich zu anderen Polyolefinen eine amorphe Struktur auf. Bevorzugt weisen diese ataktischen Poiy-a-olefine einen Erweichungspunkt von über 90°C, insbesondere zwischen 90°C und 130°C auf. Das Molekulargewicht Mn beträgt insbesondere zwischen 7Ό00 und 25Ό00 g/mol. Besonders bevorzugte ataktische Poly-a-olefine sind unter dem Handelsnamen Vestoplast® von Degussa erhältlich.
Besonders bevorzugt sind Propylen-reiche ataktisches Poly-a-olefine sowie teilkristalline Propylene-Ethylen-Butylen-Terpolymere.
Die Heissschmelzklebstoffzusammensetzung enthält weiterhin vorteilhaft bei 23°C feste Kohlenwasserstoffharze. Ein bei 23°C festes Kohlenwasserstoffharz weist vorzugsweise einen Erweichungspunkt von 100 bis 140°C, insbesondere zwischen 1 10 und 130°C, auf. Es hat sich als besonders günstig erwiesen, wenn der Anteil aller bei 23°C festen Kohlenwasserstoffharzen maximal 20 Gew.-%, insbesondere maximal 16 Gew.-%, bevorzugt zwischen 10 und 16 Gew.-%, beträgt, bezogen auf die Heissschmelzklebstoffzusammensetzung. Die Heissschmelzklebstoffzusammensetzung enthält weiterhin vorteilhaft Weichharze. Ein Weichharz weist einen Erweichungspunkt zwischen -10°C und 40°C auf. Aufgrund der Tatsache, dass sich das Weichharz (WH) bei Raumtemperatur (23°C) sehr nahe am Schmelz- oder Erweichungspunkt befindet, ist es bei Raumtemperatur entweder bereits flüssig oder sehr weich. Ein Weichharz kann ein natürliches Harz oder synthetisches Harz sein. Insbesondere sind derartige Weichharze mittel- bis höhermolekulare Verbindungen aus den Klassen der Parafin-, Kohlenwasserstoffharze, Poly- olefine, Polyester, Polyether, Polyacrylate oder Aminoharze. Das Weichharz weist vorzugsweise einen Schmelzpunkt oder Erweichungspunkt zwischen 0°C und 25°C, insbesondere 10°C und 25°C, auf. Die Weichharze werden nur in geringen Mengen eingesetzt. Bevorzugt ist der Anteil aller Weichharze maximal 20 Gew.-%, bezogen auf die Heissschmelzklebstoffzusam- mensetzung.
Die Heissschmelzklebstoffzusammensetzung enthält weiterhin vorteilhaft Maleinsäure-gepfropfte Polyolefine. Maleinsäure-gepfropfte Polyolefine sind besonders bevorzugt, da sie vorteilhaft in Bezug auf die Haftung sind. Es hat sich als besonders vorteilhaft gezeigt, dass derartige Maleinsäure-gepfropfte Polyolefine Maleinsäure-gepfropfte Polypropylene sind, insbesondere mit einem Molekulargewicht zwischen 7Ό00 und 14Ό00 g/mol. Es hat sich als besonders günstig erwiesen, wenn der Anteil aller Maleinsäuregepfropften Polyolefine maximal 20 Gew.-%, insbesondere maximal 15 Gew.- %, bevorzugt weniger als 10 Gew.-%, beträgt, bezogen auf die Heissschmelz- klebstoffzusammensetzung.
Weiterhin kann die nicht-reaktive Heissschmelzklebstoffzusammen- setzung weitere Bestandteile aufweisen. Als weitere Bestandteile geeignet sind insbesondere Bestandteile, welche ausgewählt sind aus der Gruppe umfassend Weichmacher, Haftvermittler, UV-Absorptionsmittel, UV- und Wärmestabilisatoren, optische Aufheller, Fungizide, Pigmente, Farbstoffe, Füllstoffe und Trocknungsmittel. Die Heissschmelzklebstoffzusammensetzung weist vorzugsweise einen Schmelzpunkt von 80 bis 200°C, insbesondere von 130 bis 180°C, auf, gemessen als Erweichungspunkt nach der Ring & Kugel-Methode gemäss DIN EN 1238.
