CH458258A - Verfahren zur Herstellung von zähplastischen Deckschichten im Tiefbau - Google Patents

Description

  Verfahren zur Herstellung von     zähplastischen        Deckschichten    im Tiefbau    Beim Abteufen von Schächten und Auffahren von  Stollen werden seit einigen Jahren vorwiegend im wasser  führenden Gebirge auf die Stösse oder auf die Flächen  der diese tragenden Ausbauten bituminöse Deckschich  ten aufgebracht, deren Zweck es ist, Wasserzuflüsse  abzudämmen und gegebenenfalls Relativbewegungen  zwischen dem Gebirge und den diese abstützenden  Ausbauten zu ermöglichen.  



  Solche Deckschichten müssen ein dichtes homogenes  Gefüge und ein     zähplastisches    Verhalten zeigen, um die  Forderung der Wasserdichtigkeit, der Standfestigkeit und  der Anpassung an Bewegungen des Gebirges bzw. des  Ausbaues zu erfüllen. Die Wandstärke dieser bituminö  sen Deckschichten sollte zum Zwecke der Abdichtung  zirka 4 bis 5 mm betragen und bei zu erwartenden       Gleitbewegungen    in bituminösen Schichten noch stärker  ausgebildet sein.  



  Das als Deckschicht verwandte bituminöse Material  ist so     zähplastisch,    dass es in diesem Zustand nicht  verarbeitet werden kann. Das Material muss bei den  bekannten Anwendungstechniken durch eine geeignete       Vorbehandlung    dünnflüssig gemacht werden, um es als  homogene und dichte Deckschicht in gleichmässiger  Stärke auf Oberflächen aufzubringen.  



  Der einfachste Weg der Erhöhung der Fliessfähigkeit  wird bekanntermassen durch Erwärmen der bituminösen  Massen erzielt. Die erforderlichen Temperaturen betra  gen dabei mehr als 100 . Die Anwendung von     Heissbitu-          men    zur Herstellung von Deckschichten ist insbesondere  in Stollen und Schächten im Tiefbau nicht oder nur unter  Beobachtung besonderer Schutzvorkehrungen durchführ  bar.  



  Zudem ist die Stärke der aufzubringenden Schicht  gering, so dass aufwendige weitere Massnahmen     u.a.    in  Form von Dichtungsbahnen zur Erzielung einer druck  wasserdichten Schicht erforderlich sind. Mit geringer  Erwärmung,     d.h.    annähernd bei Raumtemperaturen,  können bituminöse Deckschichten aus     Bitumenemulsio-          nen,    bei denen das Bitumen     in        feindispergierter    Form in  einer Wasserphase enthalten ist, hergestellt werden. Nach  dem Auftragen bricht die Emulsion unter Ausscheidung    von Wasser. Die     Wasserabscheidung    aus der Deckschicht  schränkt die Anwendung dieses Materials insbesondere  im Tiefbau weitgehend ein.

   Das gleichfalls ohne stärkere  Erhitzung     verarbeitbare    Kaltbitumen, bei dem das bitu  minöse Endprodukt durch Lösungsmittel verdünnt ist,  die nach dem Auftragen verdunsten, kann in Stollen und  Schächten im Tiefbau wegen der Entzündbarkeit und der  Giftigkeit der Lösungsmittel nicht verwandt werden.  



  Mit den kalt oder heiss zu verarbeitenden Massen  können Deckschichten der     erforderlichen    Stärke von  mehreren Millimetern nur durch mehrfach zeitaufwendi  ges Auftragen, wobei zwischen den einzelnen Arbeitsvor  gängen das Material abkühlen bzw. entwässern oder  eintrocknen muss, hergestellt werden. Dickere Deck  schichten lassen sich bekanntermassen bisher nur durch       Aufspachteln    von Hand erzielen. Diese Verfahrenstech  nik ist arbeitsaufwendig und beschränkt sich auf die  Verwendung von weniger     zähplastischen    bituminösen  Endprodukten.  



