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Die
Erfindung betrifft den Brandschutz an Bauwerken, insbesondere in
unterirdischen Räumen wie Tunneln und Stollen.
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In
Straßenverkehrstunneln haben sich schon dramatische Brände
mit vielen Opfern ereignet. Das gleiche gilt für überirdische
Bauwerke. In jedem Fall ist von besonderer Wichtigkeit, dass betroffene
Personen vor dem Brand fliehen können. Im Tunnel kann die
Flucht leicht auf große Schwierigkeiten stoßen. Das
gleiche gilt in überirdischen Bauwerken. Deshalb ist man üblicherweise
um die Einrichtung von Fluchtwegen bemüht. Eine andere
Lösung ist die Verwendung brandhemmender Materialien, die
einem Brand eine Zeit lang widerstehen, damit die betroffenen Personen
sich in Sicherheit bringen können.
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Unter
Brandschutz werden alle Maßnahmen verstanden, die der Ausbreitung
von Feuerung und Rauch vorbeugen. Die baulichen Maßnahmen
in Gebäuden sind sehr vielfältig und umfassen
insbesondere die Baustoffe und Bauteile, geregelt in DIN 4102 und
ENV 1992-1-2.
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Zunächst
soll die Erfindung in der Anwendung auf Tunnel erörtert
werden. Bei Tunnelbauwerken hat der Brandschutz aufgrund verschiedener Brandfälle
in den letzten Jahren erhebliche Bedeutung gewonnen. Neben der Einhaltung
konstruktiver Regeln wird zunehmend ei rechnerischer Nachweis gefordert,
vgl. zum Beispiel ENNV 1992-1-2.
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Für
die Beurteilung des Brandschutzes hat der Feuerwiderstand/Brandwiderstands
eines Bauteiles entscheidende Bedeutung. Er wird an der Dauer, die
ein Bauteil im Brandfall seine Funktion behält, bemessen.
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Die
Baustoffe werden unterschieden in nicht brennbare Baustoff und brennbare
Baustoffe. Übliche Feuerwiderstandsklassen sind: F0(im
Brandfall weniger als 30 Minuten funktionstauglich, F30-feuerhemmend(im
Brandfall mindestens 30 Minuten funktionstauglich), F60-hochfeuerhemmend(im
Brandfall mindestens 60 Minuten funktionstauglich, F90-feuerbeständig(im
Brandfall mindestens 90 Minuten funktionstauglich), F120-hochfeuerbeständig(im
Brandfall mindestens 120 Minuten funktionstauglich), F180-höchstfeuerbeständig(im
Brandfall mindestens 180 Minuten funktionstauglich). Der Brandfall
beinhaltet in allen Ländern mit Zulassungsvoraussetzung für
den Einsatz von brennbaren Baustoffen eine Feuerbelastung mit einer
Temperatur zwischen 1000 und 1200 Grad Celsius.
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Es
ist zu unterscheiden zwischen den Tunneln im standfesten Gebirge
und im nicht standfesten Gebirge. Ein standfestes Gebirge bricht
nach dem Tunnelausbruch nicht ein. Dagegen wird bei einem nicht
standfesten Gebirge ein tragfähiger Ausbau des Tunnels
erforderlich, der das Gewicht des Gebirges teilweise aufnimmt. Im
nicht standfesten Gebirge ist sowohl ein Stahlausbau als auch ein
Betonausbau üblich. Es können auch Kombinationen
von Stahl und Beton Anwendung finden. Der Betonausbau wird zumeist
an der Baustelle gefertigt werden. Es sind auch Betonpaneele üblich,
die im Werk hergestellt und zur Baustelle transportiert werden.
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Im
standfesten Gebirge entfällt das Festigkeitsproblem teilweise.
Es verbleibt das Problem, wie eine Sicherung gegen herab fallende
Steine stattfindet. Das Problem wird üblicherweise mit
Spritzbeton gelöst. Dabei wird Beton gegen den Gebirgsausbruch
gespritzt, der dort erhärtet und eine schützende
Haut bildet.
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Ein
anderes Problem ist austretendes Gebirgswasser.
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Im
Winter friert das Wasser. Es besteht die Gefahr herab fallender
Eismassen. Dieser Gefahr wird üblicherweise mit einer Folienabdichtung
begegnet. Je nach Dicke der Folie wird auch von Bahnen gesprochen.
Zum Teil findet sich auch die Bezeichnung Membran.
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Die
Folienabdichtung leitet das Wasser ab. Zugleich wird mit einer Wärmedämmung
ein Frieren des Wassers verhindert. Die Wärmedämmung kann aus
Polyethlenschaum bestehen. Die Wärmedämmung kann
tunnelinnenseitig vor der Foliendichtung angeordnet sein. Je nach
Beschaffenheit kann die Wärmedämmung mit der Foliendichtung
verbunden sein oder zugleich die Dichtung bilden. Dabei kann die
Wärmedämmung wie auch die Foliendichtung an den
Stößen verschweißt oder verklebt sein.
Vorzugsweise findet eine Überlappung der Folienränder
bzw. der Ränder der Wärmedämmung statt.
Wahlweise ist auch eine Verbindung der Folienränder bzw.
der Ränder der Wärmedämmung mit einem
Materialstreifen durch Schweißen oder Kleben vorgesehen.
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Soweit
im weiteren von einer Foliendichtung und/oder einer Wärmedämmung
gesprochen wird, schließt das vorstehende Möglichkeiten
ein.
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Üblicherweise
wird die Foliendichtung aus Folienbahnen zusammengesetzt. Die Folienbahnen werden
am Gebirgsausbruch üblicherweise überlappend verlegt,
so daß die Folienränder anschließend miteinander
verschweißt werden können.
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Vorzugsweise
wird beim Verschweißen eine Doppelnaht erzeugt. Es liegen
zwei Schweißnähte nebeneinander. Der Zwischenraum
läßt sich mit Luftdruck beaufschlagen. Bei geschlossenem
Zwischenraum kann von einer ausreichenden Dichtwirkung ausgegangen
werden, wenn der Druckabfall in dem Zwischenraum über eine
bestimmte Zeitdauer bestimmte Grenzen nicht überschreitet.
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Die
Befestigung der Folie erfolgt auf unterschiedlicher Weise. Bei geringen
Festigkeitsanforderungen hat sich in der Vergangenheit eine Folienbefestigung
mit einem als Rondelle ausgebildeten Befestiger aus Kunststoff durchgesetzt.
Die Rondelle wird an das Gebirge oder an eine erste, aufgetragene Spritzbetonschicht
genagelt oder angeschossen. Beim Anschießen werden die
Rondellen nicht mit einem Hammer oder dergleichen ins Gebirge geschlagen,
sondern mittels einer Sprengpatrone in das Gebirge oder in die erste
aufgetragene Spritzbetonschicht getrieben.
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Die
bekannten Rondellen sind zum Beispiel in der
DE-3244000C1 ,
DE4100902A1 ,
DE19519595A1 ,
DE8632994.4U1 ,
DE8701969.8U1 ,
DE20217044U1 dargestellt
und beschrieben. Die bekannten Rondellen sind mit der Folie verschweißt worden.
Als besonders günstig wurden Rondellen mit einer Sollbruchstelle
angesehen. Die Rondellen sollen bei einer Belastung der Folie an
der Sollbruchstelle zerbrechen. Die Festigkeit der Sollbruchstelle
liegt wesentlich unter der Folienfestigkeit. Dadurch bricht zuerst
die Rondelle, wenn auf die Folie ein übermäßiger
Zug ausgeübt wird. Das heißt, die Folienabdichtung
bleibt bei übermäßigem Zug in der Folie
unversehrt, während die Rondelle zerbricht.
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Die
Kunststoff-Rondellen sind jedoch nur dann geeignet, wenn bei der
Befestigung der Folien und einem anschließenden Spritzbetonauftrag
geringe Kräfte entstehen.
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Insbesondere
in Tunneln kommen jedoch hohe Kräfte vor. In Eisenbahntunneln
wird von den durchfahrenden Zügen ein extremer Luftdruck
und anschließend ein extremer Saugzug erzeugt. Die Drücke
wirken auf extrem große Flächen, so daß Gesamtdrücke
entstehen, die eine ausreichend feste Verbindung des Tunnelausbaus
mit dem Gebirge erfordert. Die Drücke sind von der Fahrgeschwindigkeit der
Züge abhängig. Hochgeschwindigkeitszüge
erhöhen die Drücke noch einmal um ein Vielfaches
gegenüber normalen Eisenbahnen. Ähnliches gilt
für Kraftfahrzeugtunnel.
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Bei
solcher Belastung haben sich Rondellen aus Stahl als Befestiger
durchgesetzt, die mit Ankern im Gebirge gehalten werden. Die Anker
haben zudem die Aufgabe, den vom Gebirgsausbruch beabstandeten Tunnelausbau
zu halten und die auf den Tunnelausbau wirkenden Verkehrslasten
in das Gebirge zu leiten.
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Die
bekannten Rondellen haben einen Durchmesser von etwa 150 mm und
eine Dicke von 3 bis 4 Millimetern. Solche Rondellen besitzen ein große
Festigkeit.
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Die
bekannten Anker haben Durchmesser von 12 oder 14 oder 16 oder 20
mm. Sie bestehen vorzugsweise aus rostfreiem Stahl und sind gebirgsseitig
profiliert, um im Gebirge eine hohe Auszugfestigkeit zu entfalten.