Die Heissschmelzkiebstoffschicht weist typischerweise ein
Auftragsgewicht von 50 bis 1000 g/m2, insbesondere von 200 bis 800 g/m2 , vorzugsweise 400 bis 600 g/m2, auf. Die Schichtdicke der
Heissschmelzkiebstoffschicht beträgt vorzugsweise zwischen 50 und 500 Mikrometer, insbesondere zwischen 50 und 100 Mikrometer.
Das erfindungsgemässe Verfahren umfasst den Schritt
a) Auflegen einer Membran 4 aufweisend eine
Heissschmelzkiebstoffschicht 5 und eine thermoplastische
Schottschicht 6 auf die Aussenfläche 2 und weiter auf alle der Aussenfläche 2 zugewandten Seiten der Aussenseitenflächen 7, 8 des Tübbing, wobei die Heissschmelzkiebstoffschicht 5 dem Tübbing 1 zugewandt ist.
In einem weiteren Schritt b) des Verfahrens wird Wärme zugeführt, so dass die Heissschmelzkiebstoffschicht 5 anschmilzt.
In Schritt b) erfolgt das Zuführen von Wärme vorzugsweise derart, dass die Temperatur der Heissschmelzkiebstoffschicht 5 eine Temperatur nicht überschreitet, welche mindestens 30°C, vorzugsweise mindestens 40°C, unter dem Schmelzpunkt, d.h. unter dem Erweichungspunkt, der
Heissschmelzkiebstoffschicht liegt. Das Zuführen der Wärme in Schritt b) kann vorzugsweise während des
Auflegens der Membran 4 in Schritt a), insbesondere in den während des Auflegens zwischen Heissschmelzkiebstoffschicht 5 und dem Tübbing 1 gebildeten Spalt 13, erfolgen. In einer weiteren Ausführungsform erfolgt in Schritt b) das Zuführen von Wärme auf der der Heissschmelzklebstoffschicht 5 entgegen gesetzten Seite der Membran 4 und wird über die thermoplastische Schottschicht 6 auf die Heissschmelzklebstoffschicht 5 übertragen.
Das Zuführen von Wärme kann durch Heissluft, Flamme, Induktion oder dielektrischer Erwärmung erfolgen. Das Zuführen der Wärme erfolgt vorzugsweise derart, dass die Wärme die Heissschmelzklebstoffschicht 5, die thermoplastische Schottschicht 6 oder die Aussenfläche 2, respektive die der Aussenfiäche zugewandte Seiten der Aussenseitenflächen 7, 8, des Tübbing thermisch nicht zu stark negativ belastet oder gar zerstört.
Dadurch, dass die Heissschmelzklebstoffzusammensetzung
anschmilzt, wird die Heissschmelzklebstoffzusammensetzung zumindest teilweise fliessfähig, wodurch ein inniger Kontakt zur Oberfläche des Tübbing gewährleistet wird.
In einem dem Schritt b) nachgelagerten Schritt c) wird die
Heissschmelzklebstoffschicht 5 unter Bildung eines Klebverbundes zwischen Membran 4 und dem Tübbing 1 abgekühlt. Dieses Abkühlen erfolgt
typischerweise ohne weitere Hilfsmittel. In gewissen Fällen kann es jedoch angebracht und von Vorteil sein, wenn der Tübbing nach besonders kurzer Zeit bereits belastet oder begangen werden soll, das Abkühlen zu beschleunigen. Dies kann beispielsweise erfolgen, indem durch ein Abkühlmittel, bei- spielsweise durch ein Gebläse, insbesondere ein Luftgebläse, die Membran oder der Tübbing gekühlt wird.
