Schildschwanzdichtungspaste

Abstract

 Die Erfindung betrifft eine Schildschwanzdichtungspaste auf tommineralisch-natürlicher Grundlage, welche in verschiedenen Indnstriezweigen, insbesondere im Tunnelbau beim Tunnelvortrieb Anwendung findet.
Die Schildschwanzdichtungspaste, welche zum Abdichten des Schildschwanzes bei Schildvortrieben im Tunnelbau eingesetzt wird, zeichnet sich durch eine Mineral-Faser-Matrix aus und besteht aus einem Schichtmineral, aus Wasser, Füllstoffen, Compounds und einem pflanzlichen Öl. Die Grundbestandteile dieser Mineral-Faser-Matrix werden in einem Mischprozess verarbeitet und im Ergebnis steht eine Schildschwanzdichtungspaste zur Verfügung, welche unmittelbar verarbeitet werden kann.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Schildschwanzdichtungspaste auf tonmineralisch-naturlicher Grundlage, welche in verschiedenen Industriezweigen, insbesondere im Tunnelbau beim Tunnelvortrieb Anwendung findet.

[0002] Beim Bau von unterirdischen Verkehrswegen, wie Tunnelbauten, ist es üblich, Schildmaschinen einzusetzen, die mit einem Schneidrad ausgebildet sind, mit dem in das Gebirge eingedrungen wird. Über entsprechende Abfördereinrichtungen werden das gelöste Gestein, Geröll, Sande und Erdreich aus dem Arbeitsbereich der Schildmaschine abgefordert. In kontinuierlicher Weise des Vortriebs der Schildmaschine werden im Schildschwanz Tübbingelemente als temporäres Sicherungsmittel in den Tunnel eingebracht. Prozessbedingt verbleibt zwischen dem Gebirge und den eingebrachten Tübbingelementen ein Freiraum, welcher mit Verpressmörtel (Ringspaltmörtel) verfüllt werden muss. Damit der Verpressmörtel nicht am freien Ende der Tübbinge austritt, sind in diesen Bereichen Schildschwanzdichtungen vorgesehen, die sich am äußeren Umfang der Tübbingwand abstützen und Hohlkammern zwischen Schildschwanz und Tübbing bilden.

[0003] Schildschwanzdichtungen für Schildvortriebsmaschinen sind allgemein bekannt.
So beschreibt die DE 40 31 072 C2 eine Schildschwanzdichtung für Schildvortriebsmaschinen, welche aus mindestens zwei Grundkörpern in Form von Schenkeln und aus einem elastomeren Werkstoff hergestellt, besteht, die am Schildmantel austauschbar verankert sind. Diese verlaufen in Richtung des ausgebauten Tunnels und sind gegenüber dem Schildmantel mit einem Neigungswinkel a von 30 bis 60 °C ausgeführt, wobei die Schenkel jeweils eine Dichtlippe aufweisen, die federnd gegen die Außenseite des Tunnelausbaus drückbar sind und zwischen den Schenkeln des Grundkörpers raumfüllend ein druckstabilisierender Stoff in Form einer pastösen Masse vorgesehen und der druckstabilisierende Stoff ein Bentonit ist

[0004] Neben der oben beschriebenen Ausbildung einer Schildsehwanzdichtung ist auch bekannt, dass anstelle der Schenkel mehrfach hintereinander angeordnete Stahlbürstendichtungen zum Einsatz kommen und die Bürstenzwischenräume mit Füllmassen in Form von Fetten, dem so genannten Schildschwanzdichtungsfett ausgefüllt werden.
Diese Schildschwanzdichtungsfette basieren vorwiegend auf dem Rohstoff Mineralöl, welcher ökologisch sehr problematisch ist, nicht im ausreichenden Maße zur Verfügung steht, Preisschwankungen unterliegt und beim Verarbeiten auf der Tunnelbaustelle auch mit dem Grundwasser der Baustelle in Berührung kommt.

[0005] Bekannt sind ferner Schildschwanzdichtungsfette, welche auf synthetisch hergestellten Fetten und Ölen basieren, die wiederum den Rohstoff Mineralöl zur Grundlage haben und die oben genannten Nachteile begründen.
So haften diesen Schildschwanzdichtungsfetten auf Mineralölbasis naturgemäß gravierende Nachteile wie hohe Herstellungskosten und umweltgefährdende Eigenschaften an, da diese nach dem Einbringen im Gebirge verbleiben und mit Gebirgswasser, Verpressmörtel, Bodenaushub in Kontakt kommen und somit ins Grundwasser gelangen. Ferner bedarf es hoher Händlungs- und Entsorgungskosten der leeren Gebinde und ferner sind Fette auf Mineralölbasis brennbar.

