ALLES ING! Forschung
Mein Thema: Ringspaltmörtel beim maschinellen Tunnelbau

27.10.2015

Bou-Young Youn forscht am Lehrstuhl für Baustofftechnik an besseren Rezepturen für Mörtel im Tunnelbau - in ihrer Freizeit geht es um die Rezepturen beim Backen. Fast am Ende ihrer Doktorarbeit gibt sie uns hier einen tollen Einblick in ihr Forschungsvorhaben!


Mein Thema
Der Titel meiner Dissertation lautet „Untersuchungen zum Fließ- und Entwässerungsverhalten sowie zur Scherfestigkeitsentwicklung von einkomponentigen Ringspaltmörteln im Tunnelbau“.
Die Dissertation entstand im Rahmen des Teilprojekts B3 „Ringspaltmörtel – Entwicklungen unter Berücksichtigung der verschiedenen Interaktionen mit dem Gebirge und Tübbingausbau“ des Sonderforschungsbereichs (SFB) 837, gefördert von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG).

Fachbereich/Lehrstuhl
Seit 2008 arbeite ich als wissenschaftliche Mitarbeiterin am Lehrstuhl für Baustofftechnik der Fakultät für Bau- und Umweltingenieurwissenschaften. Prof. Breitenbücher gab mir früh die Möglichkeit, neben meiner Dissertation im Fachgebiet „Tunnelbau“ auch Forschungsvorhaben in anderen Bereichen der Beton- und Baustofftechnologie eigenständig wissenschaftlich zu bearbeiten. Durch den SFB 837 entstand auch eine enge Kooperation mit anderen wissenschaftlichen Mitarbeitern nicht-konstruktiver Fachgebiete, wie z.B. Grundbau oder Kontinuumsmechanik, der Fakultät für Bau- und Umweltingenieurwissenschaften.

Wissenschaftliche Motivation
Im maschinellen Tunnelbau verbleibt verfahrensbedingt zwischen der Tübbingauskleidung und dem Boden ein Hohlraum mit einer Dicke von meist 10 bis 20 cm. Dieser sogenannte Ringspalt ist unmittelbar nach dem Einbau der Tübbinge mit einem geeigneten Verpressmaterial (Ringspaltmörtel) vollständig zu verfüllen, um die Tübbingringe lagegerecht zu stabilisieren und gleichzeitig Setzungen an der Geländeoberfläche zu minimieren. Wesentliche Anforderungen an Ringspaltmörtel sind zum einen eine hohe Fließfähigkeit und eine Verarbeitbarkeit über mehrere Stunden, zum anderen eine rasche Entwicklung der notwendigen Scherfestigkeit unmittelbar nach dem Verpressen. Letzteres wird meist durch Auspressen von Wasser aus dem Mörtel in den umliegenden Boden unter Druck erzielt. Folglich werden an den Ringspaltmörtel zwei einander nahezu entgegenstehende Anforderungen gestellt.
Bislang wurden Ringspaltmörtel fast ausschließlich auf empirischer Basis festgelegt. Gezielte Studien, in denen der Mörtelaufbau hinsichtlich seiner für die Scherfestigkeit notwendige Entwässerungsfähigkeit untersucht wurde, fehlen weitgehend.

Wesentliches Ziel meiner Forschungsarbeit ist es, die Zusammenhänge zwischen den Kenngrößen der einzelnen Ausgangskomponenten sowie der Zusammensetzung des Mörtels und den damit erreichbaren Eigenschaften systematisch zu untersuchen.
Anhand der gewonnenen Erkenntnisse können einschlägige Mörtelrezepturen zielgerichteter für die Ringspaltverpressung konzipiert, i.e. sowohl auf die geologischen als auch bautechnischen Randbedingungen, abgestimmt werden.

Vorgehen
Voraussetzung für das Gelingen meiner Forschungsarbeit waren eigene experimentelle Untersuchungen. Hierfür wurden Mörtelrezepturen unter Variation relevanter material- und einbauspezifischer Parameter im Hinblick auf die jeweils anzustrebenden Eigenschaften – Fließ- und Entwässerungsverhalten sowie Scherfestigkeitsentwicklung – des Mörtels systematisch untersucht. Neben standardisierten Untersuchungen zur Bestimmung der Konsistenz hinsichtlich der Fließfähigkeit des Mörtels wurden die Untersuchungen zum Entwässerungsverhalten mit einer modifizierten Filterpresse durchgeführt, um die Bedingungen im Ringspalt mit einer Dicke von bis zu 20 cm praxisnah zu simulieren. Dabei wurde die Filtratwasserabgabe, einschl. zeitlicher Effekte, unter einem definierten Verpressdruck und einer definierten Filterpermeabilität ermittelt.
Durch den intensiven Wissensaustausch im Rahmen des SFB 837 konnte ich u.a. komplexe wissenschaftliche Fragestellungen auch mit interdisziplinären Ansätzen verfolgen.
So wurden an den entwässerten Proben die Scherfestigkeiten mit einer Flügelsonde bestimmt, welche primär im Fachgebiet „Grundbau und Bodenmechanik“ zum Einsatz kommt. Dabei wurden die Flügel bereits vor Beginn der Entwässerungsversuche in unterschiedlichen Tiefen der Mörtelprobe eingebaut, um einen Zusammenhang zwischen der Scherfestigkeit und einem Entwässerungsgradienten im Mörtel zu erfassen.
Die daraus gewonnenen Ergebnisse wurden sowohl auf nationalen als auch internationalen Fachkonferenzen präsentiert und mit Kollegen aus Wissenschaft und Industrie diskutiert. In dem Zusammenhang wurden die Ergebnisse in den einschlägigen Tagungsbänden und Fachzeitschriften publiziert und werden auch in meiner Dissertation verwertet. Aktuell schreibe ich meine Arbeit zusammen.

Mit der finanziellen Förderung meiner Arbeit durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) sowie den versuchstechnischen Möglichkeiten am Lehrstuhl für Baustofftechnik mit der fachlichen Unterstützung von Prof. Breitenbücher konnte ich uneingeschränkt forschen und die gewonnenen Erkenntnisse austauschen sowie veröffentlichen.

Mein Ausgleich
Wenn ich nicht forsche, verbringe ich so viel Zeit wie möglich mit meiner Familie und meinen Freunden, gehe ins Theater, besuche Konzerte und backe zur Entspannung.


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