Bitumen: Dichtung oder Abdichtung?

Seit 2015 ist das IFB als außeruniversitärer Forschungspartner und Wissensanbieter bei der Abwicklung von Forschungsprojekten mit unterschiedlichem Fördervolumen sehr aktiv. Insbesondere nutzen viele Klein-und Mittelunternehmen (KMU) das FFG-Förderprogramm auf Basis eines Innovationsschecks, mit oder ohne Selbstbehalt. Dieses Programm, im Auftrag des Bundesministeriums für Klimaschutz, Umwelt, Energie, Mobilität, Innovation und Technologie (BMK) und des Bundesministeriums für Digitalisierung und Wirtschaftsstandort (BMDW), ermöglicht den Einstieg in kontinuierliche Forschungs- und Innovationstätigkeit. Im nachfolgenden Bericht zusammengefasst, durfte das IFB für ein Handwerksunternehmen wieder eine Idee weiterentwickeln.

Im vorliegenden Forschungsprojekt „Anschluss an Klemmkonstruktionen – Abdichtungen in Verbindung mit Fest-/Losflanschkonstruktion“ soll die Problematik von in Klemmkonstruktionen fixierten Bitumenabdichtungen aufgezeigt und Verbesserungsmaßnahmen evaluiert werden.

Der Einsatz von Polymerbitumenbahnen zur Feuchtigkeitsabdichtung von Dächern, erdberührten Bauteilen und Ingenieurbauwerken ist weit verbreitet und stellt den Stand der Technik dar. Polymerbitumenbahnen müssen an Konstruktionsbauteilen, wie z. B. Dehnfugenkonstruktionen bei Gebäudeabschnitten oder Öffnungen innerhalb von Bauwerken, wie etwa Entwässerungsrinnen mit Klemmflansch, Wasser „hinterlaufsicher“ verwahrt (fixiert) werden. Vielfach übernehmen diese mechanische Verwahrung sogenannte aus Stahl gefertigte Fest-Losflansch-Konstruktionen auch gegen Abgleiten (vertikale Belastungen) oder Verschieben (horizontale Lasteinwirkung wie z. B. Schubkräfte).
Bekannt ist, dass Polymerbitumenbahnen aufgrund ihres plastischen Verhaltens einer Materialverformung im Zuge von Druckbelastung unterliegen. Verstärkt wird dieser Effekt, wenn Wärme (etwa Sonneneinstrahlung) auf die Polymerbitumenbahnen einwirkt.

Das einreichende Unternehmen hat im Zuge von Bauwerksabdichtungsarbeiten bereits mehrfach die Erfahrung gemacht, dass Klemmverbindungen in Kombination mit Polymerbitumenbahnen, die zum Zeitpunkt der Montage fachgerecht durchgeführt wurden, nach unbestimmter Zeit und verstärkt durch Temperatureinfluss (z. B. Aufbringen von Asphaltheißmischgut) funktionsuntauglich wurden. Konkret berichten auch andere ausführende Unternehmen, dass sich das Anzugsmoment von Klemmverbindungen im Zeitverlauf verringert hat. Häufig sind diese Klemmprofilanschlüsse nach Fertigstellung des Bauwerks nicht mehr zugänglich und können auch keiner Funktionskontrolle oder Wartung unterzogen werden. Erst durch Bauschäden wird man auf das Versagen der Anschlusskonstruktionen aufmerksam.

Die Idee des einreichenden Unternehmens ist es, die übliche Klemmung von Polymerbitumen durch streifenförmige Kunststoffbahnen zu substituieren.
Vom IFB als Forschungsdienstleister wurden bei diesem Forschungsprojekt folgende Leistungen erwartet:
Unterstützung bei der Entwicklung eines Abdichtungsanschlussverfahrens an Klemmflansche, die keinem relevanten, temperaturbedingten Verlust der Klemmwirkung unterliegen. Dazu sollen streifenförmige Kunststoffbahnen mit unterschiedlicher Konfektion herangezogen werden (bei Wasserkontakt aufquellenden Kunststoffbahnenstreifen, ein- oder beidseitig kaltselbstklebend kaschierte Kunststoffbahnenstreifen, mehrlagig verlegte Kunststoffbahnenstreifen).
Sichergestellt werden muss weiters, dass zwischen dem im Klemmflansch vorgesehenen Kunststoffbahnenstreifen, eine wasserdichte Verbindung zu den anschließenden, flächig verlegten Polymerbitumenbahnen möglich wird.