Für die Anker werden entsprechende Bohrungen in das Gebirge
eingebracht. Anschließend werden die Anker mit einem Montagezement
oder anderen geeigneten Montagemitteln in den Bohrungen festgesetzt.
Solche Anker können im Unterschied zu der bekannten Nagelkonstruktion sehr
viel größere Kräfte aufnehmen. Die Lasten
werden in das Gebirge geleitet. Mit den Ankern ist es deshalb möglich,
einen Tunnelausbau aufzubauen, der den Belastungen durchfahrender
Züge und durchfahrender Kraftfahrzeuge standhält.
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An
dem freien Ende sind die Anker in der Regel mit einem Gewinde versehen,
vorzugsweise entsprechend dem Durchmesser mit metrischen Gewinde
M12 oder M14 oder M16 oder M20. An dem gewindeseitigen Ende werden
die Stahlrondellen zwischen zwei Schrauben gehalten. Die Schrauben
erlauben eine Einstellung der Rondellen auf dem Anker.
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Die
Anker sind üblicherweise so lang, daß sie über
die Stahlrondellen hinaus in den Tunnel ragen. Das dient zur Befestigung
eines Drahtgitters als Rückhaltung beim Anspritzen des
Betons und zur Versteifung des Tunnelausbaus durch Verbindung mit
dem Gebirge.
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Beim
Anspritzen von Beton gegen eine Folie besteht die Gefahr, daß die
Folie den Beton abwirft bzw. der Beton nicht an der Folie haftet.
Dann ist es zweckmäßig, im Abstand vor der Folie
ein Drahtgitter oder dergleichen vorzusehen, das ein Herabfallen des
Betons verhindert.
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Das
Drahtgitter dient auch zur Armierung der Spritzbetonschicht.
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Auf
dem Anker kann auch ein Abstandshalter für das Drahtgitter
montiert werden. Bekannte Abstandshalter sind sternförmig
mit Stangen versehen, um das Drahtgitter möglichst großflächig
zu stützen.
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Bei
der bekannten Bauweise durchstoßen die Anker die Folie.
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Die
Folie wird dann zwischen den Stahl-Rondellen eingespannt. Von den
beiden Rondellen befindet sich eine Rondelle außenseitig
an der Folienabdichtung und die andere Rondelle innenseitig an der Folienabdichtung.
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In
der Praxis zeigt sich, daß das Gebirgswasser an den Ankern
entlangläuft Dadurch stehen Anker und Rondellen unter entsprechender
Wasserbelastung. Die Erfindung hat erkannt, daß das Wasser durch
das Schraubengewinde von Rondellen und Anker dringt. Das Wasser
läuft dann auch durch die in der Folie entstandene Öffnung.
Es kommt zu Leckagen. Selbst eine tropfenweise Leckage führt
in entsprechender Zeit zu erheblichen Wassermengen. Das Wasser kann
an der Tunnelinnenseite austreten. Im Winter friert das eindringende
Wasser. Es bilden sich Eiszapfen, die spätestens bei eintretendem
Tauwetter herunterfallen und eine schlimme Unfallgefahr bilden.
Außerdem kann das Eis erhebliche Zerstörung am
Tunnelausbau verursachen.
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Um
das Eindringen von Wasser am Gewinde der Rondelle zu verhindern,
ist es bekannt, in die Durchtrittsöffnung der Rondelle
einen Gummiring einzusetzen. Der Gummiring hat allerdings nur eine sehr
beschränkte Wirkung, weil er nicht ausreichend in die Gewindegänge
des Ankers greifen kann. Es ist zwar bekannt, den Gummiring gewindeseitig
mit Noppen zu versehen, die besser zwischen die Gewindegänge
greifen sollen als ein glatter Ring. Es gibt auch andere Lösungen
zur Abdichtung der Durchdringung.
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Die
oben beschriebene Bauweise mit einem vom Gebirgsausbruch beabstandeten
Tunnelausbau ist eine Variante. Es kommt auch Tunnelausbau vor, der
unmittelbar an dem Gebirgsausbruch anliegt. Diese Variante ist besonders
vorteilhaft bei nicht standfestem Gebirge, weil sie das Gebirge
unmittelbar unterstützt, so daß der Gebirgsausbruch
nur statischen Kräften standhalten muß, während
ein beabstandeter Tunnelausbau zusätzlich durch die dynamischen
Kräfte von ausbrechendem Gestein belastet wird.
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Der
das Gebirge abstützende Tunnelausbau sieht wahlweise vor,
daß zunächst eine Spritzbetonschicht am Gebirgsausbruch
aufgebracht wird. Diese Schicht hat die Aufgabe, die Oberfläche
des Gebirgsausbruches zu versiegeln, um ein sogenanntes Aufblättern
der Gebirgsschichten zu verhindern. Insbesondere in der Spritzbetonschicht
werden Halter für eine Kunststoffabdichtung befestigt.
Innenseitig wird an der Kunststoffabdichtung eine tragende Betonschicht
aufgebaut. Diese Betonschicht ist wahlweise gegossen oder aus Spritzbeton.
Der Spritzbeton wird dabei genauso gehandhabt wie bei dem oben beschriebenen
beabstandeten Tunnelausbau.
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Das
schließt Gittergewebe und andere Maßnahmen ein,
um den Spritzbetonaufbau an der Abdichtung zu erleichtern.
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Nach
einem älteren Vorschlag wird als Spritzbetonschicht ein
Leichtbeton auf die Abdichtung aufgebracht. Der Leichtbeton besitzt
nach dem älteren Vorschlag Zuschläge aus Kunststoffschaumpartikeln,
vorzugsweise ganz oder teilweise aus Polystyrol bestehen, das die
Kurzbezeichnung EPS trägt. Es kommen auch andere Kunststoffe
in Betracht. Solcher Leichtbeton ist zum Beispiel beschrieben in
WO 2004/101460A1 ,
WO 00/06515 ,
US 5618344A ,
US 4547223A ,
EP 725043A ,
WO 94/(05896 ,
EP 295628B1 ,
FR 2499453 ,
EP 449360A1 ,
DE 19831295A1 ,
DE 2127421 ,
EP 1590308A1 ,
EP 1122223A1 ,
DD 297386A5 ,
DE 19529695A1 ,
DE 4406866A1 .
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Der
Leichtbeton hat Verarbeitungsvorteile beim Tunnelausbau. Wie die
Bezeichnung sagt, ist der Leichtbeton gegenüber Normalbeton
vergleichsweise leicht. Der Leichtbeton läßt sich
leichter als Schicht aufbauen als Normalbeton, Aufgrund des geringeren
Gewichts gleitet/fließt der Leichtbeton nicht so leicht
nach unten.
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Leichtbeton
hat darüber hinaus noch wärmeisolierende Eigenschaften.
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Wahlweise
wird zusätzlich zur Wärmeisolierung eine Kunststoffschaum,
insbesondere ein Polyethylen(PE)schaum verwendet, wie eingangs beschrieben.
Der PE-Schaum findet auf den gleichen Ankern wie die Membran einen
Halt.
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Auch,
wenn der Leichtbeton mit einem sogenannten Rückprallgitter
oder Rückprallnetz oder dergleichen aufgetragen wird, das
den Aufbau einer Betonschicht erleichtert und eine Armierungswirkung
in der Betonschicht entfaltet, so ist die Belastungsfähigkeit
von Leichtbeton doch gering. Deshalb ist eine Betonschicht innenseitig
erforderlich, wenn der Tunnelausbau eine ordentliche Tragfähigkeit
aufweisen muß. Das gilt insbesondere für den beabstandeten Tunnelausbau
von Eisenbahntunneln oder Straßenverkehrstunneln.
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Für
jeden Spritzbetonausbau gilt:
Der Aufbau des Spritzbetonausbaus
wird durch die Grundierung der Foliendichtung und Hilfsmittel wie Rückprallgitter/Netze,
aber auch durch Krallmatten erleichtert.
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Die
erfindungsgemäße Verwendung einer Grundierung
leistet zusätzlich zu der oben beschriebenen Oberflächengestaltung
noch einen Beitrag zur Anbindung vom Spritzbeton an die Foliendichtung und
an die Krallmatte. Die Grundierung kann mit dem gleichen Zement
bzw. Kleber bzw. Bindemittel erfolgen, der auch für den
Spritzbeton verwendet wird, jedoch ohne die im Spritzbeton vorgesehenen
Zuschläge.
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Zement/Kleber/Bindemittel
kommen pulverförmig zum Einsatz. Sie werden entweder vor
dem Auftrag auf der Folienfläche mit Wasser vermischt und
aufgedüst oder zusammen mit dem pulverförmigen
Zemente/Kleber/Bindemittel aufgedüst werden.
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Wahlweise
wird auch eine spezielle Grundierung in Form eines Kunststoffklebers
mit mineralischem Zumischungsanteil zum Einsatz gebracht. Der Kunststoffkleber
hat eine besondere Haftwirkung an dem Kunststoff der Folienabdichtung
und dem Kunststoff der Krallmatte sowie anderen Hilfsmitteln. Zugleich
bieten die mineralischen Mischungsanteile des Klebers eine Haftungsverbesserung
für den Spritzbeton.
