Neue zementfreie Ringspaltmasse

Wenn beim maschinellen Tunnelvortrieb Tübbinge zur Sicherung der Tunnelröhre eingebaut werden,  entsteht verfahrensbedingt ein Spalt zwischen anstehendem Gebirge und der Tübbingröhre. Zur Kraftübertragung und zur Verminderung von Oberflächensetzungen muss dieser Ringspalt möglichst mit vollständig verfüllt werden. Die dafür verwendeten Verfüllmaterialien werden allgemein als Ringspaltmörtel bezeichnet, wobei man grundsätzlich zwischen sogenannten 1K- und 2K-Ringspaltmörteln unterscheidet. Die 1K-Ringspaltmörtel sind betontechnologisch zusammengesetzt und enthalten Zement, Zusatzstoffe, Gesteinskörnungen und Wasser. Betonzusatzmittel steuern die speziellen Verarbeitungseigenschaften. 2K-Ringspaltmörtel bestehen aus Zement, Bentonit und Wasser. Hier stellen Stabilisatoren die Verarbeitungseigenschaften sicher sowie eine Verarbeitungszeit von 48 bis 72 Stunden ein. Es handelt sich hierbei um Suspensionen mit hohen Mengen an Überschusswasser, die über Kilometer gepumpt werden können und damit vergleichsweise einfach in der Anwendung sind. Im asiatischen Raum werden 2K-Ringspaltmörtel bereits seit vielen Jahren eingesetzt. In Deutschland wurden sie erstmalig beim Emscherprojekt, von der „Arge Emscher BA 40“, eingesetzt. Auch hier war MC-Bauchemie gemeinsam mit der Porr Bau maßgeblich an der Rezepturentwicklung beteiligt. MC lieferte alle notwendigen Additive und stellte die anwendungstechnische Unterstützung sicher.

Beide Verfahren haben ihre Vorteile, lassen sich jedoch nicht bei Durchörterung eines quellfähigen Gebirges, z. B. in anhydrithaltigem Gestein, einsetzen, da sie zementbasiert sind und Überschusswasser an das Nebengestein abgeben. Kommt Anhydrit mit Wasser in Kontakt, entsteht als Reaktionsprodukt Gips. Diese Reaktion geht mit einer drastischen Volumenvergrößerung von ca. 60 % einher. Die damit verbundenen Quelldrücke sind so enorm, dass es zu Hebungen an der Erdoberfläche kommen kann und unterirdische Bauwerke nachhaltig geschädigt oder gar zerstört werden können. Für den Einsatz in anhydrithaltigen Böden muss die Abgabe von Überschusswasser aus dem Ringspaltmörtel an das Nebengestein daher unterbunden werden. Dies ist mit zementgebundenen Baustoffen nicht möglich.

Für diese Zwecke haben MC-Bauchemie und Porr Bau eine völlig neuartige Ringspaltmasse auf Basis eines Geopolymers entwickelt. Als Geopolymere werden anorganische Bindemittel bezeichnet, die keinen Zement enthalten und deren Struktur sich auf Alumosilikate zurückführen lässt. Das Bindemittel der neuen Ringspaltmasse besteht aus Hüttensand und Flugasche. Gesteinskörnungen werden als Stützkorn verwendet. An der Lisene, über die die Ringspaltmasse in den Ringraum eingebracht wird, wird ein Aktivator dazugegeben, der die Reaktion der Bindemittel auslöst.

Weiterhin enthält die Ringspaltmasse unterschiedliche Phosphate, die das Anquellen des Anhydrits unterbinden. Die betonähnlichen Eigenschaften der Ringspaltmasse erlauben die Produktion in einer Transportbetonanlage auf der Baustelle. Die lange Verarbeitungszeit des Materials gibt Tunnelbauern mehr Flexibilität, da die Ringspaltmasse ohne Zugabe des Aktivators über lange Zeiträume ohne Veränderung gelagert werden kann. Die Ringspaltmasse wird zurzeit im anhydritführenden unausgelaugten Gipskeuper des Projektes „Stuttgart 21“ erfolgreich eingesetzt.