Forschungspaket Brückenabdichtungen - EP 2: Flüssigkunststoff-Abdichtungen, Erfassen des Verbundverhaltens

• Forschungsstelle: ASTRA SBT
• Projektnummer: VSS2006/512_OBF
• Projekttitel Englisch: Bridges research package - EP 2: Liquid applied waterproofing materials, Investigation of bond performance

Schlüsselwörter (Deutsch)

Abdichtungssysteme, Betonbrücken, bitumenhaltige Schichten, Flüssigkunststoffe, Verbund

Schlüsselwörter (Englisch)

Waterproofing systems, concrete bridge decks; asphalt layers, liquid applied waterproofing materials; interface bonding

Kurzbeschreibung (Deutsch)

Die bisher als Flüssigkunststoffe verwendeten Produkte (auf PU-Basis) weisen neben Vorteilen (einfache Applikation im Vergleich zum Aufschweissen bei polymermodifizierten Dichtungsbahnen) den Nachteil einer geringerer Kompatibilität zu bitumenhaltigen Schichten auf. Das bedingt sehr sorgfältiges Arbeiten. Deshalb sind neuere Systeme international im Einsatz (Referenzflächen im Umfang von 100'000 m² für Produkte auf Acrylbasis liegen vor) und stehen auch in der Schweiz vor der Markteinführung. Für einzelne Systeme fehlen noch die nötigen Erfahrungen in der Schweiz, um ihren Gebrauch normativ regeln zu können. Im Interesse der Sicherung einer nachhaltigen Qualität von Brückenbelagssystemen durch die Normierung ist eine ergänzende Forschung zwingend.

11 Aufbauten sind als Platten herzustellen, wobei verschiedene praxisorientierte Konditionierungen bei der Herstellung anzuwenden sind. Zum Prüfen wird bis in den Beton gebohrt, auf die oberste Schicht kann dann das Verbindungsstück geklebt werden, um Zugversuche durchführen zu können. Die Versuche werden bis zum Abreissen durchgeführt, gemessen wird die maximale Zugkraft. Ein entsprechender Versuchsaufbau für den Einsatz In Situ ist bekannt.

An den gleichen Abdichtungen wird der Wasserhaushalt bestimmt, sodass der Wasserhaushalt und resultierender Verbund miteinander verglichen werden können.

Kurzbeschreibung (Englisch)

In this project EP2, the behavior of the water absorption of liquid applied waterproofing systems (FLK) will be investigated. The water absorption of FLK due to rain water, dew and air humidity will be simulated and determined with different storage situations. The influence of the water absorption on the interface bonding between FLK and mastic asphalt (GA) will be investigated using different tests in the laboratory and on bridges. The results of the investigations in the laboratory and in situ will be compared and correlated. Recommendations for the practice will be suggested and the decisive influence factors as well as their characteristic values will be deduced. The characteristic values will form a basis for the fixing of Swiss standard requirements with respect to the EOTA guideline (ETAG 033) for the waterproofing of concrete bridge decks using liquid applied waterproofing materials.

Projektbeschreibung (Deutsch)

Der Wasser- und Feuchtigkeitshaushalt von flüssig aufgebrachten Abdichtungen (FLK) beeinflusst bei der Applikation von Gussasphalt als Schutzschicht den Verbund zwischen Abdichtung und Schutzschicht.

Im Rahmen des Foschungsvorhabens soll der Einfluss der Materialien, der Applikationsbedingungen sowie der Lagerungsbedingungen auf den Wasserhaushalt der Dichtungsschicht sowie auf den Verbund zwischen Abdichtung und Gussasphalt-Schutzschicht abgeklärt werden.

Zur Erreichung der Projektziele sind folgende Parameter und Prüfungen vorgesehen:

Zu untersuchende Flüssigkunststoffe:

Auf dem Schweizer Mark ist eine begrenzte Anzahl von etwa 7 Materialien im Einsatz. Von diesen 7 gelangen auf der Brücke effektiv etwa 3 Materialien zum Einsatz. Die 7 Materialien setzen sich aus 4 Materialien auf PUR-Basis und 3 Materialien auf PMMA-Basis zusammen. 4 Materialien werden gespritzt und 3 Materialien werden gerollt.