Zur Verfügung stand eine Metallrinne mit beidseitigen Metallklemmflansch. Zielsetzung war, auf einem Metallflansch zwei Bitumenlagen aufzuflämmen und am anderen Flansch eine Lage Butyl-Kunststoffbahn aufzukleben. Mit dem Losflansch wurden beide Abdichtungsstoffe geklemmt. Anschließend brachte man Gussasphalt mit einer Temperatur von rund 230° C auf die Klemmkonstruktion auf.
Nach einer Abkühlphase erfolgte die Prüfung des Anzugsmomentes. Beim Bitumenbahnenanschluss konnten die Befestigungsmuttern mit der Hand nachgezogen werden. Beim Kunststoffflansch war eine Anzugfestigkeit der Muttern von 20 – 32,5 Newtonmeter festzustellen.

Die Rahmenbedingungen für den Anschluss an Klemmkonstruktionen, insbesondere Abdichtungen in Verbindung mit Fest-Losflanschkonstruktion, wurden vom IFB erhoben. Diese beinhalteten neben den technischen Zielen auch die technischen Komponenten zu beleuchten.

• Bei der Klemmung von Polymerbitumenbahnen in Fest-/Losflanschkonstruktionen war deutlich wahrzunehmen, dass bereits kurzfristige Materialstauchung zur Verformung der Polymerbitumenbahnen führen, wodurch wiederum dass für die Stauchung verantwortliche Anzugsmoment abnimmt. Temperatur beschleunigt diesen Prozess bzw. führt zum Totalverlust des Anpressdrucks (siehe bei Gussasphalt 230° C).
• Polymerbitumenbahnen können aufgrund der Materialeigenschaften nicht gleichzeitig die Funktion einer Dichtung und einer Abdichtungsschicht übernehmen.
• Bei den im Evaluierungsverfahren verwendeten Butyl-Kunststoffbahn war nur unter Temperatureinfluss, etwa bei > 40° C, eine Reduktion des Anpressdrucks und somit des Anzugsmoments am Klemmflansch festzustellen. Mit 60 N/m lag das Anzugsmoment aber noch immer um 20 Prozent höher als der Ausgangswert von Polymerbitumenbahnen (50N/m).
• Butyl-Kunststoffbahnen in angewendeter Form können aufgrund der Materialeigenschaften sowohl die Dichtfunktion am Klemmflansch als auch die Abdichtungsschicht übernehmen. Aufgrund der geringen Dicke der Klebeschicht ist das temperaturbedingte Verdrücken des Klebermaterials im Klemmbereich als sehr gering zu beurteilen, was durch den geringen Anzugswinkel nach Temperaturlagerung untermauert wird (Anziehen der Befestigungsmittel mit dem Drehmomentschlüssel bis zum ursprünglichen Anzugsmoment).
• Die Verbindung zwischen Polymerbitumenbahnen und Kunststoff-Butylbändern ist langfristig praxiserprobt.
• Unter Wasserkontakt quellfähige Kunststoffbahnenstreifen in eine Fest-/Losflanschkonstruktion einzuklemmen wäre theoretisch möglich, in der Praxis ist jedoch die Verbindung mit flächigen Abdichtungssystemen, wie beispielsweise Polymerbitumenbahnen, die mit offener Flamme verarbeitet werden, vorab als problematisch einzustufen. Praxisversuche sind notwendig.
• Kunststoffbahnen mehrlagig verlegt bringen im Klemmbereich von metallischen Fest-/Losflansch-Konstruktionen keine Vorteile, da im Regelfall eine geringere Dichtungsdicke von Vorteil ist.