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Das
Aufdüsen der Grundierung führt zu einer dünnschichtigen
Benetzung der Folienfläche und der Hilfsmittel. Die Schichtdicke
der Benetzung wird so eingestellt, daß die Grundierung
nicht durch ihr Eigengewicht herunterläuft. In der Praxis
wird die Auftragsmenge solange verringert, bis kein Herunterlaufen
zu beobachten ist. Bei gleich bleibender Austrittsgeschwindigkeit
der Grundierung aus der Auftragsdüse läßt
sich die Auftragsmenge durch Änderung des Feststoffanteiles
erreichen. Darüber hinaus kann der Grundierungsauftrag
durch Änderung anderer Parameter variiert werden. Die anderen
Parameter sind die Geschwindigkeit und die Bewegung der Auftragsdüse.
Mit Bewegung der Auftragsdüse ist die Bewegung der Düse
gegenüber der Foliendichtung gemeint. Bei wiederholtem
Ansprühen der Foliendichtung an gleicher Stelle kann der
Auftrag durch Reduzierung der Wiederholungen beim Ansprühen verringert
werden.
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Wahlweise
werden in die Grundierung auch Wasser absorbierende Materialien
eingebunden.
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Nach
der Grundierung kann der Spritzbeton in einer Schicht oder in mehreren
Schichten auf die Foliendichtung aufgebracht werden. Dabei ist es günstig,
die Spritzbetonschicht lagenweise und von unten beginnend aufzutragen.
Das wird durch eine hin- und hergehende Bewegung des Werkzeuges
für das Auftragen des Spritzbetons erreicht. Als Spritzbetone
bzw. Betone und Additive und Zuschläge sowie Verstärkungseinlagen
und als Werkzeuge finden wahlweise Materialien und Vorrichtungen
Verwendung, wie sie zum Beispiel in folgenden Druckschriften beschrieben
sind:
DE69910173T2 ,
DE69801995T2 ,
DE69721121T2 ,
DE69718705T2 ,
DE69701890T2 ,
DE69700205T2 ,
DE69418316T2 ,
DE69407418T2 ,
DE69403183T2 ,
DE69122267T2 ,
DE69118723T2 ,
DE69010067T2 ,
DE69006589T2 ,
DE60010252T2 ,
DE60001390T2 ,
DE29825081U1 ,
DE29824292U1 ,
DE29824278U1 ,
DE29818934U1 ,
DE29724212U1 ,
DE29718950U1 ,
DE29710362U1 ,
DE29812769U1 ,
DE19854476C2 ,
DE19854476A1 ,
DE19851913A1 ,
DE19838710C2 ,
DE19819660A1 ,
DE19819148C1 ,
DE19754446A1 ,
DE19746958C1 ,
DE19733029C2 ,
DE19652811A1 ,
DE19650330A1 .
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Der
Spritzbeton wird wahlweise trocken bis zur Spritzdüse gefördert
und dort mit der notwendigen Wassermenge versetzt.
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Der
Spritzbeton wird so eingestellt, daß er nach dem Auftreffen
in kurzer Zeit eine ausreichende Frühfestigkeit entwickelt.
Zur Einstellung des Spritzbetons können Beschleuniger verwendet
werden, die das Abbinden des Spritzbetons beschleunigen.
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Zum
Entstehen der Frühfestigkeit tragen auch Wasser absorbierende
Bestandteile im Spritzbeton und/oder in der Grundierung bei.
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Vorzugsweise
wird der Tunnelausbau im Inspektionsabstand von dem Gebirgsausbruch
aufgebaut. Dadurch ist es möglich den Zustand des Gebirgsausbruches
zu prüfen. Es kann zum Beispiel zu Steinschlag kommen,
der die Foliendichtung erstört und so eine Undichtigkeit
schafft. Ferner kündigen sich größere
Steinschläge zumeist vorher durch kleinere Steinschläge
an. Bei größeren Steinschlägen besteht
die Gefahr eines Einbruches im Tunnel. Zwangsläufig werden
damit auch die Tunnelbenutzer gefährdet. Demzufolge sind
regelmäßige Inspektionen des Gebirgsausbruches
und des Spritbetonausbaus zweckmäßig. Die Inspektion
setzt mindestens teilweise eine Begehbarkeit des Hohlraumes zwischen
dem Spritzbetonausbau und dem Gebirgsausbruch voraus. Die Begehbarkeit
beginnt bei etwa 0,4 m Abstand zwischen dem Gebirgsausbruch und
dem Spritzbetonausbau. Die Begehbarkeit wird umso komfortabler,
je größer der Abstand ist. Vorzugsweise ist der
Abstand nach oben hin aus wirtschaftlichen Gründen auf
1 m beschränkt.
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Abstände
zwischen dem Spritzbetonausbau und dem Gebirgsausbruch sind ohne
Begehbarkeit seit längerem bekannt. Ein Beispiel zeigt
die
DE 3838630A1 .
Dort ist aber keine Begehbarkeit gezeigt.
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Wahlweise
wird die oben beschriebene Folie gebirgsseitig mit einem Schutzvlies
versehen, um eine Beschädigung der Folie bei der Verlegung
oder eine Beschädigung durch herab fallende Steine zu verhindern.
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Mit
dem Spritzbetonaufbau entsteht eine feste Betonschale in einem Tunnel,
welche durch die Anker mit dem Gebirge verbunden ist. Allerdings
unterliegt der Tunnelausbau bei zeitgemäßer Belastung durch
Kraftfahrzeuge oder durch Zugverkehr erheblichen Belastungen.
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Dieser
Verkehr verursacht starke Druckwellen und Saugwellen. Das hat in
der Praxis dazu geführt, daß Ankerstangen von
mindestens 16 mm Durchmesser, vorzugsweise von 20 mm Durchmesser
Verwendung gefunden haben und die Ankerstangen in gleichmäßigen,
verhältnismäßig kurzen Abständen
angeordnet sind.
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Außerdem
bedingt die auftretende Verkehrslast erhebliche Festigkeiten des
Tunnelausbaus.
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Bei
allen Tunneln stellt sich das Problem des Brandschutzes. In jedem
Verkehrstunnel muß mit Feuer gerechnet werden. Die Brandlast
eines Feuers kann dabei erhebliche Auswirkungen annehmen. Unter
Feuerlast wird ein innenseitiger Beton im Tunnel zu einer zusätzlichen
Gefahr, weil das im Beton eingeschlossene Wasser bzw. das im Beton
gebundene Wasser unter entsprechender Wärmeeinwirkung frei wird
und verdampft, so daß bei entsprechender Brandlast Beton
in Brocken abgesprengt wird. Die Betonbrocken können die
Wirkung von Geschossen entwickeln.
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Hinzu
kommt, daß eine Zerstörung der Betonschicht brennbare
Bestandteile des Ausbaus freilegen kann, so daß sich der
Brand plötzlich zwischen dem Ausbau dem Gebirgsausbruch
ausbreiten kann.
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Deshalb
ist in den meisten Tunneln ein Brandschutz vorgesehen. Als Brandschutz
wird dabei vorzugsweise Feuerfestmaterial aufgetragen. Beliebt sind
feuerfeste Platten.
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Der
Brandschutz am Tunnelausbau ist sehr aufwendig. Die Erfindung hat
sich deshalb die Aufgabe gestellt, den Aufwand für den
Brandschutz im Tunnel zu verringern.
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Nach
der Erfindung wird das dadurch erreicht, daß als Brandschutz
tunnelinnenseitig Leichtbeton verwendet wird, der aus Beton und
Kunststoffschaumpartikeln besteht, wobei als Kunststoff Polyethylen
oder Polystyrol Anwendung findet. Überraschender Weise
verhält sich ein solcher Leichtbeton unter Brandlast sehr
vorteilhaft. Es findet kein Abplatzen statt. Das wird darauf zurückgeführt,
daß verdampfendes Wasser ohne weiteres die Kunststoffschaumpartikel
zum Kollabieren bringt. In die entstehenden Hohlräume kann
der Dampf entweichen. Die Untersuchungen des erfindungsgemäßen
Brandschutzes haben ergeben, daß schon eine 60 mm dicke
Schicht aus erfindungsgemäßem Beton ohne weiteres
einer Feuerbelastung von 1000 bis 1200 Grad Celsius für
90 Minuten und mehr Stand hält. Je dicker die Schicht ist,
desto länger wird die Standzeit im Brandfall. In der Zeit
kann der Tunnel geräumt werden.
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Zugleich
kommt die verhältnismäßig schlechte Wärmeleitfähigkeit
des Leichtbetons zum Tragen. Das heißt, die Brandlast wird
nur langsam in das Innere des Leichtbetons getragen. Bei obigem Brandtest
blieb die Temperatur so niedrig, daß die hinter dem erfindungsgemäßen
Brandschutz liegende Wärmedämmung aus Polyethylen
(PE) wie auch die Foliendichtung nicht gefährdet wird.
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Die
Verwendung von Leichtbeton, auch von Spritzbeton, ist im Tunnelbau
an sich bekannt. Allerdings findet sich ein solcher Leichtbeton
regelmäßig in einem Schichtenaufbau unter bzw.
hinter schützenden Deckschichten.
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Es
ist zwar auch ein Spritzbeton mit einem Zusatz von ungeschäumten
Polypropylenfasern bekannt, der frei von der Gefahr des Abplatzens
von Betonteilen ist.