Das Zuführen von Wärme unter Anschmelzen der
Heissschmelzklebstoffschicht 5 in Schritt b) kann derart erfolgen, dass
-in einem Schritt die Membran 4 nur auf die Aussenfläche 2 aufgelegt wird und die Schritte b) und c) ausgeführt werden, und danach
-in einem weiteren Schritt die Membran 4 weiter auf alle der
Aussenfläche zugewandten Seiten der Aussenseitenflächen 7, 8 aufgelegt wird und die Schritte b) und c) ausgeführt werden. Bei einem solchen Verfahren ist die Verwendung einer Heissschmelzklebstoffzusammensetzung besonders vorteilhaft, da dieser wiederholt aufgeschmolzen und wieder abgekühlt werden kann und trotzdem der Klebverbund zwischen Membran und dem Tübbing gewährleistet ist. Beispielsweise wenn während dem Verbinden der
Aussenfläche Bereiche der Heissschmelzklebstoffschicht beim Zuführen von Wärme aufgeschmolzen werden, die in dem weiteren Schritt auf einer der Aussenfläche zugewandten Seiten der Aussenseitenflächen 7, 8 zu liegen kommen und mit dieser verbunden werden.
Weiter kann es unter anderem vorteilhaft sein, wenn es sich bei der Membran 4, welche auf die Aussenfläche 2 aufgelegt wird und der Membran 4, welche auf alle der Aussenfläche zugewandten Seiten der
Aussenseitenflächen 7, 8 aufgelegt wird, um zwei separate Membranen handelt. Diese müssen jedoch derart miteinander verbunden, insbesondere verschweisst oder verklebt, werden, dass die Wasserdichtheit gewährleistet bleibt.
Weiter kann es besonders vorteilhaft sein, wenn es sich bei der
Membran 4, welche auf die Aussenfläche 2 aufgelegt wird und der Membran 4, welche auf alle der Aussenfläche zugewandten Seiten der
Aussenseitenflächen 7, 8 aufgelegt wird, um ein und dieselbe Membranen handelt. Weiter kann es vorteilhaft sein, wenn vor und/oder während dem
Abkühlen der Heissschmelzklebstoffschicht in Schritt c), insbesondere zwischen Schritt b) und c), die Membran auf den Tübbing gedrückt wird, insbesondere mit einer Walze oder einer Rolle. Die Figuren 3 und 4 zeigen die Schritte a) und b) des Verfahrens.
In Figur 3 ist eine erste Ausführungsform dargestellt. Hier wird im Schritt a) die Membran 4 auf die Aussenfläche 2 des Tübbing aufgelegt, wobei die Heissschmelzklebstoffschicht 5 dem Tübbing 1 zugewandt ist. Insbesondere wenn es sich bei der Heissschmelzklebstoffschicht um eine klebfreie Heissschmelzklebstoffschicht handelt kann diese sich auf der
Aussenfläche bewegt werden, wodurch beispielsweise eine Endpositionierung der Membran ermöglicht wird.
Weiterhin zeigt Figur 3 eine Variante des Schrittes b). Hier erfolgt das Zuführen von Wärme in Schritt b) während des Auflegens der
Heissschmelzklebstoffschicht in Schritt a) in den während des Auflegens zwischen Heissschmelzklebstoffschicht und der Aussenfläche, respektive Aussenseitenflächen, des Tübbing gebildeten Spalt 3. Durch die Wärme bedingt erfolgt ein Anschmelzen der Heissschmelzklebstoffzusammensetzung. Dadurch wird die Heissschmelzklebstoffzusammensetzung weich bzw. leicht klebrig und kann sich mit dem Tübbing verbinden. Im anschliessenden Schritt c) wird die Heissschmelzklebstoffzusammensetzung wieder abgekühlt, wodurch ein Klebverbund zwischen Membran und dem Tübbing erfolgt.
Figur 4 stellt eine weitere Ausführungsform dar. Hierbei wird die
Wärme mittels einer Wärmequelle 14 in Schritt b) auf der der
Heissschmelzklebstoffschicht 5 entgegen gesetzten Seite der Membran 4 zugeführt und wird über die thermoplastische Schottschicht 6 auf die Heissschmelzklebstoffschicht 5 übertragen. Durch die Wärme bedingt erfolgt ein Anschmelzen der Heissschmelzklebstoffschicht 5. Dadurch wird die
Heissschmelzklebstoffzusammensetzung zumindest teilweise fliessend und kann den Tübbing kontaktieren. Im anschliessenden Schritt c) wird die
Heissschmelzklebstoffzusammensetzung wieder abgekühlt, wodurch ein Klebverbund zwischen Membran und Tübbing erfolgt.