  Die Herstellung von bituminösen Deckenschichten bei  Temperaturen unter dem Gefrierpunkt, beispielsweise  auf den mit Eis bedeckten Stössen von nach dem  Gefrierverfahren     abgeteuften    Schächten, ist mit den der  zeit bekannten Verfahrenstechniken nicht durchführbar.  Hier bot sich bisher nur die Möglichkeit, eine bituminöse  Abdichtung in Form von vorgefertigten     Bitumenplatten     oder durch Vergiessen der Ringfuge zwischen dem  inneren Ausbauzylinder und dem gefrorenen Gebirge mit  Heissbitumen einzubringen; Verfahrenstechniken, die die  Bauarbeiten wesentlich verzögerten und umfangreiche  aufwendige Vorrichtungen erforderten.  



  Die vielfachen von der Materialseite -     d.h.    dem Bi  tumen - und von der Verfahrensseite der Aufbringung  begegnenden Schwierigkeiten, die der Herstellung einer  starken bituminösen Deckschicht in Stollen und Schäch  ten im Tiefbau entgegenstehen, werden durch die neue  Verfahrenstechnik vermieden, bei der die     zähplastische     Deckschicht auf der abzudeckenden     Fläche    aus zwei  gleichzeitig auf diese aufgebrachte bituminöse Kompo  nenten, die sich zu einem     zähplastischen    bituminösen  Körper vereinigen, aufgebaut wird.

   Eine der Komponen-           ten    ist ein gemahlener bituminöser Feststoff, während die       zweite    Komponente eine gleichartige den Feststoff auflö  sende bituminöse Flüssigkeit ist. Der Feststoff und die       Flüssigkeit    kommen in der Deckschicht     miteinander    in  Kontakt, wobei sofort ein Auflösen des     Feststoffes    und  damit ein Eindicken erfolgt, so dass das Material auch  auf senkrechten Flächen in Stärke von einigen Millime  tern haftet.

   Die Anfangszähigkeit kann bei höheren  Raumtemperaturen durch Wahl einer Flüssigkeit ent  sprechender Viskosität, die bei der     jeweiligen    Arbeits  temperatur zweckmässig mit zirka 25 bis 30  E gewählt  wird, in zweckentsprechender Weise derart eingestellt  werden, dass von Anfang an jedes     Abwärtsfliessen    des  gebildeten Filmes, dessen Dicke ein Vielfaches des  Durchmessers der     Feststoffteilchen    beträgt, ausgeschlos  sen ist. Die bituminöse Masse geht dabei fortschreitend in  den     zähplastischen    Endzustand über.  



  Bei Aufbau der bituminösen Deckschicht auf Stein  kohlen-Teerbasis kann als Feststoff ein Hartpech ver  wandt werden, dem als flüssige Lösungsphase Teeröl  zugesetzt ist. Bei einer bituminösen Deckschicht auf der       Mineralölbasis    wird     zweckmässig    ein feingemahlener  Hartasphalt und ein mittleres Mischöl besonders kosten  günstig in Form eines unbehandelten     Roh-Erdöles    ver  wendet. Es können auch Feststoff- und Flüssigkeitskom  ponente aus dem Mineralöl- und     Teerölbereich    zwecks  Einstellung eines sogenannten Verbundbitumens mitein  ander gemischt werden.  



  Bei Erfordernis einer     Bitumendeckschicht    hoher     End-          zähligkeit    bei den jeweils vorliegenden Betriebstempera  turen wird vorteilhaft ein Mischöl verwandt, das eine  Fliessgrenze besitzt, die oberhalb der Betriebstemperatur  liegt. Beispielsweise durch Zusatz von Paraffin     wird    ein  erhöhter Stockpunkt eingestellt, so dass eine hohe An  fangszähigkeit der Deckschicht erreicht wird.     Parrafinöse     Rohöle, deren Stockpunkte oberkalt 20 C liegen, ermög  lichen mit Materialkosten, die wesentlich unter denen       raffinierter    Mittelöle liegen, den Aufbau bituminöser  Deckschichten von mehreren     Millimetern    Stärke in einem  Arbeitsgang.

