DE2513365B2 - Anordnung zur abdichtung der fugen von stahlbetontuebbingausbau - Google Patents
Anordnung zur abdichtung der fugen von stahlbetontuebbingausbauInfo
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- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
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Description
50
Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Abdichtung der Fugen von Stahlbetontübbingausbau, bei der
an den eine Fuge begrenzenden Stirnseiten einander benachbarter Tübbinge viskoelastische Fugenbänder
vorgesehen sind, die sich mit iliren nach außen orientierten Flächen im Ausbau aufeinander abstützen
und an einer ihren Abstützflächen zugeordneten Seiten vorzugsweise mit die Rückstellkrältte vergrößernden
Mitteln, z. B. mit Lamellen bildenden Nuten, versehen sind.
Der Ausbau in Stahlbetontübbingen wird vor allem in unterirdischen Verkehrsbauwerken, z. B. in U-Bahn-Tunneln,
angewandt Bei dem in der Regel benutzten Vollausbau werden Ringe aus mehreren Stahlbetontübbingen
zusammengesetzt und aneinander angeschlossen. Es ergeben sich dann in Quer- und in Längsrichtung
des Bauwerkes durchgehende Fugen. Die Abdichtung dieser Fueen ist die Voraussetzung für die Wasserdichtigkeit
des Ausbaus, der mit Hilfe von Verpressungen des Ringraumes zwischen dem Ausbau und dem
Gehirge an das Gebirge angeschlossen wird.
Zur Erhaltung der Wasserdichtigkeit muß der Abfall der Rückstellkraft der Fugenbänder über die Standzeit
des Bauwerkes betrachtet möglichst gering gehalten werden. Dieser Forderung versucht man durch ein
günstiges Alterungsverfahren der Fugenbänder zu entsprechen. Andererseits muß die Rückstellkraft
möglichst groß sein, was man durch Profilierung mindestens derjenigen Seite der Fugenbänder zu
erreichen versucht, die sich auf den entsprechenden Teilflächen der Tübbingstirnseite abstützen.
Es ist eine Anordnung zur Abdichtung der Fugen von Stahlbetontübbingen bekannt bei der jedem Fugenband
eine Ausnehmung in der Stirnseite des betreffenden Stahlbetontübbings zugeordnet ist Diese bildet eine
rinnenförmige Vertiefung, in die das Fugenband eingelegt wird. Auf seiner Abstützfläche in der
Vertiefung hat das Fugenband ringförmige Nuten, welche Lamellen bilden. Dadurch ist der Umriß des
Fugenbandes dieser Seite gezahnt. Die Zahnprofile sollen die Rückstellkraft des Fugenbandes vergrößern.
Das bekannte Fugenband besteht im übrigen aus elastomei em Werkstoff.
Da das bekannte Fugenband nur einen Teil der die Fuge begrenzenden Stirnfläche des betreffenden Stahlbetontübbings
abdecken kann, dringt beim Verpreßvorgang Verpreßmasse, zumeist Preßzement, in die Fuge
ein. Wegen des hohen Verpreßdruckes kann die Verpreßmasse auch hinter die Zahnlamellen gelangen.
Dadurch wird die freie Rückstellfläche konstruktionsbedingt wesentlich vermindert. Das Ergebnis ist ein Abfall
der Rückstellkraft Hinzu tritt die durch das Alterungsverhalten des im Fugenband benutzten elastomeren
Werkstoffes verursachte materialbedingte Verminderung der Rückstellkraft. Unter diesen Umständen läßt
sich die im allgemeinen gestellte Forderung nach Erhaltung eines maximalen Rückstellkraftabfalles von
30% in einem Zeitraum von 50 Jahren in der Regel nicht einhalten.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Dichtungsanordnung der eingangs bezeichneten Art zu
schaffen, bei der der konstruktionsbedingte Abfall der Rückstellkraft vermieden oder erheblich vermindert ist,
wobei in weiterer Ausbildung der Erfindung auch eine erhebliche Verminderung des materialbedingten Rückstellkraftabfalles
erziehlt werden kann.
Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß zwischen jedem Fugenband und seiner
Abstützfläche auf der Stirnseite des ihm zugeordneten Stahlbetontübbings ein Ring angeordnet ist. der das
Fugenband unterstützt und aus einem Werkstoff besteht, dessen viskoelastisches Verhalten dem des
Fugenbandes mindestens ähnlich oder gleich ist.