Der Tübbing eignet sich vorzugsweise zur Verwendung für Tunnelbauten mit einem Durchmesser von 0.5-50 m.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Bauwerk, insbesondere einen Tunnel, enthaltend einen erfindungsgemässen Tübbing. Beispiele
Im Folgenden wird die Erfindung auch noch anhand von Beispielen illustriert.
Es wurde eine Tunnelmembrane Sikaplan® WT2200 22HL2, erhältlich von Sika Sarnafil AG, Schweiz, mit einem nicht-reaktiven Heissschmelz- klebstoff SikaMelt®-9171 , erhältlich bei Sika Automotive GmbH, Deutschland, beschichtet. Als Auftragsgewichte von SikaMelt®-9 71 wurden Mengen von 200, 400 und 600 g/m2 gewählt. SikaMelt®-9171 weist einen Erweichungspunkt, gemessen nach der Ring & Kugel-Methode gemäss DIN EN 1238, von 160 °C auf und eine Crossover-Temperatur, bestimmt über DTMA, nach der Methode, wie sie vorgängig beschrieben wurde, von 109°C. Anschliessend wurden die beschichteten Membranen durch Hitzeaktivierung (Flamme) auf einen Tübbing aufgebracht. Nach Abkühlen von 1 -2 Minuten konnte von Hand eine sehr gute Festigkeit beobachtet werden. Die bestimmten Haftzugwerte für alle drei Auftragsgewichte lagen immer > 1 .5 N/mm2. Mit dieser Festigkeit wird der Einsatz eines Vakuumgreifers ermöglicht.
Die beschichtete Tunnelmembrane Sikaplan® WT2200 22HL2 mit 600 g/m2 Sikamelt®-9171 wurde auf einer Breite von 30 cm hergestellt. Diese wurde im Kantenbereich eines Tübbing mit Hitzeaktivierung aufgebracht, wobei 25 cm der Membran auf die konkave Aussenseite des Tübbing aufgebracht wurden. Dies geschah mit einer Aktivierung durch Hitze (Flamme), mit anschliessendem Andrücken mit einer Rolle. In einem zweiten Schritt wurde die überstehende Membran auf der unteren, beschichteten Seite erwärmt und von Hand tiefgezogen. Nach 30 Sekunden wurde die benötigte Endfestigkeit erreicht. Mit diesem Versuch wurde gezeigt, dass die Membran im Kantenbereich tiefgezogen und permanent fixiert werden kann.
Bezugszeichenliste
Tübbing
konvex-gewölbte Aussenfläche
konkav-gewölbte Innenfläche
Membran Heissschmelzklebstoffschicht
thermoplastische Schottschicht
Längsseitenfläche
Stirnseitenfläche
die Aussenseitenflächen rahmenformig umlaufende Dichtungsnut Dichtungskörper
abdichtende Beschichtung
Spalt
Wärmequelle

Claims

Patentansprüche Verfahren zur Herstellung eines Tübbing aus Beton zur Verkleidung eines Tunnels, insbesondere eines Verkehrstunnels, wobei der Tübbing
(1 ) eine konvex-gewölbte Aussenfläche (2) und eine der Aussenfläche
(2) gegenüberliegende konkav-gewölbte Innenfläche (3) aufweist, umfassend die Schritte
a) Auflegen einer Membran (4) aufweisend eine
Heissschmelzklebstoffschicht (5) und eine thermoplastische
Schottschicht (6) auf die Aussenfläche (2) und weiter zumindest teilweise auf mindestens eine, insbesondere alle, der Aussenfläche (2) zugewandten Seiten der Aussenseitenflächen (7, 8) des
Tübbing, wobei die Heissschmelzklebstoffschicht (5) dem Tübbing (1 ) zugewandt ist;
b) Zuführen von Wärme unter Anschmelzen der
Heissschmelzklebstoffschicht (5);
c) Abkühlen der Heissschmelzklebstoffschicht (5) unter Bildung eines Klebverbundes zwischen Membran (4) und dem Tübbing (1 ).