[0006] Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Schildschwanzdichtungspaste anzugeben, mit der eine verbesserte Druckabstufung und damit verbunden eine verbesserte Dichtwirkung erzielbar ist.

[0007] Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

[0008] Die nach der Erfindung geschaffene Schildschwanzdichtungspaste ist ein Alternativprodukt mit vergleichbaren Eigenschaften auf Basis und unter Verwendung von Schichtmineralien. Bei der vorgestellten Lösung werden die positiven Eigenschaften von Schichtmineralien wie absolute Umweltverträglichkeit und gute Schmier- und Dichtungseigenschaften genutzt. Neben dem Einsatz von Schichtmineralien werden der Schildschwanzdichtungspaste Füllstoffe sowie Zusätze zugegeben, welche positiv auf die Viskosität, die Pumpbarkeit, die guten Haftungseigenschaften zu allen Oberflächen sowie auf die Resistenz gegen Wasser, Salzwasser und gegen mechanische Kräfte der Schildschwanzdichtungspaste einwirken.

[0009] Gemäß der Erfindung wird als Schichtmineral ein Bentonit verwendet, welches unter Berücksichtigung bestimmter Gewichtsprozentanteile mit Wasser, Füllstoffen in Form von Fasern und Compounds, gemischt wird und nach dem Mischvorgang ein Endprodukt in Form einer sofort verwendbaren Schildschwanzdichtungspaste zur Verfügung steht, welches auf der Basis von Naturstoffen hergestellt ist und das in der Schildschwanzdichtungspaste eingesetzte Bentonit so mit Wasser aufgeschlossen ist, dass das Bentonit und somit die fertige Schildschwanzdichtungspaste nicht mehr nachquellt, was sich positiv auf das Einbringen und die Abdichtung der Zwischenräume zwischen den Schildschwanzdichtungen auswirkt. Dies auch damit begründet, dass das Bentonit im gequollenen Zustand eine hohe Gelfestigkeit besitzt, welche über längere Zeiträume beibehalten wird und so die guten Gleit- und Dichteigenschaften der erfindungsgemäßen Schildschwanzdichtungspaste erhalten und begründen.
Die erfindungsgemäße Schildschwanzdichtungspaste ist insbesondere gekennzeichnet durch eine Mineral-Faser-Matrix, diese ist ausschließend wasserbasierend und die Mineral-Faser-Matrix besteht aus naturnahen Stoffen, besitzt Strukturviskoseeigenschaften, die die Grundlage bilden für eine zuverlässige Dichtwirkung und eine gute Pumpfähigkeit der geschaffenen Schildschwanzdichtungspaste.
Gegenüber vergleichbaren ölbasierenden Produkten liegt die spezifische Dichte bei nur 1,05 kg/dm³, wodurch sich ein weiterer Vorteil hinsichtlich der Verbrauchsreduzierung gegenüber bekannten Produkten ergibt.

[0010] Die bei der Herstellung der erfindungsgemäßen Schüdschwanzdichunigpaste zum Einsatz kommenden Füllstoffe in Form von Fasern sind Fasern natürlicher Faserprodukte, so Fasern natürlicher Zellulose.

[0011] Die zum Einsatz kommenden Compounds beinhalten Stabilisatoren, die die Mineral-Faser-Matrix stutzen und somit das Herauslösen des Bentonits aus der Matrix unter starken Wasserdrücken und/oder hohen mechanischen Beanspruchungen verhindern. Ferner können in den Compounds auch Gefrieschutzmittel eingesetzt werden, dies in alternativer Anwendung und unter Beachtung der Gegebenheiten vor Ort beim Tunnelausbau.
Erfinderisch ist ferner, dass bevorzugterweise der Schildschwanzdichtungspaste ein pflanzliches Öl zugegeben wird, insbesondere dann, wenn der Schildvortrieb in einem wasserreichen Erdbereich erfolgen muss.

[0012] Eine Schildschwanzdichtungspaste nach der vorliegenden Erfindung besteht aus einem Schichtmineral, einem Bentonit, Wasser, Füllstoffen, Compounds und pflanzlichen Ölen, wobei Bentonit im Bereich von 5 bis 22 Gewichtsprozenten, Wasser im Bereich von 50 bis 80 Gewichtsprozenten, pflanzliche Öle im Bereich von 0 bis 10 Gewichtsprozenten, natürliche Fasern im Bereich von 5 bis 48 Gewichtsprozenten und Compounds im Bereich von 0 bis 18 Gewichtsprozenten zum Einsatz kommen.
Es gehört auch zur Erfindung, dass neben Bentonit auch andere Schichtmineralien einsetzbar sind, so beispielsweise Schichtroineralien auf Basis tonmineralisch-natürlicher Strukturen.