   Mit dem gleichen Ziel kann in aromatischen  Ölen durch polymere organische Verbindungen, die linea  re Makromolekulare bilden, wie beispielsweise     Styropore,          Epoxyde    und     Butadiene,    ein quasi plastisches Verhalten  unter Aufbau einer nur in geringem Masse temperatur  empfindlichen Fliessgrenze eingestellt werden. Die An  wendung ist bei entsprechend höherem Kostenaufwand  auf Temperaturen oberhalb des Frostpunktes be  schränkt.  



  Die neuartige Verfahrenstechnik der getrennten, je  doch zeitgleichen Aufbringung eines bituminösen Fest  stoffes     un    einer diesen unter Eindickung zu einer     zähpla-          stischen    Masse auflösenden bituminösen     Flüssigkeit    kann  in einfachster Weise dadurch erfolgen, dass die bituminö  se Flüssigkeit auf die     Abdeckfläche    aufgesprüht und der  gemahlene     Feststoff    in den Sprühkegel eingebracht wird  oder gemäss einer anderen     Ausführungsform    dadurch,  dass zunächst die Flüssigkeit auf den Stoss aufgesprüht  und unmittelbar darauffolgend,     d.h.    praktisch zeitgleich,

    in den gebildeten Flüssigkeitsfilm der feingemahlene  Feststoff eingebracht wird.  



  Ein für die     Auftragung    der     Bitumenkomponente     geeignetes Gerät ist aufgebaut aus einem Stutzen für den  Austritt des Feststoffes, dem aus einem Vorratsbehälter  der gemahlene Feststoff pneumatisch oder mechanisch  zugeführt wird, und aus einem oder mehreren unterhalb  oder um den     Feststoffstutzen    angeordneten Düsen, aus  denen die flüssige Komponente unter Druck feinzerteilt    mit hoher Geschwindigkeit austritt und auf die     Abdeck-          fläche    gesprüht wird. Der erste Kontakt     zwischen    dem  Feststoff und der Flüssigkeit findet in dem Sprühkegel der  Flüssigkeit statt.

   Die von der Flüssigkeit eingehüllten       Feststoffteilchen    werden sofort     angelöst,    so dass bei  Auftreffen auf die Deckschicht ein Einbinden erfolgt.  Dadurch kann ein hoher     Feststoffanteil,    der zu einer  hohen Endzähigkeit führt, erzielt werden. Bei einem       Feststoff-Flüssigkeits-Verhältnis    von 2 : 1 und Verwen  dung einer bituminösen Flüssigkeit grosser Zähigkeit,  dessen Versprühen heute technisch möglich ist, kann ein  bituminöses Endprodukt erreicht werden, dessen Zähig  keit der hochwertiger geblasenen     Bitumenqualitäten     gleichwertig ist.

   Bei Verwendung eines quasi plastischen  Öles, das eine ausgeprägte     Fliessgrenze    besitzt, kann ein  Endprodukt hergestellt werden, das     Scherfestigkeitswerte     von einigen     g/cm2    besitzt, die den Aufbau einer       ungestützten    Deckschicht von zirka 1 cm Stärke an einer  vertikalen Wand ermöglichen.  



  Die nach dieser neuartigen Verfahrenstechnik aufge  bauten Deckschichten können auch auf mit Eis bedeck  ten Flächen aufgetragen werden, da der geringe Wärme  inhalt der kalt zu verarbeitenden     Bitumenkomponenten     den Frostzustand in der Gefrierwand nicht aufhebt. In  nach dem Gefrierverfahren     abgeteuften    Schächten kann  damit erstmalig eine wasserdichte bituminöse Deck  schicht unmittelbar auf den gefrorenen Stoss aufgetragen  werden, ohne dass dabei die Festigkeit der tiefgefrorenen       Eiserdstoffwand    vermindert oder eine gefährdende Be  einträchtigung der Homogenität der     Bitumenschicht    ein  tritt, was bei Heissbitumen oder     Bitumenemulsionen     unvermeidbar ist.  