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Die
verwendeten Fasern sind zum Teil sehr fein und besitzen eine Länge
von mehreren Zentimetern. Die Fasern sollen im Falle der Erwärmung
wegschmelzen. Dadurch verbleiben in dem Beton nach einer Erwärmung
Poren, die den gesamten Beton durchdringen. Die Poren ziehen Feuchtigkeit.
Die Feuchtigkeit verursacht Korrosion.
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Solche
Faserbetone werden auch ohne Spritzauftrag zum Brandschutz eingesetzt.
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Die
DE 4220274 beschreibt die
Einzelheiten für eine zweckmäßige Faserzumischung.
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In
dieser Druckschrift findet sich darüber hinaus ein Hinweis
auf Bauteile aus Leichtbeton mit Kügelchen aus geschäumtem
Polystyrol. Polystyrol (PS) ist ein gebräuchlicher Kunststoff.
Geschäumte Kügelchen tragen die Bezeichnung EPS.
EPS findet in großem Umfang in der Verpackungsindustrie
Anwendung.
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Darüber
hinaus ist die Herstellung von Leichtbetonen eines der Anwendungsfelder
von EPS geworden. Gleichwohl wird EPS in dieser Druckschrift für
Brandschutz als ungeeignet angesehen.
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Die
Begründung wird aus der Beurteilung von anderem Baustoff
mit eingeschlossenen Poren deutlich. Dabei wird davon ausgegangen,
daß ein übermäßiger Druckaufbau
von Dampf in den Poren entsteht und dies zu der oben beschriebenen
Gefahr führt.
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Noch
in der
DE 10341299
A1 wird ein Leichtbeton mit EPS als Brandgefahr angesehen.
Dort heißt es:
Ein ungelöstes Problem beim
Einsatz von polymerbasierenden Zuschlagstoffen in Leichtbeton ist
die Brandgefahr. Vor allem bei Leichtbeton sehr niedriger Dichte
können u. U. Brandschutznormen nicht eingehalten werden.
Beim Einsatz in Gebäuden besteht vor allem bei Leichtbeton
niedriger Dichte mit Poystyrol-Schaumstoffpartikel als Zuschlagstoff
die erhöhte Gefahr der Flammausweitung durch die Wände
hindurch und damit die Ausweitung des Brandes über mehrere
Räume hinweg.
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Es
gibt keine Tunnel, in denen ein Leichtbeton ohne vor Brand schützende
Deckschicht verwendet worden ist.
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Hinzu
kommt, daß zum Teil bereits eine Brandgefahr bei der Verarbeitung
der Kunststoffschaumpartikel gesehen wird, der nur durch flammhemmende Ausrüstung
der Kunststoffschaumpartikel begegnet werden könne. Wegen
der Einzelheiten wird auf die
DE 4428200A1 Bezug genommen.
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Über
die Vorurteile gegen eine Anwendung der Leichtbetone mit eingeschlossenem
Kunststoffschaum im brandgefährdeten Tunnelbau hat sich
die Erfindung hinweggesetzt.
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Wahlweise
hat der als Brandschutz im Tunnel eingesetzte Leichtbeton eine Dicke
von 10 bis 250 mm, vorzugsweise eine Dicke von 40 bis 150 mm, noch
weiter bevorzugt 50 bis 130 mm.
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Das
Raumgewicht des Spritzbetons hängt von der Menge der EPS-Partikel
in dem Spritzbeton ab. Vorzugsweise ist der Anteil der EPS-Partikel
so groß, daß sich ein Raumgewicht des aufgetragenen Spritzbetons
von 300 bis 2000 kg pro Kubikmeter ergibt. Vorzugsweise beträgt
das Raumgewicht 350 bis 1200 kg pro Kubikmeter, nach weiter bevorzugt
400 bis 1100 kg pro Kubikmeter. Herkömmlicher Spritzbeton
besitzt ein Raumgewicht von etwa 2500 kg pro Kubikmeter
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Die
Größe bzw. der Durchmesser der EPS-Partikel liegt
vorzugsweise zwischen 0,5 und 7 mm, noch weiter bevorzugt zwischen
1 und 6 mm. Das Raumgewicht der EPS-Partikel liegt vorzugsweise
zwischen 10 und 50 kg pro Kubikmeter, noch weiter bevorzugt zwischen
20 und 40 kg pro Kubikmeter.
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Je
größer der Anteil der EPS-Partikel im Spritzbeton
sein soll, desto schwieriger wird eine gleichmäßige
Verteilung der Partikel im Spritzbeton. Die EPS-Partikel neigen
dazu sich im Spritzbeton zu entmischen. Der Entmischung kann durch
eine Oberflächenbehandlung der EPS-Partikel entgegen gewirkt
werden. Die Oberflächenbehandlung besteht vorzugsweise
aus dem Auftrag eines Haftvermittlers. Der Auftrag des Haftvermittlers
kann in einem oder mehreren Arbeitsschritten erfolgen. Bekannt ist
die Verwendung von Tensiden als Haftvermittler. Wegen der Einzelheiten
wird auf die
DE 4428200
A1 Bezug genommen.
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Wahlweise
werden die Partikel zunächst ganz oder teilweise mit einem
Kleber beschichtet, der ganz oder teilweise ein Kunststoffkleber
ist, und werden die EPS-Partikel anschließend mit feinkörnigem mineralischen
Material in Berührung gebracht. Damit ist eine Beschichtung
verbunden, auf der ein Spritzbeton leicht haftet. Darüber
hinaus erfahren die EPS-Partikel durch die mineralische Beschichtung eine
Beschwerung, mit der sich der Transport der EPS-Partikel wesentlich
vereinfacht. Darüber hinaus wirkt die mineralische Beschichtung
einer Brandgefahr beim Transport und Lagerung der EPS-Partikel bis
zur Verarbeitung im Spritzbeton entgegen.
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Wahlweise
wird die Zumischung der EPS-Partikel gesteuert, so daß ein
Integral-Spritzbeton geschaffen wird. Dabei wird zunächst
auf eine Fläche des Tunnelumfangs eine erste Lage Spritzbeton
aufgetragen, bevor auf die dieselbe Fläche eine oder mehrere
weitere Lagen Spritzbeton aufgetragen werden. Im Unterschied ist
dazu die Spritzbetontechnik zu sehen, bei der die Tunnelumfangsfläche
mit einer einzigen Spritzbetonlage versehen wird. Die Bezeichnung
Integral-Spritzbeton lehnt sich an den Integralschaum der Kunststoffschaumtechnik
an. Der Integralschaum besitzt an den Außenflächen
eine geringere Schaumbildung als in der Mitte. Beim erfindungsgemäßen
Spritzbeton ist die Situation ähnlich, durch ein höheres
Raumgewicht des Spritzbetons ist im Außenbereich eine größere
Festigkeit als in der Mitte gegeben. Zugleich wird in der Mitte
mit dem hohen EPS-Anteil eine hohe Wärmedämmwirkung
gewahrt.
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Für
die erfindungsgemäße Integral-Technik sind vorzugsweise
mindestens zwei Spritzbetonlagen vorgesehen. Besondere Vorteile
haben drei Lagen, von denen die gebirgsseitige Lage und die tunnelinnenseitige
Lage durch die Zwischenlage beabstandet sind und eine höhere
Festigkeit besitzen, so daß dem durch die Spritzbeton gebildeten
Ausbau eine hohe Belastbarkeit gegeben ist.
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Die
Wärmedämmung des erfindungsgemäßen
Spritzbetons soll in der Wärmerechnung für einen
Tunnel berücksichtigt werden. Sie führt zu einer Verringerung
der Dicke sonst vorgesehener Wärmeisolierung und kann eine
sonst vorgesehene Wärmeisolierung entbehrlich machen.
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Der
mit größerer Festigkeit ausgelegte Randbereich/Lage
der Spritzbetonschicht hat ab einer Spritzbetonschicht-Gesamtdicke
von 50 mm und mehr wahlweise eine Dicke von 5 bis 30 mm, vorzugsweise
eine Dicke bis 25 mm. Dabei steht die Dicke des mit größerer
Festigkeit ausgelegten Randbereiches vorzugsweise in Abhängigkeit
von der Gesamtdicke der Spritzbetonschicht. Desgleichen haben Armierungsmittel
in dem Randbereicht bzw. der gebirgsseitigen und/oder tunnelinnenseitigen
Lage Einfluß auf dessen Dicke. Bei eingebauten Gittern muß für
eine ausreichende Materialüberdeckung des Gitters Sorge
getragen werden.
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Der
erfindungsgemäße Integral-Spritzbeton umfaßt
auch Schichten/Lagen, die in zeitlichen Abständen aufgetragen
werden.
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Der
erfindungsgemäße Integral-Spritzbeton umfaßt
auch Schichten/Lagen unterschiedlicher Betone.
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Der
erfindungsgemäße Integral-Spritzbeton umfaßt
auch unterschiedlich aufgetragene Schichten und/oder unterschiedlich
behandelter Schichten.
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Die
Festigkeit des Spritzbetons kann an gewünschten Tunnelflächen,
inbesondere in den Randbereichen/Außenbereichen darüber
hinaus noch dadurch gesteigert werden, daß der Spritzbeton
mit einer Armierung versehen ist. Vorzugsweise ist zumindest zum
Tunnelinneren hin eine Armierung vorgesehen.