Die Forschungsarbeit soll mit 5 Systemen durchgeführt werden: 3 Systeme auf PUR- und 2 Systeme auf PMMA-Basis

Systemvorschlag:

Produkte-/Systemname Stoffbasis Hersteller/Lieferant

Conipur M 800 PUR BASF

StoPur BA2000 PUR STO AG

Sikalastic 821 LV PUR SIKA

Eliminator PMMA Stirling Lloyd

Alsan RS 230 PMMA Soprema AG

Betonuntergrund:

Als Betonuntergrund werden Betonplatten C (0,45) gemäss EN 1766 mit dem Grösstkorn 20 mm verwendet. Die Platten werden bis zur Verwendung bei 80 % relativer Feuchtigkeit gelagert. Damit entsteht im Beton eine Feuchtigkeit die weitgehend der Praxis entspricht.

Herstellbedingungen (Applikationsbedingungen FLK):

Die Materialien werden bei zwei unterschiedlichen Applikationsbedingungen appliziert:
- 50 % relative Luftfeuchtigkeit rF und Temperatur 20 °C
- 80 % relative Luftfeuchtigkeit rF und Temperatur 20 °C
50 % rF wird dabei als Idealfall bewertet, 80 % rF als ungünstige, jedoch übliche Applikationsbedingung.
(Im 2007 wurden von der Meteo Schweiz für Zürich pro Monat die folgenden mittleren Luftfeuchtigkeiten angegeben: 79, 78, 74, 57, 70, 75, 73 79, 78, 81, 81 und 84 % rF).

Lagerungsbedingungen (Situationen):

Die Prüfaufbauten werden nach der Herstellung generell im Klima 20°C/50% rF gelagert.

· Lagerung Situation 1 (Regen am Vortag):
7 Tage Klima 20°C/50% rF / 24 h Wasser / Wasser entfernen (abstreifen) / 24 h Klima 20°C/80% rF /
Applikation Verbindungsschicht / Applikation Gussasphalt

· Lagerung Situation 2 (Tau in der Nacht, Einbau am folgenden Nachmittag):
7 Tage Klima 20°C/50% rF / 4 h Klima 5°C/50% rF / 16 h Klima 20°C/95% rF (Betauung) /
8 h Klima 20°C/80% rF / Applikation Verbindungsschicht / Applikation Gussasphalt

· Lagerung Situation 3 (trocken, ideale Laborbedingungen):
7 Tage Klima 20°C/50% rF / Applikation Verbindungsschicht / Applikation Gussasphalt

· Lagerung Situation 4 (Einbau nach Periode hoher Luftfeuchtigkeit):
7 Tage Klima 20°C/50% rF / 48 h Klima 20°C/80% rF / Applikation Verbindungsschicht /
Applikation Gussasphalt

Anzahl Varianten für Prüfungen im Labor:

Ausgehend von 5 Systemen, 2 Applikationsbedingungen, 4 Lagerungsbedingungen sowie 1 Gussasphalttemperatur (etwa 220 °C) resultieren 40 Varianten.

Anzahl Varianten für Prüfungen in-situ:

Ausgehend von 3 Systemen, 1 Applikationsbedingung (jeweilige Objektbedingungen), 1 Lagerungsbedingungen (jeweilige Objektbedingungen) sowie 1 Gussasphalttemperatur (jeweilige Objektbedingungen) resultieren 3 Varianten.

Prüfaufbauten:

Die folgenden Prüfaufbauarten gelangen zur Anwendung:
· Typ 1: Flüssigkunststoff als freier Film
· Typ 2: Flüssigkunststoff auf Aluminiumfolie appliziert
· Typ 3: Flüssigkunststoff im Systemaufbau
Beton / Grundierung / FLK / Verbindungsschicht / Gussasphalt
· Typ 4: Gussasphalt von Typ 3 entfernt
· in-situ auf Objekten appliziertes System

Prüfmatrix:

Die folgenden Prüfungen an den jeweils aufgeführten Prüfaufbauten sind vorgesehen:

Prüfung	Typ 1	Typ 2	Typ 3	Typ 4	in-situ
Dicke FLK	x	x	x		x
Hohlraumgehalt FLK	x
Wasseraufnahme (nach ETAG 033)	x	x
Ausgleichsfeuchte bei 0% rF	x	x
Ausgleichsfeuchte bei 75% rF	x	x
Ausgleichsfeuchte bei 95% rF	x	x
Härte Shore A	x	x	x		x
Mikrohärte (nach ETAG 033)	x	x
Aschegehalt (Anteil Füllstoffe)	x
Zugeigenschaften (nach ETAG 033)	x
Abreissfestigkeit bei 20°C (nach ETAG 033)			x		x
Abreissfestigkeit bei 5°C (nach ETAG 033)			x
Schubfestigkeit bei 20°C (nach ETAG 033)			x
Schnittbild			x
Fotografische Dokumentation Gussasphaltunterseite nach Tränkung mit UV-aktivem Harz (Sichtbarmachung der Hohlräume)				x
Hohlraumgehalt Gussasphalt Gesamtschicht				x
Hohlraumgehalt Gussasphalt unterste 10 mm				x
Computertomografie Gussasphalt				x
Klimaaufzeichnung bei Applikation und Lagerung	x	x	x		x

Bemerkung:

Je nach Bedarf und Aktualität können einige der aufgezählten Prüfungen durch neue, aussagekräftigere Prüfungen ersetzt werden.

Erwartete Erkenntnisse/ Nutzen, Nutzniesser (Deutsch)

Folgende Erkenntnisse werden von dieser Forschungsarbeit erwartet:

- Wasserhaushalt (Wasseraufnahme und Trocknungsverhalten) von FLK-Abdichtungen auf PUR- und PMMA-Basis

- Einflussfaktoren des Wasserhaushaltes, z.B. Füllergehalt, Porosität, Dicke der FLK

- Beziehung zwischen Wassergehalt in der applizierten FLK und Verbundstärke zur Belagschicht

- Einfluss des Wassergehaltes in der FLK auf die Veränderung der Eigenschaft von der Asphaltschicht

- Aussage einiger Labor- und in situ-Prüfungen zur Erfassung der Einflussfaktoren der Verbundstärke

- Grundlage für einen Vorschlag von Anforderungswerten

Methoden (Deutsch)

Das Vorgehen der Projektabwicklung und dessen Reihenfolge sind im Abschnitt „Forschungsplan, -programm“ stichwörterartig aufgeführt. Die Durchführungsmethoden mit verschiedenen Parametern sind im Abschnitt „Projektbeschreibung“ ersichtlich

Spezielle Geräte und Installationen (Deutsch)

Keine

Allgemeiner Stand der Forschung (Deutsch)

Die beiden Forschungsstellen Tecnotest AG und EMPA sind akkreditierte Prüflaboratorien. Sie weisen langjährige Erfahrungen im Bereich Brückenabdichtungen und Strassenbelägen auf. Beide Forschungsstellen sind zudem in der nationalen und internationalen Normung involviert. Auch gemeinsam haben sie das Projekt „Brückenabdichtungen mit Flüssigkunststoff; Sachstandbericht“ [1] erfolgreich durchgeführt. Dieser Bericht ist im Jahre 2006 publiziert worden (VSS-Bericht Nr. 598), seitdem sind keine neuen Forschungsergebnisse bekannt geworden.

Forschungsresultate mit aussagekräftigen Testreihen und Laborprüfverfahren sind vereinzelt bekannt (z.B. Schweiz, Deutschland, England, nordamerikanischer Raum). Im Abschnitt „Nationale und internationale Literatur“ werden diese Publikationen aufgeführt.

Projektziele (Deutsch)

Das hauptsächliche Ziel des Einzelprojektes ist das Erfassen des Wasserhaushaltes von Flüssigkunststoffen und das Evaluieren einfacher Prüfungen zum Eignungsnachweis und zur Kontrolle von Aufbauten. Das Einzelprojekt hat dazu:

• zu ermitteln, wie sich der Wasserhaushalt von Flüssigkunststoffen auf den Verbund zu bitumenhaltigen Schichten auswirkt
• die angewandten Prüfmethoden in Hinblick auf ihre Eignung, die Systemtauglichkeit zu überprüfen, zu bewerten.
• den Einsatz in Situ zu bewerten
• Vorschläge für Anforderungswerte (im Sinne eines Eignungsnachweises) aufgrund der ermittelten Kennwerte zu formulieren