Das Zusammenwirken der Ringe mit den Fugenbändern besteht darin, daß sich auf den Abstützflächen
erhebliche Rückstellkräfte einstellen, welche das Eindringen von Vergußmasse zwischen diese Konstruktionsteile
in den meisten Fällen ganz oder doch zum wesentlichen Teil verhindern und dadurch den konstruktionsbedingten
Abfall der Rückstellkräfte vermindern oder vermeiden. Wenn die Dichtungsanordnungen
im übrigen gemäß dem eingangs geschilderten Stand der Technik ausgebildet ist und dementsprechend die
Fugenbänder mit den beschriebenen Lamellen versehen sind, so unterliegen die Ringe den ihrer Verformung
entsprechenden Rückstelldrücken. Hierbei kann man in
der x-Richtung, d. h. quer zur Fuge, von der Annahme
ausgehen, daß die Zahnlückenbereiche de- Ringe sich nur in vernachlässigbarem Ausmaß an der Bereitstellung
des Rückstelldruckes beteiligen. Berücksichtigt man dementsprechend nur den sich abstützenden Anteil
des Zahnprofils, so ist der Rückstellkraftabfaü in der die
Dichtungswirkung sicherstellenden x-Richtung am kleinsten. GeH man von einem Rückstelldruck
P= 1,5 kp/cm2
aus, so ergibt sich für den kleinstmöglichen Restdruck nach beliebig langer Zeit
in = 1,26 kp/cm2.
Besonders günstig wirkt sich auf die Verminderung des materialbedingten Rückstellkraftabfalles aus, wenn
die Fugenbänder, wie an sich bekannt, aus einem elastomeren Werkstoff bestehen und die Ringe aus
Thermoplast hergestellt sind.
Als Werkstoff für die Ringe und/oder für die Fugenbänder hat sich überraschend ein an sich
bekannter äthylencopolymerhaltiger, bituminöser Dichtungswerkstoff empfohlen, der bisher nur zur Herstellung
von praktisch keinen Dichtdrücken unterliegenden wasserdichten und säurebeständigen Abdeckung benutzt
wurde. Dieses Material besteht zu etwa 45-50 Gew.-% aus einem eine Spannungsrißkorrosion von
über 6000 h aufweisenden Gemisch aus einem Äthylencopolymerisat und einem kleinen Anteil Bitumen, zu
etwa 40 Gew.-% aus gegebenenfalls 30 Gew.-% Asche (bezogen auf den Anthrazitstaubanteil) und gegebenenfalls
einer Korngröße von 30 μ aufweisenden Anthrazitstaub und restlichem Hochdruckpolyäthylen (DT-OS
21 56 792).
Dieser Werkstoff wird in der Regel gegossen, z. B. spritzgegossen. Es handelt sich um ein Thermoplast,
welches sich bei einachsiger Beanspruchung auf Zug durch sehr hohe, teilweise bis auf 900% ansteigende
Bruchdehnung auszeichnet. Es besitzt ein Elastizitätsmodul auf Zug in der Größenordnung von
F? = 600kp/mm2.
Unter Durckbeanspruchung ist der Werkstoff nur etwa halb so stark deformierbar. Sein Elastizitätsmodul
auf Druck beträgt etwa
E,= 120 kp/cm2.
Im Querschnittskontrakt'onsverhalten unterscheidet
sich der druckbeanspruchte Werkstoft nicht vom zugbeanspruchten. Seine Querkontraktionszahl von
μ = 0.47
zeigt, daß der Werkstoff ein Thermoplast mit hohem Gleitvermögen ist, was gerade bei Fugendichtungsringen
eine sehr erwünschte Eigenschaft darstellt. Der Werkstoff ist völlig frei von kaltem Fluß.
Nach Einbau der eingangs beschriebenen Tübbingc sind Quer- und Längsverschiebungen der Segmente
meistens nicht zu vermeiden. Finden sie vor den1
Verpressen statt, bleiben die Beanspruchungen der aus dem vorgenannten Werkstoff bestehenden Ringe im
allgemeinen gering. Selbst wenn man aber ein absinkendes Elastizitätsmodul der Verpreßmasse bis auf
45
1200 kp/cm2 unterstellt, so ergibt sich immer noch ein Verhältnis von
Ed (Verpreßmasse) _ 1200 _
£, (Ringwerkstoff) " 120
Die Ringe sind hiernach selbst unter extrem ungünstigen Verpreßmaßnahmen noch einhundertmal
so weich wie die Verpreßmasse und können daher durch zwischen die Lamellen dringende Verpreßmasse in dem
Rückstelldruck- und Dichtungsverhalten nicht beeinträchtigt werden.