[0013] Unter Anwendung der vorliegenden Erfindung ist es möglich, eine Schildschwanzdichtungspaste herzustellen, welche absolut umweltverträglich ist, welche in die Wassergefährdungsklasse - nicht wassergefährdend - einzuordnen ist, da die zum Einsatz kommenden Rohstoffe nahezu natürlichen Ursprungs sind und diese Schüdschwanzdichtungspaste ein thixotropes Verhalten aufweist, welches sich insbesondere auf die Pumpfähigkeit und Dichtfunktion der geschaffenen Paste auswirkt.

[0014] Die erfindungsgemäße Schildsehwanzdichtungspaste enthält keine toxischen Additive, ist nicht giftig und brennbar und beinhaltet keine flüchtigen oder mineralölhaltigen Stoffe. Durch den Einsatz von Fasern und Compounds wird sichergestellt, dass eine Mineral-Faser-Matrix aufgebaut und geschaffen wird, welche bei ihrem Einsatz, herausgebildet als Schildschwanzdichtungspaste, das Schichtmineral, das Bentonit nicht aus der Paste ausgespült und/oder gedrückt wird und durch die Bestandteile der Schildschwanzdichtungsmasse diese eine geringere Dichte gegenüber bekannten Produkten aufweist, was sowohl positiv beim Händling, bei der Herstellung und beim Verbrauch wirkt, aber auch bei der Verarbeitung unmittelbar vor Ort.
In einer bevorzugten Ausführung werden zur Herausbildung einer erfindungsgetnaßen Schildschwanzdichtungspaste Compounds in Form von CMC (Carboxy-Merhyl-Cellulose) verwendet.

[0015] Eine nach der Erfindung hergestellte Schildschwanzdichtrmgspaste besteht beispielsweise aus

• Bentonit: 5 Gewichtsprozenten,
• Fasern: 5 Gewichtsprozenten,
• Wasser: 80 Gewichtsprozenten,
• pflanzlichen Ölen: 10 Gewichtsprozenten,
• Compounds: 0 Gewichtsprozenten.

[0016] Alle Produktbestandteile werden in einem Nüschungsprozess verarbeitet, und im Ergebnis steht eine Schildschwanzdichtungspaste zur Verfügung steht, welche unmittelbar eingesetzt werden kann.

[0017] Untersuchungen und Versuche haben die oben beschriebenen Eigenschaften der Schildschwanzdichtungspaste bestätigt, welche auf der Grundlage internationaler Prüfmethoden und Prüfrichtlinien durchgeführt wurden.
Das Ergebnis der Untersuchungen und die Vorteile der neuen Schildschwanzdichtungspaste sind der nachfolgenden tabellarischen Auflistung zu entnehmen, zu der erklärenderweise ausgeführt wird, dass es sich bei den benannten Prüfmethoden um international anerkannte und gültige Normen handelt. Die Bezeichnung

• NF T ist eine französische Norm,
• ASTM ist eine amerikanische Norm,
• J ISA ist eine japanische Norm,
• Matsumura: Es handelt sich hier um einen Test, bei dem das Dichtverhalten in der Paste und an den Berührungsflächen Paste - Oberfläche simuliert wird.

Eigenschaften	Prüfmethode basierend auf	Einheit	Paste nach der Erfindung
Geruch	Geruchsprobe	-	kein
Farbe	visuell	-	Beige
Aussehen	visuell	-	Faserig
Penetration bei 25 °C	NF T 60.132	1/10 mm	220/240
Spezifische Dichte	ASTM B 1289	kg/dm3	1,05
Unlösbarer Stoff	-	% Gewicht	> 60
Fließfähigkeit bei 25 °C	J ISA 5758	min	< 30
Pumpeigenschaften bei 10 bar und 25 °C	ASTM D 1092	g/min	> 80
Wasserbeständigkeit synthetisches Seewasser bei 38 °C	ASTM D 4049	% Gewicht	< 5
Ölrückhaltevermögen 24 h bei 110°C	J ISA 5751	mm	kein Öl vorhanden
Flüchtigkeit 3 h bei 110 °C	ASTM D 972	% Gewicht	< 41)
Wasserrückhalt-Vermögen auf Sieb bei 35 bar und 25 °C	Matsumura, modifiziert	-	Bestanden