  Bei Stoss- und Raumtemperaturen oberhalb des Frost  punktes von 0 bis 20  sind zweckmässig bituminöse  Flüssigkeiten, die eine Fliessgrenze oder einen Stock  punkt besitzen, einzusetzen. Ein bituminöses Öl dem  strukturbildenden Kunststoff zugesetzt, bildet den Vorteil  einer von der Temperatur unabhängigen     Fliessgrenze.    In  wirtschaftlich vorteilhafter Weise können jedoch billige       paraffinische    Rohöle eingesetzt werden, bei denen der  durch den Paraffingehalt bestimmte Stockpunkt oberhalb  der Raumtemperatur     liegt.    Die     Anlösungsgeschwindig-          keit    dieser Rohöle mit der     Hartasphaltkomponente    ist  erfahrungsgemäss ausreichend, dazu bewirkt das Paraf  fin,

   dass sich im Zeitpunkt des     Auftreffens    auf die       Abdeckfläche    ein das     Abfliessen    verhinderndes Paraf  finskelett in der Deckschicht aufbaut.  



  Mit dieser neuartigen Verarbeitungstechnik können  des weiteren in die Deckschicht Füll- und     Armierungs-          stoffe    verschiedenster Art eingearbeitet werden. Durch  Zuführung feinzerteilter     inerter    Feststoffe kann das  Raumgewicht bituminöser Massen im Mittel um 1     -/cm'     erhöht werden. Der Zusatz poröser     Leichtstoffe    kann das  Raumgewicht senken, aber auch eine Verringerung der  schon niedrigen Wärmeleitfähigkeit der bituminösen  Masse auch für Zwecke des Wärmeschutzes vorteilhaft  herbeiführen.  



  Durch Einbau von faserigen Füllstoffen,     z.B.    in Form  von Glasfasern, kann der Deckschicht ein wesentlich  verbessertes Standverhalten bei     Zug-    und     Scherbeanspru-          chungen    erteilt werden. Eine derart mit Glasfaser gefüllte       Bitumenmasse,    die ausserdem noch eine Fliessgrenze  besitzen sollte, wird auch unter beträchtlichem hydrosta  tischen Druck nicht in Klüfte oder Risse abgepresst  werden können.  



  Diese Füllstoffe werden     zweckmässig    dem gemahle  nen     Feststoff    beigesetzt und können durch das Spritzver-      fahren ohne weitere Aufwendungen völlig gleichmässig in  die Deckschicht oder in Teilschichten eingebaut werden.  Bei einer getrennten Zuführung des Füllstoffes kann sein  Anteil kurzfristig variierend je nach den örtlichen Erfor  dernissen in die Deckschicht eingebaut werden. Bei  keiner der bekannten Verfahrenstechniken konnten bis  her diese Vorteile erreicht werden.  



  Der Einbau eines Stützgerüstes aus Maschendraht  oder einem Fasergewebe kann zwischen zwei aufeinan  derfolgenden Arbeitsgängen erfolgen; dabei wird durch  das Aufsprühen der Komponenten in feinverteilter Form  eine enge Bindung zwischen dem Stützgewebe und der       Bitumenmasse    erzielt.  



