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Im Zuge von Nachrüstungsarbeiten konnten Kunststoffdichtungsbahnproben (KDB) aus fünf deutschen Straßentunneln entnommen werden. Im Rahmen des Forschungsvorhabens FE 15.461/2008/ERB "Materialeigenschaften von Kunststoffdichtungsbahnen bestehender Straßentunnel" beauftragte das Bundesministerium für Verkehr, Bau und Stadtentwicklung (BMVBS), vertreten durch die Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt), die Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM), die ausgebauten KDB-Proben systematisch zu untersuchen. Die Kunststoffdichtungsbahnen waren zwischen 10 und 23 Jahren in den jeweiligen Straßentunneln eingebaut. Im ersten Schritt wurden die Materialeigenschaften der KDB-Proben mit dafür geeigneten Methoden charakterisiert, wie Thermischen Analysen (DSC,OIT), Dichtebestimmung, Zugprüfung (mechanischen Eigenschaften), Ermittlung des Stabilisatorgehalts (ICOT), der Dicke der KDB sowie der Qualität der Fügenaht und der geotextilen Schutzschicht. Im Verlauf des Vorhabens wurden Bergwasserproben aus den Straßentunneln entnommen und analysiert. Der Auftraggeber übermittelte der BAM die Ergebnisse zur Auswertung. Bei der Entnahme wurden folgende Parameter vor Ort bestimmt: Entnahmetemperatur, pH-Wert sowie partiell der Sauerstoffgehalt. Im Prüflabor wurden dann die Bestimmung der Leitfähigkeit und die Elementaranalyse mittels ICP-OES zur Bestimmung der Metallionenkonzentration (u. a. Eisen, Mangan und Kupfer)durchgeführt. Zusätzlich wurden weiterführende Versuche zur Oxidationsbeständigkeit im Autoklaven in Anlehnung an DIN EN ISO 13438 durchgeführt, um den Einfluss von Metallionen auf die oxidative Beständigkeit zu untersuchen. Mit Hilfe der Daten aus der Bergwasseranalyse wurde ein geeignetes Modellmedium entwickelt, die im Autoklaventest an einem bereits ohne Metallionen untersuchten Produkt (Produkt II, FE 15.449/207/ERB) erprobt wurden. Die aus diesem Forschungsprojekt entstehenden neuen Erkenntnisse sollen in die aktuelle Normungs- und Gremienarbeit eingebracht werden.
Im Rahmen eines von der Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt) initiierten Forschungsvorhabens (15.449/2007/ERB: "Prüfverfahren zur Beurteilung der Lebensdauer von Kunststoffdichtungsbahnen für Straßentunnel") wurden anhand von Untersuchungen an Kunststoffdichtungsbahnen (KDB) auf Basis von Polyolefinwerkstoffen die Möglichkeiten der Beurteilung der oxidativen Langzeitbeständigkeit sondiert. Im Mittelpunkt stand die Erprobung des Autoklaventests in Anlehnung an DIN EN ISO 13438 (Methode C1/C2) an ausgewählten, für den Tunnelbau repräsentativen marktüblichen KDB-Produkten. Die Untersuchungen im Autoklaven bei erhöhten Temperaturen (60 -°C, 70 -°C und 80 -°C) und Sauerstoffdrücken (11, 21 und 51 bar) wurden durch vergleichende Versuche im Wärmeschrank (Ofen) bei erhöhter Temperatur (85 -°C) in Anlehnung an DIN EN 14575 ergänzt. Die KDB-Produkte wurden außerdem einer eingehenden Materialcharakterisierung (Zugprüfung, OMA, DSC) unterzogen. Weiterhin wurden Bauwerksdaten recherchiert und auf ihre Nutzbarkeit zur Bewertung und Prüfbarkeit der Langzeitbeständigkeit von KDB in Tunneln betrachtet. Ziel war auch, die Anwendbarkeit des bisher vorgeschlagenen Extrapolationsmodells zur Auswertung der Ergebnisse von Autoklaventests an im Tunnelbau marktüblichen Produkten für Nutzungsdauern über 25 Jahre zu überprüfen und zur Entwicklung eines geeigneten Prüfverfahrens beizutragen. Der Beitrag geht auf Ergebnisse des Vorhabens ein und zeigt erste Schlussfolgerungen und weiteren Untersuchungsbedarf auf. Die Ergebnisse werden in den "Empfehlungen zu Dichtungssystemen im Tunnelbau EAG-EDT" des Arbeitskreises 5.1 "Kunststoffe in der Geotechnik und im Wasserbau" berücksichtigt, deren 2. Auflage in Vorbereitung ist. Aspekte des thermischen Verhaltens der eingesetzten Werkstoffe sowie mögliche Anpassungen der Prüfrandbedingungen für die Autoklaventests werden ergänzt und Hinweise zur Interpretation von Prüfergebnissen gegeben. Außerdem wurden inzwischen ausgehend von den Ergebnissen des Forschungsvorhabens erste Autoklaven-Ringversuche in drei Prüfinstitutionen initiiert.