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Die
Armierung kann aus Kunststoff und/oder Glasfaser und/oder Kohlefasern
und/oder Stahl bestehen. Als Kunststoff kann zum Beispiel Polypropylen
Anwendung finden. Die Kunststofffasern sollen in einem Faserbeton
die Schwindrisse reduzieren bzw. vermeiden. Von bestimmten Kunststofffasern
ist darüber hinaus bekannt, daß sie die Brandbeständigkeit von
Beton erhöhen, indem sie fast vollständig die
Abplatzungen unter Wärmebelastung verhindern.
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Die
Kunststoff-Fasern können zum Brandschutz zusätzlich
in den Spritzbeton gegeben werden. Es können auch einzelne
Spritzbetonlagen statt der Kunststoffpartikel mit Kunststofffasern
ausgerüstet werden. Vorzugsweise findet die Zugabe von
Fasern lediglich zur Erhöhung der Festigkeit statt. Dabei wird
dem erfindungsgemäßen Spritzbeton in dem vorgesehenen
Bereich vorzugsweise mindestens eine Fasermenge von 1 kg pro Kubikmeter
Spritzbeton zugegeben, vorzugsweise mindestens eine Faseremenge
von 1,5 kg pro Kubikmeter Spritzbeton.
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Bei
der Zugabe von Fasern anderer Materialien wie zum Beispiel Glasfasern
ist evident kein Schmelzen der Fasern im Brandfall beabsichtigt.
Als Glasfasern werden vorzugsweise alkalibeständige Fasern
verwendet, die nicht mit den Alkalien des Betons regieren.
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Stahlfasern
können in verschiedenster Art verwendet werden: nichtrostend,
als Baustahl, mit Haken und ohne Haken, in verschiedensten Formen.
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Statt
Fasern können auch Fäden und Schnüre
oder auch metallische Drähte Verwendung in Betracht. Es
gilt das gleiche wie zu den Fasern. Bewehrungsdrähte werden
umfangreich mit Beschaffenheit nach DIN 488 mit Mindestdurchmessern
von einigen Millimetern angeboten.
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Wahlweise
kommen auch Mischungen unterschiedlicher Fasern in Betracht; sowohl
von Fasern unterschiedlicher Abmessungen als auch unterschiedlicher
sonstiger Form als auch aus unterschiedlichem Werkstoff. Desgleichen
kommen unterschiedliche Mischungen von Fäden, Schnüren
und Drähten in Betracht. Auch Fäden, Schnüre
und Drähte können mit Fasern gemischt werden.
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Vorzugsweise
sind in jedem Fall Schaumpartikel in dem Bereich des Spritzbetons
vorgesehen, in denen ohne die Schaumpartikel die Gefahr eines Abplatzens
von Betonteilen besteht. Wie an anderer Stelle ausgeführt
ist das Abplatzen auf frei werdendes Wasser und Wasserdampf zurückzuführen.
Nach der Erfindung soll der Dampf in die Hohlräume entweichen,
die durch Kollabieren/Zusammenfallen der Schaumpartikel unter Brandlast
entstehen.
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Zur
Armierung eignen sich auch bekannte Gittermatten und/oder Gittergewebe,
Die Gewebe können auch aus Metall bestehen. Bei Verwendung von
Gittermatten oder dergleichen aus Kunststoff bzw. Glasfasern/Fäden
oder Kohlefasern/Fäden sind vorzugsweise Matten mit einem
Flächengewicht von 10 bis 500, vorzugsweise 50 bis 200,
noch weiter bevorzugt 80 bis 150 Gramm pro Quadratmeter vorgesehen.
Das Flächengewicht wird üblicherweise für die
Kennzeichnung von Textilien genutzt.
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Die
Gittermatten aus Stahl werden üblicherweise als Matten
nach DIN 488 mit Mindestdrahtdicke von einigen Millimetern, profiliert
und unprofiliert angeboten. Die Armierungsmatten und Armierungsgewebe
müssen für die Überdeckung mit Beton
in einem ausreichenden Abstand von dem Rand/Außenfläche
des Spritzbetons angeordnet werden. Das Maß ist sowohl
von dem Beton als auch von dem Armierungsmaterial abhängig.
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Wahlweise
kommen die Armierungsmatten und Gewebe auch in Kombination mit Fasern und/oder
Schnüren und/oder Fäden und/oder Drähten
vor. Wahlweise ist dabei auch eine Armierung in Spritzbetonschichten
unterschiedlichen Raumgewichtes vorgesehen.
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Insbesondere
in hochfester Form hat die Außenhaut eine günstige
Wirkung auf ein Unfallgeschehen im Tunnel, denn die Fahrzeuge werden
mehr in Fahrtrichtung gelenkt. Zugleich gewährleistet ein
im übrigen nachgiebiger Kern eine vorteilhafte Dämpfungswirkung
für aufprallende Fahrzeuge im Falle eines Unfalles. Die
hochfeste Haut hat im Verhältnis zum Kern mindestens die
2fache, vorzugsweise mindestens die 4fache und höchst bevorzugt
mindestens die 8fache Festigkeit.
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Zugleich
bewirkt die Armierung der Spritzbetonschicht eine vorteilhafte Festigkeit
gegen Schwingungsbelastung aus vorbei fahrenden Fahrzeugen. So haben
zum Beispiel Spritzbetonschichten von 140 mm mit einer etwa mittig
angeordneten Stahlbetonmatte (6 mm Drahtdurchmesser und Gitter von 150 × 150
mm) und einer am Außenrand angeordneten Armierung aus Polypropylenfasern
(Fasermenge von 2 kg pro Kubikmeter Spritzbeton) auch nach 5 Millionen Lastwechseln
mit einer Schwingungslast, die für den Betrieb in einem
Eisenbahntunnel repräsentativ ist, keinen Schaden gezeigt.
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Wie
oben erläutert, ist die Ankertechnik besonders für
mechanisch hoch belasteten Tunnelausbau geeignet, während
anderer Ausbau für weniger belastete Tunnel zweckmäßig
ist.
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Vorteilhafterweise
läßt sich der erfindungsgemäße
Brandschutz auch anwenden, wenn der Tunnelausbau mit der Foliendichtung
und der Wärmeisolierung von oben beschriebenen Befestigern gehalten
wird, die durch Nagel und andere Befestigungsmittel an einer gebirgsseitigen
Spritzbetonschicht gehalten sind. Dabei sind für die erfindungsgemäße
Armierung wie auch für eine gewünschte Rückhaltung
des aufgetragenen Spritzbetons Befestigungsmittel vorgesehen. Die
Befestigungsmittel können durch einen Bolzen Haken und Ösen
gebildet werden. Vorzugsweise sind die Bolzen, Haken und Ösen
mit einem Flansch oder einer Rondelle versehen und kann dieser Flansch
seinerseits mit der Folie verschweißt oder verklebt werden.
Als Schweißstellen oder Klebestellen werden vorzugsweise
die Folienflächen gewählt, welche sich gegenüberliegend
zu den oben beschriebenen Befestigern an den Folien befinden. Dort
kann die Belastung aus dem Tunnelausbau besonders günstig über
die Befestiger in das Gebirge weitergeleitet werden.
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Vorteilhafterweise
läßt sich der erfindungsgemäße
Brandschutz auch im Hochbau einsetzen. Mit dem erfindungsgemäßen
Brandschutz lassen sich Streben, Stützen, Träger,
Pfetten und andere tragende Teile beschichten, so daß ein
Brand die Statik des Gebäudes zumindest so lange nicht
beeinträchtigt, bis das Gebäude von Personen geräumt
ist.
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Eine
besonders vorteilhafte Anwendung wird in Parkhäusern gesehen,
in denen ein Fahrzeugbrand an statisch ungünstiger Stelle
das Haus schwer beschädigen kann.
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Desgleichen
ist in anderen Gebäuden ein Brandschutz tragender Gebäudeteile
mit dem erfindungsgemäßen Spritzbeton von Vorteil.
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Eine
weitere vorteilhafte Anwendung wird in Räumen gesehen,
in denen Kabel und sonstige ganz oder teilweise aus Kunststoff bestehende
Leitungen an Decken verlegt worden sind. Der vor einigen Jahren
am Flughafen Düsseldorf entstandene Brand hat gezeigt,
wie schnell durch Kabel- und Leitungsbrand eine Leben vernichtende
Rauchentwicklung entstehen kann. Durch Einhüllung dieser
Leitungen mit dem erfindungsgemäßen Spritzbeton
wird das verhindert.
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Der
Brandschutz im Hochbau soll mindestens einer Brandbelastung von
1000 Grad Celsius 30 Minuten Stand halten, vorzugsweise mindestens
60 Minuten Stand halten, damit eingeschlossene Personen fliehen
können.
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Zum
Auftragen des Spritzbetons ist wiederum ein Haftvermittler auf den
zu schützenden Bauteilen von Vorteil. Das gleiche gilt
für Bolzen, Haken und Ösen für Armierungsmittel
und Rückhaltungsmittel.