Der Ringstoff ist darüber hinaus verschleißfest, so daß
er auch bei noch nach dem Verpressen eintretenden kleinen Relativbewegungen keine ernstlichen Beschädigungen
erfährt
Beim Einlegen der Ringe in die Tübbingsegmente kann es insbesondere beim Übergang von den Ring- zu
den Längsfugen vorkommen, daß sich lokale Zerrungen einstellen. De'r Ringwerkstoff hat die Eigenschaft, daß
größere örtliche Zerrungen infolge des zu erwartenden Kriechens im Laufe der Zeit wieder abgebaut werden.
Die Shore-Härte A des Ringwerkstoffes liegt im Alterungszustand zwischen 67 und 70. Über 28 Tage
erstreckte Kurzbewitterungsversuche haben einen Einblick in die Veränderung der Shore-A-Härte durch
äußere Einwirkung gegeben. Diese Versuche betreffen
1. 28tägige Lagerung im Normalklima,
2. 28tägige Kurzbewitterung im Schwitzwasserkonstantklima,
3. 28tägige Kurzbewitterung im Kesternich-Gerät,
4. 28tägige Kurzbewitterung durch Kohlenbogenlampenbestrahlung,
5. 28tägige Kurzbewitterung durch Ultraviolett-Bestrahlung,
6. 28tätige Kurzbewitterung im Xenon-Strahlungs-Sprüh-Test,
7. 28tätige Kurzbewitterung im Feuchtwechselklima.
Die nachfolgende Tabelle zeigt das dabei festgestellte Verhalten der Shore-A-Härte und des Zugelastizitätsmoduls.
Kurzbewitterungsgruppe
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.
50
55
60
| Shore-A-Härte | auf | 67 | 70 | 72 | 73 | 75 | 74 | 71 |
| Elastizitätsmodul | 59 | 51 | 52 | 59 | 60 | 49 | 54 | |
| Zug in kp/cm2 | ||||||||
Die Tabelle zeigt, daß die Shore-A-Härte des Ringwerkstoffes selbst durch schärfste Kurzbewitterungstests
nur unwesentlich argehoben wird.
Nach weiteren Versuchen hat sich ergeben, daß die Oberfläche des Ringwerkstoffes bei den obigen
Bewiiterungen keine Vervvitterungserscheinungen zcgt. Statt dessen tritt eine chemische Umwandlung ein,
welche bis zu 30 μ bzw. V50 mm eindringt. UV-Bestrahlungsversuche
zeigten eindeutig die Bildung einer oberflächlichen Schutzschicht an welche die Kernmasse
gegen das Angriffsmittel abrngeh. Vieljährige Einlagt
rung von Ringwerkstoffpriifkörpern im Chcmiesee-Moor
bei pH-Werten von 7.0 bis 3.2 führten unterhalb von 500% Dehnung /u keinen Veränderungen der
mechanischen Eigenschaften Hiernach darf der Ringwerkstoff als alterungsbeständig bezeichnet werden.
Deswegen kann gemäß einer weiteren Ausführungs-
form der Erfindung auch das Fugenband aus oben bezeichnetem Werkstoff bestehen.
Die Ringe sind vorzugsweise Spritzgußteile.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsheispiels näher
erläutert; es zeigen
F i g. 1 in perspektivischer und teilweise abgebrochener Darstellung sowie im Schnitt eine Längsfuge
zwischen zwei in einem Ring benachbarten Tübbingen und ίο
F i g. 2 in Zusammenhang von Zusammendrückung und Kriechmaß in Prozent und Druckbeanspruchung in
kp/cm2.
Die in F i g. 1 abgebrochen dargestellten Tübbinge 1 und 2 bestehen aus Stahlbeton. Ihre im Ring einander
gegenüberstehenden Stirnflächen sind mit 3 bzw. 4 bezeichnet. An den dazu rechtwinkligen Stirnseiten 5
bzw. 6 befindet sich die gleiche Dichtungsanordnung, wie sie nachstehend beschrieben wird.
Die Stirnflächen 3 und 4 haben je eine Ausnehmung 7 bzw. 8, deren Umriß im Querschnitt etwa dem eines
Trapezes entspricht Die kürzere Trapezseite 9 bzw. 10 bildet jeweils die Bodenfläche der Ausnehmung 8 bzw. 7.