Kunststoffdichtungsbahnen sind empfindlich gegenüber mechanischen Beanspruchungen. Zum Schutz vor Beschädigungen wird zwischen der Spritzbetonschale und Dichtungsbahn ein Geotextil eingebaut. Die derzeit gültigen Regelwerke enthalten keine Vorgaben zur Prüfung der Wirksamkeit von Schutzschichten. Daher wurden Versuchsserien durchgeführt, in denen Dichtungsbahnen und Geotextilien zur Simulation der Wirkungen von hervorstehenden Körnern im Spritzbeton mit einem pyramidenförmigen Stempel lokal auf Druck und in einem Teil der Versuche zusätzlich auf Zug beansprucht wurden. Zudem wurden Flächendruckversuche in einem Brunnentopf mit einer mit Zuschlagkörnern beklebten Abdichtungsrücklage ausgeführt. Die Untersuchungen ergaben: a) Bei allen gewählten Versuchsvarianten und Randbedingungen nahm die Schutzwirksamkeit mit zunehmender Geotextilmasse signifikant zu. Ungeschützte Kunststoffdichtungsbahnen wurden im Vergleich dazu unzulässig deformiert. b) Die Eigenschaften und die Dicken der Dichtungsbahnen erwiesen sich ebenfalls als wesentlich. So waren bei Druckversuchen mit gleicher Druckbelastung und Schutzschicht die Einkerbungen in die PVC-Bahn tiefer als die in die PE-Bahnen. c) Bei allen untersuchten Materialkombinationen blieben die Dichtungsbahnen trotz der extremen Last- und Verformungsbeanspruchungen dicht, wiesen aber zum Teil erhebliche punktuelle Einkerbungen durch Zuschlagkörner auf. d) Mit zunehmender Geotextilmasse wurden erwartungsgemäß geringere Einkerbungen in die Kunststoffdichtungsbahn gemessen. e) Die Einkerbungen in die Kunststoffdichtungsbahn waren bei einem Endlosfaservliesstoff geringer als bei einem Stapelfaservliesstoff. - Die Versuchsergebnisse zeigen, dass eine geeignete Schutzschicht zwingend notwendig ist, um unzulässige Beschädigungen der Kunststoffdichtungsbahnen zu vermeiden.
Tunnel, die in Spritzbetonweise hergestellt werden, können zum Beispiel von Kunststoffdichtungsbahnen gegen eindringendes Wasser abgedichtet werden. Die Kunststoffdichtungsbahn und deren geotextile Schutzschicht werden während der Tunnelbauphase und der Betriebsphase durch Einzellasten und Flächendruck beansprucht. Im Rahmen dieses Forschungsvorhabens wurden solche Beanspruchungen in verschiedenen Versuchsreihen simuliert. Dazu wurden am Institut für Baustoffkunde der Universität Hannover Indexversuche mit Einzellasten (Durchdrück- und Zeitstandversuche) und bei der STUVA, Köln anwendungstechnische Versuche mit Flächendruckbeanspruchung sowie Berstdruckversuche durchgeführt. Die wichtigsten Versuchsergebnisse lassen sich wie folgt zusammenfassen: - Auf eine geotextile Schutzschicht darf keinesfalls verzichtet werden, da sonst die Kunststoffdichtungsbahn zu starke Eindrückungen erhält oder sogar perforiert wird; - Der Feuchtigkeitsgehalt einer geotextilen Schutzschicht aus Endlosfaservliesstoff hat keinen wesentlichen Einfluss auf die Tiefe der Eindrückungen in die Kunststoffdichtungsbahn; - Für die geotextile Schutzschicht sollte eine Mindestgeotextilmasse mit einem Mittelwert minus Standardabweichungen von 900 und größer als 1.200 g/m2 gewählt werden; - Dränmatten bieten einen gewissen Schutz, sollten jedoch mit einem luftseitigen Schutzvlies (Robustheitsgrad 4) versehen werden; - Beschädigungen der Kunststoffdichtungsbahn durch Vorbelastungen im Flächendruckversuch haben im Kurzzeit-Berstdruckversuch nur einen geringen Einfluss auf das mehrachsige Dehnungsverhalten. Die neuen Forschungsergebnisse sollten bei der Neufassung der ZTV-ING Berücksichtigung finden. Es wird empfohlen, Zeitstanddruckversuche als "Indextests" und Flächendruckversuche im Brunnentopf als "Anwendungstechnische Versuche" in die Regelwerke aufzunehmen.