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Brandseitig
befindet sich an dem Spritzbeton regelmäßig die
Sichtseite. Es ist von Vorteil, wenn die Sichtseite mit einer Sauberkeitsschicht
versehen ist. Dabei kann es sich um einen schmutzabweisenden und
vorzugsweise reinigungsfähigen Anstrich oder Platten oder
Tafeln oder Materialbahnen oder anderes handeln. Die Sauberkeitsschicht
wird dabei so ausgewählt, daß von ihr keine Brandgefahr
ausgeht.
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In
der Zeichnung sind verschiedene Ausführungsbeispiele der
Erfindung dargestellt.
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1 zeigt
einen Gebirgsausbruch 1 im standfesten Gebirge.
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In
regelmäßigen Abständen sind Anker in das
Gebirge eingebracht worden. Dazu wurden entsprechende Löcher
gebohrt und die Anker mit Montagezement in den Löchern
festgesetzt worden. Von den Ankern sind die Mittelachsen 2 dargestellt.
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Der
Gebirgsausbruch 1 dient der Herstellung eines Tunnels.
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Zur
Drainage des austretenden Wassers und zur Sicherung gegen herab
stürzende Steine ist in dem Gebirgsausbruch ein Spritzbetonausbau
vorgesehen.
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Der
Spritzbetonausbau besteht im Groben aus einer Folienschicht 4 und
einer Spritzbetonschicht 3. Die Folienschicht 4 ist
aus einzelnen Bahnen zusammengesetzt, die überlappend verlegt
werden und an den überlappenden Rändern miteinander verschweißt
sind. Dabei sind zwei nebeneinander liegende Schweißnähte
mit Abstand voneinander vorgesehen. Der Hohlraum zwischen den Schweißnähten
wird mit Druckluft beaufschlagt, um die Dichtigkeit der Schweißnähte
zu prüfen.
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Einzelheiten
des Spritzbetonausbaus sind in der 2 dargestellt.
Dabei ist ein Anker 5 schematisch dargestellt. Der Anker 5 ist
an dem aus dem Gebirge herausragenden Ende mit einem Befestiger 14 verbunden.
An dem Befestiger 14 liegt die Folienschicht 4 an.
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An
der Folienschichtseite, die dem Befestiger 14 gegenüberliegt
befindet sich ein Befestiger 15. Die Befestiger 14 und 15 spannen
die Folienschicht 4 zwischen sich ein.
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Außerdem
tragen die Befestiger einen Abstandshalter 13 für
ein Drahtgeflecht 12. Das Drahtgeflecht 12 hat
zwei Aufgaben. Es dient dem Aufbau der Spritzbetonschicht 3,
indem es ein Herabfallen des von der Folienschicht zurückprallenden
Betons verhindert. Zusätzlich bildet das Drahtgeflecht 12 eine
Armierung für die Spritzbetonschicht.
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Beim
Spritzbetonausbau hat der Ausbau im Verhältnis zur Form
so viel Gewicht, daß der Ausbau vor Erreichen ausreichender
Festigkeit ohne die Anker zusammenbrechen würde. Die Anker
leiten das Gewicht des Spritzbetonausbaus in das Gebirge.
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Nach
der Verfestigung des Spritzbetonausbaus bilden die Anker einen festen
Verbund des Ausbaus mit dem Gebirge.
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In 1 und 2 ist
darüber hinaus inneinseitig an dem Spritzbetonausbau eine
Spritzbetonschicht 17 aus Leichtbeton dargestellt. Diese
Schicht 17 hat eine Dicke von 40 mm. Der Leichtbeton besteht
aus herkömmlichem Spritzbeton und einem Zuschlag von EPS.
Der Zuschlag beträgt im Ausführungsbeispiel 10
Vol%, bezogen auf das Gesamtvolumen des Leichtbetons. Das EPS hat
eine Partikelgröße von 4 bis 6 mm.
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3 zeigt
weiter Einzelheiten des Ausbaus.
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Dabei
ist der gebirgsseitige Befestiger, im folgenden als außenseitiger
Befestiger bezeichnet, mit 9 bezeichnet. Der Befestiger 9 hat
im Ausführungsbeispiel eine runde und zugleich gewölbte
Form, wie eine Kalotte.
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Außenseitig
ist ein Gewinderohr 8 angeschweißt, gegenüberliegend
(innen liegend) ist eine Gewindestange 10 angeschweißt.
Zwischen dem Anker 5 und dem Befestiger 9 ist
eine Verlängerungsstange 7 vorgesehen. Die Verlängerungsstange
ist notwendig, weil der Anker in einer Gebirgskluft sitzt und der
Abstand zu dem Befestiger 9 überbrückt
werden muß. Das Gewinderohr 8 bildet an dem Befestiger 9 einen
Stutzen, die Gewindestange 10 einen Dorn.
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Die
Verlängerungsstange 7 ist in dem Stutzen des Bestigers 9 verschraubt.
Die Verlängerungsstange 7 ist an dem gegenüberliegenden
Ende über eine Gewindehülse 6 mit dem
Anker 5 verbunden. Dazu sind entsprechende Gewinde an dem
Ankerende und in der Hülse sowie an der Verlängerungsstange
vorgesehen.
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Die 4 und 5 zeigen
ein anderes Ausführungsbeispiel für erfindungsgemäße
Befestiger. Der außenseitige Befestiger trägt
die Bezeichnung 20, der innenseitige Befestiger die Bezeichnung 21.
Mit dem außenseitigen Befestiger 20 ist ein Stutzen 22 verschweißt.
Anders als in 3 ist der Stutzen 22 nicht
einfach auf den geschlossenen Boden des Befestigers aufgesetzt,
sondern durch eine zentrische Öffnung in dem Boden des
Befestigers 20 durchgeführt, so daß der
Stutzen 22 innenseitig ein Stück vorragt. Das
Maß des Vorragens ist genau abgestimmt auf die Beschaffenheit
zweier Dichtungen 27 und 28, welche die in 4 mit 26 bezeichnete Folienschicht
zwischen sich einschließen. Das Maß bestimmt die
mögliche Zusammenpressung der Dichtungen 27 und 28 bei
der Einspannung der Folienschicht 26.
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Die
Dichtungen 27 und 28 und die Folienschicht 26 besitzen
ausreichende Öffnungen, um über eine als Dorn
vorragende Gewindestange 23 und den vorragenden Stutzen 22 geschoben
zu werden.
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Anders
als in 3 ist der Stutzen 22 an jedem Ende mit
einem Sackloch versehen. Beide Sacklöcher sind durch eine
Materialwand voneinander getrennt. In dem folienseitigen Sackloch
sitzt die Gewindestange 23 als Dorn.
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In
dem gegenüberliegenden, außenseitigen Sackloch
sitzt in der Einbausituation der Anker.
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Die
beschriebene Materialwand verhindert eine durch das Gewinde hindurchgehende
Leckage.
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Die
Dichtungen 27 und 28 bestehen im Ausführungsbeispiel
aus Polyethylenschaum mit einem Raumgewicht von 30 kg pro Kubikmeter,
in anderen Ausführungsbeispielen von 18 bis 40 kg pro Kubikmeter.
Aufgabe der Dichtungen ist es, Ungleichmäßigkeiten
in den Oberflächen der Befestiger und der Folie und Schieflagen
zwischen den Befestigern auszugleichen. Die Dicke der Dichtungen
beträgt dabei 5 mm, in anderen Ausführungsbeispielen
3 bis 10 mm. Durch Verspannung der beiden Befestiger erfahren die
Dichtungen eine starke Zusammendrückung, so daß der
Raumgewicht der Dichtungen nahe an das Raumgewicht ungeschäumten
Polyethylens kommt.
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Die
Dicke der Dichtung wird durch Verspannung der beiden Befestiger
auf mindestens 50%, vorzugsweise auf mindestens 70% und noch weiter
bevorzugt auf mindestens 90% reduziert. Die Reduktion bezieht sich
auf das Schaumvolumen. Bei dieser Betrachtung bleibt das Volumen
der ungeschäumten Folie gleichen Kunststoffes und gleichen
Flächengewichtes unberücksichtigt. Das heißt,
das für die Dickenreduzierung maßgebliche Ausgangsmaß wird um
das Dickenmaß der ungeschäumten Folie verringert.
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In
einem weiteren Ausführungsbeispiel sind die Dichtungen
beidseitig selbstklebend ausgebildet. Die Klebeflächen
sind vor der Montage durch Siliconbeschichtetes Papier abgedeckt.
Das Papier wird zunächst von der Berührungsfläche
mit dem Befestiger 20 abgezogen. Danach kann die Dichtung 28 auf dem
Befestiger 20 positioniert und angedrückt werden.
Anschließend wird von der Berührungsfläche der
Dichtung 28 mit der Folienschicht 26 das Papier abgezogen
und die Folienschicht gegen die Dichtung gedrückt. Es entsteht
ein vorläufiger Halt der Foliendichtung 26. Zur
weiteren Montage wird von der Berührungsfläche
der Dichtung 27 mit der Folienschicht 26 das Papier
abgezogen und die Dichtung 27 an der Folienschicht 26 positioniert
und angedrückt.
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Danach
wird von der Berührungsfläche der Dichtung 27 mit
dem innen liegenden Befestiger das Papier abgezogen und der Befestiger 21 auf
den Dorn geschoben. Der Befestiger 21 hat eine Öffnung, die
zwar geringfügig größer als der Durchmesser
der Gewindestange 23 aber zugleich deutlich geringer als
der Durchmesser des Stutzens 22 ist.