In die beiden Ausnehmungen sind einander entsprechende um den Umfang des Tübbings gelegte
Fugenbänder 11 bzw. 12 eingelegt. Jedes Fugenband hat
den konvergierenden Seiten des Querschnittes der Ausnehmungen 7 bzw. 8 entsprechende Seiten 13 bzw.
14. an die sich konvergierende Flächen 15 bzw. 16 anschließen. Die Rückseiten 17 bzw. 18 beider
Fugenbänder stützen sich aufeinander ab. Die ihnen gegenüberliegenden, der Abstützfläche zugekehrten
Seiten haben ein gezahntes Profil mit Nuten 19 und durch diese gebildeten Lamellen 20.
Mit den Lamellen 20 stützen sich die Bänder 11 bzw. 12 auf Ringen 21 bzw. 22 ab. Diese ebenfalls um den
Tübbing herumgeführten Ringe sind aus einem thermoplastischen Werkstoff gegossen, z. B. spritzgegossen,
und liegen auf der kürzeren Trapezseite 9 bzw. 10 der beschriebenen Ausnehmungen 7 bzw. 8, so daß sich die
Lamellen 20 auf den nach außen gekehrten Seiten der Ringe 21 und 22 abstützen.
Die Ringe haben vorzugsweise im Querschnitt einen rechteckigen Umriß, so daß sie sich vollflächig auf dem
Grund der Vertiefungen 7 bzw. 8 abstützen.
Auf der Ordinate des Diagramms nach F i g. 2 ist das Zusammendrückungs- bzw. Kriechmaß in Prozent
wiedergegeben, wenn die Ringe aus dem eingangs bezeichneten, vorzugsweise gemäß der Erfindung
verwirklichten Werkstoff bestehen. Die Abszisse des Diagramms zeigt dagegen die Druckbeanspruchungen
in kp/cm2.
An der mit 40 bezeichneten Kurve sind die Kriechzusammendrückungen Ex* nach 9 Jahren bzw
beliebig langer Zeit abgetragen. In der zweiten mit 41 bezeichneten Kurve sind die entsprechenden Zahlenwerte für die elastische Zusammendrückung Ex abgetragen.
Abweichungen von der Beschreibung des Ausführungsbeispieles können an den Ecken der Tübbinge von
dem Normalprofil des Ringes abweichende Formstücke angeordnet sein.
Hicr/u 2 Blatt Zeichnuneen
Claims (8)
- Patentansprüche:'- 1. Anordnung zur Abdichtung der Fugen von Stahlbetontübbingausbau, bei der an den eine Fuge -i begrenzenden Stirnseiten einander benachbarter Tübbinge viskoelastische Fugenbänder vorgesehen sind, die sich mit ihren nach außen orientierten Flachen im Ausbau aufeinander abstützen und an einer ihrer ihren Abstützflächen zugeordneten 'Seiten vorzugsweise mit die Rückstellkraft vergrößernden Mitteln, z. B. mit Lamellen bildenden Nuten, versehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen jedem Fugenband (11, ■12) und seiner Abstützfläche (9,10) auf der Stirnseite (3,4) des ihm zugeordneten Stahlbetontübbings (1,2) ein Ring (21, 22) angeordnet ist, der das Fugenband (11,12) unterstützt und aus einem Werkstoff besteht, dessen viskoelastisches Verhalten dem des Fugenbandes mindestens ähnlich oder gleich ist
- 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens die Ringe (21, 22) aus einem Thermoplast bestehen.
- 3. Anordnung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Thermoplast ein äthylencopolymerhaltiger bituminöser Dichtungswerkstoff ist, der zu etwa 45 - 50 Gew.-% aus einem eine Spannungsrißkorrosion von etwa über 6000 h aufweisenden Gemisch aus einem Äthylencopolymerisat und einem kleinen Anteil Bitumen besteht.
- 4. Anordnung nach den Ansprüchen 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringe (21, 22) Gußteile darstellen.
- 5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringe (21,22) extrudiert sind.
- 6. Anordnung nach den Ansprüchen 1 - 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringe (21,22) Spritzgußteile darstellen.
- 7. Anordnung nach den Ansprüchen 1 —6, dadurch gekennzeichnet, daß der Umriß des Querschnittes der Ringe (21,22) rechteckig ist.
- 8. Anordnung nach den Ansprüchen 1—7. gekennzeichnet durch Ringe mit Formstücken für die Ecken der Tübbinge.45
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