LaK - Langzeitbeständigkeit von Kunststoffdichtungsbahnen im Tunnel- und Deponiebau

Ein Ziel des geplanten Forschungsvorhabens „LaK - Langzeitbeständigkeit von  Kunststoffdichtungsbahnen" besteht darin zu klären, welchen Einfluss die realen Umgebungs‐ und Einbauparameter auf die Lebensdauer von Kunststoffdichtungsbahnen (KDB), die im Tunnelbau Verwendung finden, nehmen.

Ein weiteres Ziel besteht darin zu klären, inwieweit die derzeitigen Lebensdauertestverfahren geeignet sind, um tatsächlich eine valide Langzeitstabilitätsprognose abzugeben.

Ein drittes Ziel besteht darin, ein neues Analyseverfahren zu entwickeln mit dessen Hilfe eine Lebensdauervorhersage bereits nach 15‐30 Tagen möglich ist und nicht wie bei den heutigen Verfahren nach 200 bis 300 Tagen. Das finale technische Hauptziel des Projektes besteht in der Entwicklung von zuverlässigen, maßgeschneiderten und zeitgerafften Verfahren zur  Lebensdauervorhersagevon KDB unter Berücksichtigung der wechselnden Realbedingungen jeder Baustelle vor Ort und unter genauer Betrachtung der chemischen und mechanischen Einflüsse auf die Kunststoffdichtungsbahnen.

Eine mindestens 100 jährige Lebensdauer von KDBs wird beim Einbau in Tunnelbauten heute vorausgesetzt und sollte sicher erreicht werden, ohne dass die dichtende Funktion der Dichtungsbahn beeinträchtigt wird. Heute werden im Tunnelbau vorwiegend Flächenabdichtungen aus Dichtungsbahnen auf Polyolefinbasis (jährlich ca. 143.000 Tonnen HDPE und 27.000 Tonnen LDPE) zur Abdichtung gegen anfallende Bergwässer sowie zum Schutz der Tragkonstruktion eingesetzt. 

Die heutigen Verfahren zur Lebensdauerabschätzung von KDBs basieren auf einer Alterung bei erhöhter Temperatur und Messung der mechanischen Eigenschaften, vor allem der Reißfestigkeit und Dehnung in Abhängigkeit von der Zeit. Da die Lebensdauer in Polyolefin‐KDBs vorwiegend durch die Additivierung er‐reicht wird, wird ein Abfall der mechanischen Eigenschaften nach Verbrauch der Additive beobachtet. Bei den derzeitigen Testverfahren liegt dieser Zeitpunkt zwischen 200 und 300 Tagen. Bei den bisherigen Alterungstestverfahren bleibt gänzlich unberücksichtigt, welchen Einfluss beispielsweise die umgebenden Berg‐wässer in Ihrer Zusammensetzung und Temperatur auf die Alterung der KDBs nehmen und wie schnell diese Additive durch das jeweilige Bergwasser durch Migration aus der KDB gelöst und damit ausgewaschen wer‐den. Weiterhin werden auch die realen Einbausituationen z. B. starke Dehnungen und Streckungen sowie Spannungsspitzen, die beim Einbau der KDBs auftreten können, nicht bei der Untersuchung der Lebensdauervorhersage berücksichtigt.

Heute können durch die konventionelle Prüfverfahren nur 25‐jährige Lebensdauerangaben bestätigt wer‐den. Folglich sind diese Techniken nicht geeignet, um eine reale Lebensdauerprognose für KDBs bis zu 100 Jahren abgeben zu können. Die wesentlichen Ursachen dafür liegen in der Nichtberücksichtigung der genannten realen Rahmenparameter, die sich bei jedem Bauvorhaben unterschiedlich darstellen. Weiterhin sind diese Testverfahren sehr zeit‐ und damit kostenintensiv und verhindern, dass eine schnelle maßgeschneiderte KDB für die unterschiedliche Anforderungen jedes Bauvorhabens entwickelt werden können.

Da Tunnel die teuersten Infrastrukturbauwerke sind, nicht nur die Erstinvestition betreffend, sondern auch hinsichtlich der späteren Unterhaltungs‐ und Erhaltungsaufwendungen, ist es hier besonders wichtig, die Bausubstanz durch KDB sehr lange zu schützen, um weitere Investitionen, die während einer notwendigen nachträglichen Sanierung getätigt werden müssen, zu vermeiden. Sowohl die Stilllegung betroffener Tunnelbauten als auch die Sanierung der Kunststoffdichtungsbahn, die nahezu technisch unmöglich ist, würde einen extremen finanziellen Aufwand bedeuten, der mit exakten Aussagen zur Lebensdauer der eingesetzten KDB vermieden werden kann. Heute gehen viele Experten daher davon aus, dass kostenintensive Sanierungsmaßnahmen entsprechender Tunnelbauten in den kommenden Jahrzehnten auf die Betreiber und damit meistens auf den Steuerzahler zukommen werden. In diesem Zusammenhang wird daher ein signifikanter Vorteil darin gesehen, ein schnelleres Verfahren zur Lebensdauervorhersage zu entwickeln, das gleichzeitig die individuellen Parameter berücksichtigt und damit eine reale Abschätzung der Lebensdauer gestattet. Der volkswirtschaftliche Nutzen wird dabei im Milliardenbereich eingeschätzt.

 

Projektleitung


Prof. Dr.-Ing. Dietmar Mähner

Fachbereich Bauingenieurwesen
Corrensstraße 25
48149 Münster
Tel: 0251 83-65213
Fax: 0251 83-65187

d.maehnerfh-muensterde

Projektzeitraum:


August 2012 - Mai 2015

Finanzierung


  • Zuwendung im Rahmen des Ziel 2 -Programms NRW 2007-2013 "€žRegionale Wettbewerbsfähigkeit und Beschäftigung (EFRE)€"

Weitere Infos unter:


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