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Nach
dem Aufschieben des innen liegenden Befestigers ergibt sich die
in 5 dargestellte Situation. In der Situation wird
noch kein Druck auf die Dichtungen ausgeübt. Die Dichtungen
haben die mit 27' und 28' bezeichneten Formen
bzw. Dicken.
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Mit
Hilfe einer Schraubenmutter 25 werden die Befestiger 20 und 21 so
weit zusammengedrückt, daß die Dichtungen einen
gewünschten Druck gegen die Folienschicht einerseits und
gegen die Berührungsflächen mit den Befestigern
andererseits entfalten.
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Dieser
Druck bewirkt zugleich eine Einspannung der Folienschicht. Zusammen
mit der Klebeverbindung entsteht eine sehr vorteilhafte Halterung
der Folienschicht.
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6 zeigt
eine weitere Ausführungsform für die Befestiger.
Dabei sind die Befestiger mit 30 und 31 bezeichnet.
Die beiden Befestiger 30 und 31 schließen
eine Folienschicht 32 zwischen sich ein.
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Im
Unterschied zu der Ausführungsform nach 3 bis 5 ist
der außenseitige Befestiger 31 mit einer topfartigen
Vertiefung versehen. Der innenseitige Befestiger 30 liegt
wie ein Deckel in dem topfartigen Befestiger 31, so daß zwischen
den gewölbten Rändern eine gewünschte
Einspannung erfolgt. Dabei wirken geneigte Flächen wie
Keile gegeneinander, so daß mit geringer Kraft über
entsprechende Wege eine starke Einspannung, auch eine großflächige
Einspannung erreicht werden kann.
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Um
eine Verletzung der Folie zu vermeiden, ist der Befestiger 31 darüber
hinaus mit einem gebogenen Rand 33 versehen.
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8 zeigt
eine mögliche Wabenform 43 für das in 2 dargestellte
Drahtgeflecht.
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7 zeigt
einen Abstandshalter 40 für die Positionierung
des Drahtgeflechtes. Der Abstandshalter 40 wird mit einer
weiteren Schraubenmutter gegen die Schraubenmutter 25 gepreßt.
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Der
Abstandshalter 40 besitzt diverse Arme, an denen das Drahtgewebe 43 verhakt
werden kann.
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9 zeigt
einen herkömmlichen außenseitigen Befestiger 40 mit
einem mittigen durchgehenden Gewinde und mit einem Adapter 42.
Der Adapter 42 besitzt einen Dorn 41 mit einem
Außengewinde. Gegenüber dem Dorn 41 hat
der Adapter 42 einen Außendurchmesser, der dem
Durchmesser des angeformten Stutzens 44 an dem Befestiger 40 entspricht.
Der Adapter 42 ist mit seinem Dorn 41 so in dem
Befestiger 40 verschraubt, daß der Adapter 42 schließend
an dem Stutzen 44 anliegt bzw. die beiden Berührungsflächen
gegeneinander gespannt sind. Beide Berührungsflächen
sind so bearbeitet, daß eine Leckage ausgeschlossen ist.
Wahlweise ist die Abdichtung zusätzlich durch einen Dichtring 45 gesichert.
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Außenseitig
hat der Adapter 42 ein als Gewindeloch ausgebildetes Sackloch 43,
mit dem eine Verschraubung auf dem Anker möglich ist.
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10 zeigt
gleichfalls einen herkömmlichen außenseitigen
Befestiger 50 mit einem mittigen durchgehenden Gewinde.
Dieser Befestiger ist kombiniert mit einem Dorn 51, der
einen Kragen 52 und ein Teil 53 aufweist. Mit
dem Teil 53 ist der Dorn von der Innenseite her durch den
Befestiger hindurch geschraubt und in eine oben für Verlängerungsvorgänge
beschriebene Gewindehülse 54 geschraubt worden.
Dabei liegt der Kragen 52 schließend an dem Befestiger 50 an
und liegt die Gewindehülse 54 schließend
an dem Stutzen 57 des Befestigers an.
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Die
Berührungsflächen sind in gleicher Weise wie nach 9 bearbeitet.
Ferner ist eine Dichtung 56 zwischen dem Kragen 52 und
dem Befestiger 50 vorgesehen.
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Das
Ausführungsbeispiel nach 11 unterscheidet
sich von dem Ausführungsbeispiel nach 4 dadurch,
daß anstelle des Stutzens 22 ein Stutzen 61 mit
einer durchgehenden Gewindebohrung vorgesehen ist. Der Stutzen 61 sitzt
wie der Stutzen 22 auf dem mit 71 bezeichneten
Ankerende. Die Gewindestange 60 sitzt wie die Gewindestange 23 in
dem Stutzen 61. Zwischen der Gewindestange 60 und
dem Ankerende 63 ist ein Stopfen 62 aus Kunststoff,
im Ausführungsbeispiel Nylon, in anderen Ausführungsbeispielen
aus Polyamid.
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Der
Stopfen 62 erfährt zwischen dem Ankerende 63 und
der Gewindestange 60 eine Zusammenpressung, so daß sich
der Kunststoff dichtend in die Gewindegänge verformt.
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12 zeigt
ein weiteres Ausführungsbeispiel mit einem Stutzen 70 mit
einem Ankerende 71 und einer Gewindestange 72.
Anstelle des einen Stopfens 62 sind mehrere Stopfen 73 und 74 vorgesehen.
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Der
Stopfen 73 hat eine Basislänge oder Standardlänge,
die Stopfen 74 eine deutlich kleiner Sonderlänge
oder Anpassungslänge. Die Stopfen 74 dienen der
Anpassung an größere Abstände des Ankerendes 71 von
der Tunnelmitte. Der größere Abstand ist allerdings
noch nicht so groß, daß eine Verlängerungsstange
wirtschaftlich ist, wie sie in 3 gezeigt
ist.
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13 zeigt
ein Ausführungsbeispiel mit einem Stutzen 80,
der sich von dem Stutzen 61 dadurch unterscheidet, daß innenseitig
eine Nut 82 eingearbeitet worden ist. Die Nut 82 hat
eine Tiefe, welche größer als die Gangtiefe des
Gewindes ist. Infolgedessen ist die Fläche im Nuttiefsten
glatt und können die Gewindegänge keine Leckströmung
verursachen. Zusätzlich sind in dem Nuttiefsten ringförmige Rillen
eingearbeitet.
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Bei
Zusammenpressen des Stopfens verformt sich der Stopfen in die Nut 82 und
in die Rillen 83.
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Die
Nut 82 und die Rillen lassen sich leicht eindrehen.
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14 und 15 zeigen
einen Spritzbetonausbau für einen Tunnel im standfesten
Gebirge. Das Gebirge ist mit 101 bezeichnet. In das Gebirge sind
Gewindestangen 102 als Anker eingebracht worden. Dazu sind
in das Gebirge 101 Löcher gebohrt worden und die
Anker im Gebirge verklebt worden. Die Anker sind im Abstand von
1,2 m so angebracht, daß am Umfang des Gebirgsausbruch
eine Vielzahl gleichmäßiger Befestigungspunkte
entsteht und alle Punkt auf den Eckpunkten gleicher Quadrate mit
einer Kantenlänge von 1,2 m liegen.
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Auf
jeder Gewindestange 102 ist dann eine Dichtungsscheibe 103 aufgeschraubt
worden. Darauf ist eine Abdichtungsbahn verlegt worden. Das Verlegen
ist in der Weise erfolgt, daß die Folie auf die vorragenden
Anker gesteckt worden ist. Dabei durchdringen die Anker 102 die
Folie. Die entstehenden Löcher werden mittels weiterer
Dichtungsscheiben 105 geschlossen. Die Dichtungsscheiben 103 und 105 spannen
die Folie 104 zwischen sich ein und schließen
darüber hinaus dicht mit den Ankern 102 ab.
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In 18 ist
eine geeignete Folie für den Spritzbetonausbau dargestellt.
Die Folie 110 hat eine Dicke von 2 mm und ist mit Materialsträngen
bestreut, die Materialstränge 111 haben eine fadenartige
Struktur mit einer Dicke bzw. Durchmesser von 0,1 bis 0,3 mm und
einer Länge von 5 bis 50 mm. Die Materialstränge 112 haben
eine Dicke von 1 bis 2 mm und einer Länge von 10 bis 30
mm.
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Die
unterschiedlichen Materialstränge werden im Ausführungsbeispiel
in separaten Auftragsvorgängen aufgetragen, um die Materialstränge
mit größerem Durchmesser anders erwärmen
zu können als die Materialstränge mit geringerem
Durchmesser.
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In
anderen Ausführungsbeispielen werden die Materialstränge
in einem gemeinsamen Auftragsvorgang aufgetragen.
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Dabei
liegen die Materialstränge wirr übereinander,
so daß zum Teil eine Hohllage der Materialstränge
besteht. In dieser Lage ergeben sich mit den Materialsträngen 112 Erhebungen
bis zu einer Höhe von 3 mm.
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Zum
Teil ist die Folienoberfläche unbedeckt.
