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Das Institut für Konstruktions- und Funktionsmaterialien der FH Münster hat unter der Leitung von Prof. Dr. Dietmar Mähner und Prof. Dr. Martin Kreyenschmidt Mitte 2012 das Forschungsprojekt LaK - Langzeitbeständigkeit von Kunststoffdichtungsbahnen im Tunnel- und Deponiebau gestartet.

Tunnel zählen sowohl in Bezug auf die Erstinvestition als auch hinsichtlich der sich anschließenden Unterhaltungs- und Erhaltungsaufwendungen zu den kostenintensivsten Infrastrukturbauwerken. Daher sollte die Bausubstanz langfristig so geschützt werden, dass Sanierungsmaßnahmen auf ein Minimum reduziert werden. Zum Schutz der Bausubstanz werden vorwiegend Kunststoffdichtungsbahnen (KDB) eingesetzt, die als Barriereschicht das Bauwerk gegen eindringendes Wasser schützen. Die Stilllegung schadhafter Tunnelbauten sowie die Sanierung der KDB sind technisch sehr aufwendig und bedingen extreme finanzielle Aufwendungen. Diese ließen sich reduzieren und besser abschätzen, wenn eine exakte Aussage der zu erwartenden Lebensdauer der KDB unter Berücksichtigung lokaler Einflussparameter möglich wäre.
Ein Ziel des geplanten Forschungsvorhabens LaK besteht darin zu klären, welchen Einfluss die realen Umgebungs- und Einbauparameter auf die Lebensdauer von KDB im Tunnelbau nehmen.

Derzeit werden für KDB vorwiegend Materialien auf Polyolefinbasis (jährlich ca. 143.000 Tonnen HDPE und 27.000 Tonnen LDPE) zur Abdichtung gegen anfallende Bergwässer sowie zum Schutz der Tragkonstruktion eingesetzt. Eine mindestens 100jährige Lebensdauer der KDB in Tunnelbauten ohne Beeinträchtigung der dichtenden Funktion wird heute erwartet; durch die heutigen konventionellen Prüfverfahren wird jedoch nur eine 25jährige Lebensdauer bestätigt. Die Hauptursache dafür liegt in der Nichtberücksichtigung der unterschiedlichen Umgebungseinflüsse auf das Degradationsverhalten der KDB in der Alterungssimulation. Bei den Testverfahren bleibt beispielsweise gänzlich unberücksichtigt, welchen Einfluss die umgebenden Bergwässer in ihrer Zusammensetzung und Temperatur auf die Alterung der KDB nehmen. Weiterhin werden auch die realen Einbausituationen, z. B. starke Dehnungen und Streckungen sowie Spannungsspitzen beim Einbau der KDB, nicht in die Lebensdauervorhersage einbezogen.
Die derzeitigen Lebensdauervorhersageverfahren basieren auf einer beschleunigten Alterung der KDB bei erhöhter Temperatur und anschließender Überprüfung der Veränderung ihrer mechanischen Eigenschaften wie z. B. Reißfestigkeit und Dehnung.
Ein weiteres Ziel des Forschungsprojektes LaK besteht darin zu klären, inwieweit diese Lebensdauertestverfahren geeignet sind, um tatsächlich eine valide Langzeitstabilitätsprognose abzugeben.

Die Beständigkeit von Polyolefin-KDB wird vorwiegend durch stabilisierende Additive (Antioxidantien) erreicht. Eine negative Veränderung der mechanischen Eigenschaften der KDB tritt erst nach Verbrauch dieser Stabilisatoren ein; bei den derzeitigen Testverfahren liegt dieser Zeitpunkt zwischen 200 und 300 Tagen. Der Einfluss der Umgebungsbedingungen (z. B. Beschaffenheit der umströmenden Wässer, Dehnungseinflüsse) auf den Additivabbau bzw. auf den Additivverlust durch Migration und Auswaschung aus den KDB wurde bisher unzureichend erforscht und bei der Lebensdauervorhersage nicht berücksichtigt. Die Bestimmung der Veränderung der Additivkonzentrationen in Korrelation mit den variablen Alterungsbedingungen stellt somit einen völlig neuen Ansatz zur Vorhersage der Lebensdauer sowie zur Entwicklung maßgeschneiderter KDB dar. Die derzeitigen Testverfahren sind zeitintensiv, so dass für die unterschiedlichen Anforderungen jedes Bauvorhabens individuell optimierte KDB nicht zur Verfügung stehen. Im Forschungsprojekt LaK soll deshalb ein Analyseverfahren entwickelt werden, mit dem eine valide Lebensdauervorhersage bereits nach 20-35 Tagen möglich ist. Dies führt zu einer Zeitersparnis von bis zu 90 %.

Viele Experten gehen davon aus, dass kostenintensive Sanierungsmaßnahmen von Tunnelbauten in den kommenden Jahrzehnten auf die Betreiber und damit meistens auch 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.
Das finale technische Hauptziel des Forschungsprojektes besteht somit in der Entwicklung eines zuverlässigen, maßgeschneiderten und zeitgerafften Alterungsverfahrens zur Lebensdauervorhersage von KDB unter Berücksichtigung der wechselnden Realbedingungen jeder Baustelle und unter genauer Betrachtung der chemischen und mechanischen Einflüsse auf die Kunststoffdichtungsbahnen.

Mit dem Forschungsprojekt LaK wird ein neuer Weg beschritten, der von signifikantem volkswirtschaftlichem Nutzen sein wird.

Das Projekt LaK - Langzeitbeständigkeit von Kunststoffdichtungsbahnen im Tunnel- und Deponiebau wird von der EUROPÄISCHEN UNION (Europäischer Fonds für regionale Entwicklung, "Europa - Investition in unsere Zukunft") und vom Land NRW gefördert.

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