1) Gewichtsverlust durch verdampftes Wasser

[0018] Mit den angegebenen Werte von 220/240 zur Penetration der erfindungsgemäßen Schildschwanzdichtungspaste wird ausgeführt, dass sich der Wert 220 auf die unbewegte und der Wert 240 auf die bewegte Penetration bezieht, also zum einen auf den Ruhezustand und zum anderen des bewegten Zustandes der geprüften Paste.
Das Einbringen der Schildschwanzdichtungspaste in die Schildschwanzdichtung wird nachfolgend unter zur Hilfenahme der beigefügten Zeichnung, welche eine schematische Darstellung einer Schildschwanzdichtung für Schildvortriebsmaschinen darstellt, erläutert.

[0019] Der Vortrieb und somit die Arbeitsrichtung einer Schildvattriebsmaschine sind mit dem Pfeil 9 angegeben und aus der Zeichnung ergibt sich gleichfalls, dass der Ringraum 4 zwischen dem Gebirge 2 und den eingebrachten Tübbings 3 mit einer Verfüllmasse ausgefüllt ist. Bei dieser Verfüllmasse handelt es sich beispielsweise um einen Ringspaltmörtel, welcher über die Zuleitung 5, welche durch den Schildschwanz 1, der Schildvortriebsmaschine geführt ist, in den Ringraum 4 mündet, so dass der zugeleitete Ringspaltmörtel in den Ringraum 4 eintreten kann und diesen druckdicht verfüllt.
Die Sahildschwanzdichtung 6 ist zwischen dem Schildschwanz 1 und der Oberfläche der Tübbings 3 vorgesehen und besteht aus Stahldrahtbüfsten, die die Zwischenräume 7 zwischen den Stahldrahtbürsten der Schildschwanzdichtung 3 herausbilden. In diese Zwischenräume 7 wird mittels Pumpen und der Zuleitung 8 die Schilfschwanzdichtungspaste gedrückt, welche die Zwischenräume 7 ausfüllt und den Ringraum 4 abdichtet, damit einerseits kein Verfüllmaterial und Wasser aus dem Ringraum 4 austreten und andererseits keine anderen Stoffe, beispielsweise Wasser, eindringen können. Dies wird insbesondere dadurch erreicht, dass die erfindungemäße Schildschwanzdichtungspaste eine gute Pumpfähigkeit und Viskosität besitzt, gleichfalls auf allen Oberflächen gut haftet und resistent gegen Wasser, Mineralien und mechanische Kräfte ist.

Ansprüche

1. Schildschwanzdichtungspaste zum Abdichten des Schildschwanzes bei Schildvortrieben im Tunnelbau, welche als gleitende Dichtungsmasse zwischen dem Schildmantel und der Ausbruchswandung zum Einsatz kommt, bei der die Schildschwanzdichtungspaste in Form einer Mineral-Faser-Matrix ausgebildet ist und aus einem Schichtmineral, aus Wasser, Füllstoffen, Compounds und einem pflanzlichen Öl besteht.

2. Schildschwanzdichtungspaste nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
die Grundstoffe der Mineral-Faser-Matrix in einem Mischungsverhältnis von

- Schichtmineral im Bereich von 5 bis 22 Gewichtsprozent,

- Wasser im Bereich von 50 bis 80 Gewichtsprozent,

- pflanzliche Öle im Bereich von 0 bis 10 Gewichtsprozent,

- Fullstoffe/Fasern im Bereich von 5 bis 48 Gewichtsprozent,

- Compounds im Bereich von 0 bis 18 Gewichtsprozent

zum Einsatz kommen.

3. Schildschwanzdichtungspaste nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass
als Schichtmineral ein Bentonit zum Einsatz kommt.

4. Schildschwanzdichtungspaste nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass
die Füllstoffe aus Fasern natürlicher Faserprodukte, vorzugsweise natürlicher Zellulose mit verzahnten Oberflächen bestehen, deren Faserlängen im Bereich von 0 bis 15 mm liegen, vorzugsweise 2 mm betragen.

5. Schildschwan.zdichtungspaste nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass
in den Compounds Stabilisatoren, vorzugsweise Carboxy-Methyl-Cellulose, und/oder Stärken eingebunden sind.

6. Schildschwanzdichtungspaste nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass
in den Compounds Alkohole zum Einsatz kommen.

7. Schildschwanzdichtungspaste nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
die Mineral-Faser-Matrix thixotrope Eigenschaften und eine gute Zementvorträglichkeit besitzt

Zeichnung