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Die
Materialaufstreuung hat ein Flächengewicht von 250 Gramm
pro Quadratmeter. Es können in anderen Ausführungsbeispielen
auch größere oder geringere Flächengewichte
vorkommen. Niedrigere Flächengewichte können insbesondere
vorkommen, wenn die Folienoberfläche zusätzlich
profiliert ist. So sind Flächengewichte von zum Beispiel
20 Gramm pro Quadratmeter möglich.
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Größere
Flächengewichte sind zweckmäßig, wenn
je nach Art des Spritzbetons Auftragsschwierigkeiten zu überwinden
sind.
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Die
unterschiedlichen Materialstränge sind im Ausführungsbeispiel
nach Erwärmung an der Oberfläche auf die vorher
oberflächlich erwärmte Folie 10 aufgestreut.
Die oberflächliche Erwärmung der Materialstränge
ist bis zur Schmelzflüssigkeit erfolgt.
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Die
Erwärmung erfolgt durch Strahlung, indem die Materialstränge
mittels einer Zellenradschleuse aus einem Vorratsbehälter
entnommen werden und durch einen Heizkanal nach unten auf die unten
langsam vorbeigeführte Folie fallen. Der Heizkanal besitzt
im Ausführungsbeispiel eine Vielzahl von elektrisch betriebenen
Heizdrähten und eine Temperatursteuerung. Dadurch kann
die Temperatur des Heizkanals solange erhöht werden, bis
die vorbei fallenden Materialstränge die richtige Oberflächentemperatur
haben.
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Nach
der Montage der Folie 104 im Tunnel wird im Ausführungsbeispiel
zunächst eine schnell bindende Zementmilch dünn
auf die Folie gedüst. Die getrocknete Zementmilch bildet
eine vorteilhafte Grundierung für einen anschließenden
Auftrag von Spritzbeton. Der Spritzbeton wird schichtweise aufgetragen,
beginnend an der Tunnelsohle. Die dadurch entstehende Spritzbetonschicht
ist mit 106 bezeichnet.
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Im
Ausführungsbeispiel verläuft der Tunnel horizontal,
so daß der Spritzbeton in horizontalen Lagen verlegt wird,
die von unten nach oben an der Folie übereinander gelegt
werden. Dabei haben die Lagen eine Breite, die der gewünschten
Spritzbetonschichtdicke entspricht.
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In
anderen Ausführungsbeispielen ist eine geringere Breite
der Lagen vorgesehen, so daß zunächst eine erste
Spritzbetonschicht auf die Folie aufgebracht wird, welche die Folienseite
vollständig überdeckt. Danach wird eine weitere
Spritzbetonschicht aufgebracht, welche die zuvor erläuterte Spritzbetonschicht
vollständig überdeckt. Das wird wiederholt, bis
die gewünschte Dicke der Spritzbetonschicht erreicht ist.
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Nach
der Erstellung der Spritzbetonschicht ragen die Anker noch aus der
Betonschicht vor. Auf die Spritzbetonschicht 106 ist noch
eine weitere Spritzbetonschicht 109 aufgetragen worden.
Die weitere Spritzbetonschicht 109 besteht aus Leichtbeton und
dient wie im Ausführungsbeispiel nach 1 und 2 als
Brandschutz. Die weitere Spritzbetonschicht 109 haftet
an der Spritzbetonschicht 106. Darüber hinaus
sollen die aus der Spritzbetonschicht 106 vorragenden Enden
der Anker eine zusätzliche Verbindung mit einer weiteren
Spritzbetonschicht 109 bewirken.
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16 zeigt
einen Spritzbetonausbau für einen weiteren Tunnel im standfesten
Gebirge 115. Zu dem Spritzbetonausbau gehören
eine Folie 117 wie bei dem Ausbau nach 14, 15 und 18 sowie
eine Spritzbetonschicht 116.
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Anders
als im Ausführungsbeispiel nach 14 und 15 sind
die Anker jedoch sehr kurz ausgeführt und auf den vorragenden
Ankerenden sogenannte Rondellen befestigt. Die Rondellen sind Kunststoffscheiben,
mit denen die Folie 117 im Ausführungsbeispiel
verschweißt wird. In anderen Ausführungsbeispielen
findet eine Verklebung statt.
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Bei
dieser Bauweise findet keine Perforierung der Folie statt.
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Außerdem
sind die Ankerenden so kurz, daß die Rondellen nach Möglichkeit
mit dem Gebirgsausbruch Kontakt haben. Das wird im Ausführungsbeispiel
dadurch erreicht, daß die Rondellen bereits auf den Ankern
montiert sind, wenn die Anker in die Bohrlöcher gesetzt
werden. Die Anker werden dann in die Bohrlöcher gedrückt,
bis die Rondellen an dem Gebirgsausbruch anliegen. In den Bohrlöchern
befindet sich ein Montagemörtel/Zement, der die Anker umschließt
und nach Erhärten in den Bohrlöchern festsetzt.
Vorteilhafterweise findet beim Auftragen des Spritzbetons auf die
Folie 117 an einer Vielzahl von anderen Stellen auch ein
Kontakt zwischen der Folie und dem Gebirgsausbruch statt, weil das
Anspritzen eine Ausbeulung der Folie in Richtung Gebirgsausbruch
bewirkt.
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Der
Kontakt erleichtert das Anspritzen, weil die Folie dort nicht in
Schwingung geraten kann und den Spritzbeton dort nicht abwerfen
kann.
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Der
Kontakt zwischen dem Gebirgsausbruch und dem Ausbau hat darüber
hinaus den großen Vorteil, daß ausbrechende Steine
sich nur leicht an den Ausbau anlegen, während sie bei
einem beabstandeten Ausbau herabfallen und mit erheblicher Bewegungsenergie
auf den Ausbau treffen.
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Ein
solcher Kontakt läßt sich auch mit den Ankern
und Befestigern der vorhergehenden Ausführungsbeispiele
darstellen, in dem der gebirgsseitige Befestiger so auf seinem Anker
montiert wird, daß er Kontakt mit dem Gebirgsausbruch hat.
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16 zeigt
auch eine weitere Spritzbetonschicht 121 an der Innenseite
des Ausbaus. Dabei handelt es sich wie bei den vorhergehenden Ausführungsbeispielen
um einen Brandschutz.
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17 zeigt
noch ein Ausführungsbeispiel für einen Ausbau,
bei dem gleichfalls ein Kontakt zwischen Ausbau und Gebirgsausbruch
hergestellt wird. Dabei wird zunächst eine Spritzbetonschicht 119 zur Versiegelung/Konsolidierung
auf den Gebirgsausbruch aufgebracht. Anschließend wird
eine Vliesschicht 120 auf die Spritzbetonschicht 119 aufgebracht.
Das geschieht unter gleichzeitigem Aufnageln von Rondellen 118.
Das Aufnageln ist leicht, solange die Spritzbetonschicht noch nicht
ausgehärtet ist. Aber auch dann ist noch ein Nageln mit
entsprechend gehärteten und stabilen Nägeln möglich.
Darüber hinaus lassen sich die Rondellen auch anschießen.
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Auf
den montierten Rondellen wird eine Folie 117a verschweißt,
wie im Ausführungsbeispiel nach 16 erläutert.
Darüber hinaus ist die gleiche Spritzbetonschicht 116a wie
in 16 vorgesehen. Das gleiche gilt für die
innenseitige weitere Spritzbetonschicht 122 aus Leichtbeton.
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19 zeigt
einen Tunnelausbau mit einer Foliendichtung 151 aus PE
mit einer Dicke von 1,5 mm, einer 35 mm dicken PE-Schaumschicht 152 als Wärmedämmung,
einer 60 mm dicken EPS-Spritzbetonschicht 154 und einer
Sauberkeitsschicht 153 in Form eines flammhemmend ausgelegten
Anstrichs. Die Spritzbetonschicht hat ein Raumgewicht von 900 kg
pro Kubikmeter. Die Spritzbetonschicht ist im Bereich 155 faserarmiert.
Es handelt sich bei der Armierung um Glasfasern in einer Menge von
2 kg pro Kubikmeter Spritzbeton.
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Der
Ausbau wird durch schematisch dargestellte Anker 150 gehalten.
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20 zeigt
einen Tunnelausbau mit einer Foliendichtung 141 aus PE
mit einer Dicke von 1,5 mm, einer 70 mm dicken EPS-Spritzbetonschicht
mit einem Raumgewicht wie bei dem Ausführungsbeispiel nach 19 und
mit einer Armierung aus Baustahlgewebematten 144. Auch
dieser Ausbau wird mit schematisch dargestellten Ankern 140 gehalten.
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An
der Tunnelinnenseite der Spritzbetonschicht 142 ist eine
Sauberkeitsschicht 143 vorgesehen.
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In
Brandschutzversuchen verhält sich die erfindungsgemäße
Brandschutzschicht wie folgt:
Die Brandbelastung ist in 21 dargestellt.
Die Brandbelastung ist an 8 Stellen gemessen worden, die sich gleichmäßig
innerhalb weniger Minuten auf 1100 Grad Celsius erwärmt
haben. Der Kurvenverlauf ist mit 160 bezeichnet.
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Die 22 zeigt
die Temperatur an 6 Meßstellen innerhalb der Spritzbetonschicht
nach 20. Die Meßstellen sind in unterschiedlichen
Abständen von der Brandfläche angeordnet. Die
von der Brandfläche entfernteste Meßstelle zeigt über
einen Zeitraum von 2 Stunden keine nennenswerte Temperaturerhöhung.
Dies ist mit 161 bezeichnet.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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