Projektziele (Englisch)

The main goal of the project is to study/understand the water regime of liquid applied water proofing materials and to evaluate simple tests for the verification of suitability and for assessing the fitness of the system installation. The project will

· investigate the influence of the water regime of liquid applied water proofing materials on the bond to asphalt layers

· evaluate the suitability of applied test methods for the examination and the assessment of the capability of the water proofing system

· evaluate the in situ use of the test methods

propose requirement values (in the sense of the evaluation of the system suitability) based on determined characteristic values

Forschungsplan (Deutsch)

Die Dauer des Forschungsprojektes beträgt 3 Jahre.

· Jahr 1 (2009):

- Start-up Sitzung

- Planung und Organisation der Untersuchungen im Labor

- Beschaffung und Planung der Applikation mit Applikations-Unternehmern

- Durchführen der Untersuchungen im Labor

- Planung der in-situ-Untersuchungen

- Kontaktnahme mit den Bauunternehmungen sowie Bauämtern für die in-situ-Untersuchungen

- Koordination und Informationsfluss mit EP 3, EP 4 und EP 6 über die Zwischen-Erkenntnisse im Labor und über die in-situ-Untersuchungspläne

· Jahr 2 (2010):

- Durchführen der Untersuchungen im Labor

- Auswerten der Untersuchungen im Labor

- Planung der in-situ-Untersuchungen

- Durchführen der in-situ-Untersuchungen

- Auswerten der in-situ-Untersuchungen

- Koordination und Informationsfluss mit EP 3, EP 4 und EP 6 über die Zwischen-Erkenntnisse

· Jahr 3 (2011):

- Auswerten der in-situ-Untersuchungen

- Berichterstattung

- Projektabschluss mit Berichtveröffentlichung

Der Ablauf mit den Meilensteinen der entsprechenden Phasen ist in der folgenden Tabelle ersichtlich.

		Zeitbereich
Pos	Arbeit/Arbeitsphase	Jahr 1				Jahr 2				Jahr 3
1	Start up-Sitzung, Planung und Organisation der Untersuchungen im Labor
2	Beschaffung und Planung der Applikation mit Applikations-Unternehmern
3	Durchführen der Untersuchungen im Labor
4	Auswerten der Untersuchungen im Labor
5	Planung in-situ-Untersuchungen
6	Durchführen in-situ-Untersuchungen
7	Auswerten in-situ-Untersuchungen
8	Berichterstattung
9	Koordination mit EP3, EP 4 und EP6
10	Projektabschluss
	Meilensteine	1					2			3		4

Umsetzung und Anwendungen (Deutsch)

Aus den in diesem Projekt gewonnenen Erkenntnissen werden Empfehlungen für die Anwendung in der Praxis bezüglich Applikation der FLK-Abdichtung und des Belagseinbaus zur Vermeidung von Schäden empfohlen. Dazu werden die für Objektschäden verantwortliche Einflussfaktoren und deren Kennwerte abgeleitet, welche Grundlage für das Festlegen von normativen Anforderungen (im Rahmen der VSS-Normen der EK 5.10) aufgrund der EOTA-Richtlinien für Brückenabdichtungen aus FLK bilden.

Die Umsetzung der Empfehlungen in der Praxis führt zu längeren Nutzungsdauern von Brückenab­dichtungen aus FLK. Dies hat positive Auswirkungen auf den Zustand und Betrieb des Netzes und führt zu einer Reduktion der Baustellenhäufigkeit und der Baustellendauer

Berichtsnummer (Deutsch)

1506

Berichtsnummer (Englisch)

1506

Literatur (Deutsch)

] Hean, S., Partl, M.N., Bernhard, A.: Brückenabdichtungen mit Flüssigkunststoff; Sachstandbericht. Eidg. Verkehrs- und Energiewirtschaftsdepartement. VSS-Bericht Nr. 598 (2006)

[2] Hean, S., Bernhard, A: Brückenabdichtungen mit Flüssigkunststoff. Strasse & Verkehr Nr. 7/8-2008 (2008)