  Das kalt verarbeitete Spritzbitumen wird im Tiefbau  zur Abdeckung der Stösse in Schächten oder Stollen,  nachdem gegebenenfalls die     Rauhigkeit    durch eine       Spritzbetonschicht    ausgeglichen worden ist, aufgebracht.  Bei aus dem Gebirge unter Druck zufliessendem Wasser  oder bei zu erwartenden Gebirgsbewegungen kann der  zur Abstützung erforderliche Betonausbau unmittelbar  gegen die bituminöse Deckschicht eingebracht werden.  Im Falle eines doppelwandigen Ausbaues wird die     Bitu-          mendeckschicht        mit    Vorteil auf die     Innenwand    des  äusseren     Aufbauzylinders    aufgebracht, gegen die dann  der innere Betonzylinder eingebracht wird.

   In Schächten  tiefliegenden Stollen, in denen erhöhte Wasserdrücke zu  erwarten sind, werden zweckmässig die schon genannten  Massnahmen zur Erhöhung der Standfestigkeit der  Deckschicht angewandt. Die Anwendungsmöglichkeiten  beschränken sich jedoch nicht nur auf Schächte und  Stollen sondern können überall dort Anwendung finden,  wo bituminöse Deckschichten hergestellt werden müs  sen.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH I Verfahren zur Herstellung von zähplastischen Deck schichten auf Fels- oder Konstruktionsflächen im Tief bau, dadurch gekennzeichnet, dass gemahlener bituminö ser Feststoff und eine diesen auflösende artgleiche bitu minöse Flüssigkeit, die getrennt aus einem Verarbei tungsgerät austreten, sich miteinander bei dem Aufbrin gen auf die Abdeckfläche mischen und zu einer homoge nen zähplastischen die Deckschicht bildenden Masse vereinigen. UNTERANSPRÜCHE 1. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch ge kennzeichnet, dass auf den Stoss die bituminöse Flüssio, keit aufgesprüht und der feinverteilte Feststoff in den Sprühkegel eingebracht wird. 2.

   Verfahren nach Patentanspruch I und Unteran spruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Stoss mit der bituminösen Flüssigkeit, vorzugsweise durch Aufsprühen derselben, überzogen und unmittelbar folgend der Fest stoff in den Flüssigkeitsfilm eingestäubt wird. 3. Verfahren nach Patentanspruch I und den Unter ansprüchen 1 und 2, gekennzeichnet durch die Verwen dung einer bituminösen Flüssigkeit mit einer Viskosität in der Grössenordnung von 20 bis 25 E. 4.

   Verfahren nach Patentanspruch I und den Unter ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der bituminöse Feststoff, wie Hartasphalt, Hartpech oder Petrolpech, und die bituminöse Flüssigkeit in einem anteiligen Mischungsverhältnis von grössenordnungsmäs- sig 2 : 1 Gewichtsteilen verwendet wird. 5. Verfahren nach Patentanspruch I und den Unter ansprüchen 1 bis 3, gekennzeichnet durch die Verwen dung einer bituminösen Flüssigkeit, deren Stockpunkt oberhalb der jeweiligen Arbeitstemperatur liegt. 6. Verfahren nach Patentanspruch I und den Unteran sprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass bei Arbeitstemperaturen im Bereich von 0 bis 20 paraffinöse Rohöle verwendet werden. 7.

   Verfahren nach Patentanspruch I und den Unter ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass dem das Lösungsmittel bildenden öl polymere organische Verbindungen, die lineare Makromoleküle bilden, zuge setzt werden. B. Verfahren nach Patentanspruch I und den Unter ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass den Feststoffkomponenten ein feingemahlener Füllstoff zuge setzt wird. 9. Verfahren nach Patentanspruch I und den Unter ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass als Füllstoff ein kurzfaseriges Material, wie Glasfasern, verwendet wird. 10.

   Verfahren nach Patentanspruch I und den Unter ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zwi schen zwei aufeinanderfolgend aufgebrachten Schichten ein Stützgewebe, z.B. ein Glasfasergewebe, angebracht wird. PATENTANSPRUCH 1I Anwendung des Verfahrens nach Patentanspruch I zum Schutz des Ausbauzylinders von im Gefrierverfah ren hergestellten Schichten im Bereich aggressiver was serführender Schichten.