Verfahren gemäss Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Tübbing eine die Aussenseitenflächen (7, 8) umlaufende Dichtungsnut (10) aufweist, in welcher ein Dichtungskörper (1 1 ) angeordnet ist.
Verfahren gemäss Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schottschicht (6) teilweise, insbesondere bis zur Dichtungsnut (10), auf alle der Aussenfläche (2) zugewandten Seiten der
Aussenseitenflächen (7, 8) des Tübbing aufgelegt wird.
Verfahren gemäss Anspruch 1 , 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die thermoplastische Schottschicht (6) thermoplastische Polyolefine und/oder Polyvinylchlorid (PVC) enthält. Verfahren gemäss einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die thermoplastische Schottschicht (6) Material umfasst, welches ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus
Polyethylen mit hoher Dichte (HDPE), Polyethylen mit mittlerer Dichte (MDPE), Polyethylen mit tiefer Dichte (LDPE), Polyethylen (PE),
Polypropylen (PP), Polyethylenterephthalat (PET), Polystyrol (PS), Polyvinylchlorid (PVC), Polyamide (PA), Ethylen-Vinylacetat (EVA), chlorsulfoniertes Polyethylen und thermoplastische Polyolefine (TPO).
Verfahren gemäss einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Tübbing zwischen der Aussenfläche (2) und der Heissschmelzklebstoffschicht (5) eine abdichtende Beschichtung (12) aufweist, wobei die abdichtende Beschichtung ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Methacrylatharz, Polyesterharz, Epoxydharz, Polyurethan und Polyharnstoff.
Verfahren gemäss einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die abdichtende Beschichtung (12) weiter mindestens teilweise auf allen Aussenseitenflächen (7, 8) angeordnet ist.
Verfahren gemäss einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Heissschmelzklebstoffschicht (5) aus einer nicht-reaktiven Heissschmelzklebstoffzusammensetzung besteht.
Verfahren gemäss einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Heissschmelzklebstoffschicht (5) aus einer Heissschmelzklebstoffzusammensetzung besteht, welche ein bei 25°C festes thermoplastisches Poly-a-olefin, bevorzugt ein ataktisches Poly- α-olefin (APAO), aufweist, insbesondere in einer Menge von mehr als 50 Gew.-%, bevorzugt von mehr als 60 Gew.-%, bezogen auf die Menge der Heissschmelzklebstoffzusammensetzung. Verfahren gemäss einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Heissschmelzklebstoffschicht (5) aus einer Heissschmelzklebstoffzusammensetzung besteht, welche einen
Schmelzpunkt von 80 bis 200°C, insbesondere von 130 bis 180°C, aufweist.
Verfahren gemäss einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Heissschmelzklebstoffschicht (5) ein
Auftragsgewicht von 50 bis 1000 g/m2, insbesondere von 200 bis 800 g/m2, aufweist.
Verfahren gemäss einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt b) das Zuführen von Wärme während des Auflegens der Membran (4) in Schritt a), insbesondere in den während des Auflegens zwischen Heissschmelzklebstoffschicht (5) und dem Tübbing (1 ) gebildeten Spalt (13), erfolgt.
Verfahren gemäss einem der Ansprüche 1 -1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt b) das Zuführen von Wärme auf der der
Heissschmelzklebstoffschicht (5) entgegen gesetzten Seite der
Membran (4) erfolgt und über die thermoplastische Schottschicht (6) auf die Heissschmelzklebstoffschicht (5) übertragen wird.
Verfahren gemäss einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt b) das Zuführen von Wärme derart erfolgt, dass die Temperatur der Heissschmelzklebstoffschicht (5) eine
Temperatur nicht überschreitet, welche mindestens 30 °C, vorzugsweise mindestens 40°C, unter dem Schmelzpunkt der
Heissschmelzklebstoffschicht (5) liegt.
Bauwerk, insbesondere ein Tunnel, enthaltend einen Tübbing erhalten aus einem Verfahren gemäss einem der Ansprüche 1 - 14.
PCT/EP2014/051058 2013-01-18 2014-01-20 Verfahren zur herstellung eines tübbing mit thermoplastischer schottschicht WO2014111583A1 (de)

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