[3] Saarland Landesbetrieb für Strassenbau: Flüssigkunststoff als Abdichtung in Brückenbelägen; Grundlagenforschung, Erfahrungsaustausch und ausgewählte Fällen im Saarland, Juni 2005

[4] Flüeler, P., Langzeitverhalten von Abdichtungssystemen für Tagbautunnel (LABSY-TBT). AGB1998/106 und 1998/202. Bericht-Nr. 573, 2004

[5] Strong, J.C., Water absorption in cold liquid-applied waterproofing, Durability of building and construction sealants and adhesives, ASTM STP 1453, 2004

[6] Wruck, R., Bewährung von Brückenbelägen auf Betonbauwerken. Bericht der Bundesanstalt für Strassenwesen, Heft B35, 2002

[7] Rechsteiner, A., Hessensiegel-Problematik, VBK-Fachtagung "Epoxid-Harz Versiegelung auf Brücken“, November 2000

[8] Eilers, S., Stoll, G.: Bericht der Bundesanstalt für Strassenwesen. Unterreihe Brücken- und Ingenieurbau (2000)

[9] Dohr, G., Erfahrung mit dem Bundessiegel auf Brücken, VBK-Fachtagung "Epoxid-Harz Versiegelung auf Brücken“, November 2000

[10] Magner, J., Epoxidharze für Brückenversiegelungen, Prüfkataloge und Anforderungen in Deutschland, VBK-Fachtagung "Epoxid-Harz Versiegelung auf Brücken“, November 2000

[11] Haasis, J., Abdichten der Brüskentafel, Zeitschrift Strassen- und Tiefbau, Nr. 7/8, 2000

[12] Gruening, R., Leykauf, G., Betondecken auf Brücken, Zeitschrift Strassen- und Autobahn, Nr. 6, 1999

[13] Rookey, R, Bridge protection, International Highways, 76-78, Feb. 1998

[14] Stahel, E., Brückenabdichtungen: Probleme und Lösungen, VBK-Fachtagung "Abdichtungen als Substanz- und Werterhaltung von Bauwerken", Mai 1998

[15] Bickel, D., Sichere Systemlösungen mit Flüssigkunststoffabdichtungen, VBK-Fachtagung "Abdichtungen als Substanz- und Werterhaltung von Bauwerken", Mai 1998

[16] Zippo, A, Hochreaktive Flüssigkunststoffe als polyvalente Abdichtung am Bau, VBK­Fachtagung "Abdichtungen als Substanz- und Werterhaltung von Bauwerken", Mai 1998

[17] Mailvaganam, N. P., Collins, P. G., Lacasse, M. A und Paroli, R. M., The performance of elastomeric parking garage membrane systems, Construction and Building Materials 12, 393-402, 1998

[18] Wilford, M. und Hopper, J., Top deck re-surfacing West Park multi-storey Gar park, Construction Repair, 37-39, Jan/Feb. 1997

[19] Liquid roof coatings provide seamless waterproofing, Building Design & Construction, p.58, Feb.1997

[20] Grantz, W., Tan., L, Sorensen, E und Burger, H., Chapter 4: Waterproofing and maintenance, Tunnelling and Underground Space Technology, Vo1.12, Nr.2, 111-124, 1997

[21] Pfaff, F. A und Gelfant, F. S., Osmotic blistering of epoxy coatings on concrete, Journal of Protective Coatings & Linings, Vol.14, Nr.12, 52-64,1997

[22] Grossmann, F., Budnik, J. und Maass, A, Temperaturbeanspruchung im Beton und Betonersatz beim Einbau von Abdichtungen, Brücken- und Ingenieurbau Heft B15, Bundesanstalt für Strassenwesen, Deutschland, 1997

[23] Hathaway, B, Waterproofing elevated concrete decks beneath wearing surfaces, Concrete, Vol.31 , Nr.3, 21-24, 1997

[24] Batchelor, J., Waterproofing concrete with sprayed acrylics, Concrete, Vol.31 , Nr.3, 18-20, 1997

[25] Hemming, P., Measurement of relative humidity and temperature in new concrete bridges, Durability VTT Symposium, 1997

[26] Bernhard, A, Angewandte Normen, VBK-Fachtagung "Einsatz von Flüssigkunststoffen für die Abdichtung von Brücken", März 1996