DE3616445C1 - Corrosion-resistant pipe consisting of concrete/polymer composite - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein korrosionsbeständiges Rohr aus Polymerbeton nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie ein Verfahren zu seiner Herstellung.The invention relates to a corrosion-resistant pipe made of polymer concrete according to the preamble of the claim 1 and a method for its production.
Insbesondere zum Transport von Flüssigkeiten sind Rohre aus Stahlbeton bekannt. Stahlbeton ist Zementbeton, bei dem eine aus einer Zementschlämpe bestehende Matrix das Bindemittel für die Zuschlagsstoffe darstellt, die nach bestimmten Korngrößen zusammengestellt werden. Stahlbeton rohre erhalten eine Längs- und Ringbewehrung aus Stahl stäben oder -drähten. Zementbeton hat nicht nur die Eigenschaft, mit den Bewehrungselementen aus Stahl einen festen Verbund einzugehen; unter normalen Umständen schützt er die Bewehrungselemente auch vor Korrosion.Pipes are particularly useful for the transport of liquids known from reinforced concrete. Reinforced concrete is cement concrete, at the one consisting of a cement slurry that Represents binders for the aggregates that after certain grain sizes can be compiled. Reinforced concrete pipes are provided with longitudinal and ring reinforcement made of steel rods or wires. Cement concrete doesn't just have that Property with the reinforcement elements made of steel enter into a firm bond; under normal circumstances it also protects the reinforcement elements against corrosion.
Dennoch reicht die Korrosionsbeständigkeit von Zementbeton für den Transport aggressiver Flüssigkeiten nicht aus. Es ist deshalb notwendig, aus Zementbeton bestehende Rohre an der Seite, mit der sie mit der aggressiven Flüssigkeit in Berührung kommen, meist der Innenseite, mit einer korrosionsbeständigen Auskleidung, z. B. aus Kunststoff, zu versehen. Dadurch steigt nicht nur der Aufwand für die Herstellung solcher Rohre, sondern auch ihr Gewicht, das durch die von der Festigkeit des Zementbetons abhängigen Abmessungen der Rohre bedingt ist.Nevertheless, the corrosion resistance of cement concrete is sufficient not sufficient for the transport of aggressive liquids. It is therefore necessary to use pipes made of cement concrete on the side with which they are using the aggressive liquid come into contact, usually the inside, with a corrosion-resistant lining, e.g. B. made of plastic, to provide. This not only increases the effort for the manufacture of such pipes, but also their weight, that by the of the strength of the cement concrete dependent dimensions of the pipes.
Neben Rohren aus Stahlbeton kennt man auch Rohre aus Spannbeton, bei denen die Ringbewehrung und gegebenenfalls auch die Längsbewehrung gegenüber dem Rohrkörper vorge spannt sind. Die Vorspannung eines solchen Rohres kann entweder dadurch erreicht werden, daß auf einen zunächst nicht bewehrten Rohrkörper die Ringbewehrung wendelförmig unter Spannung aufgewickelt wird (GB-PS 6 74 559), wie auch in der Weise, daß das Rohr in einer aus einer Innenform und einer Außenform bestehenden Schalung hergestellt wird, die beide in radialer Richtung aufgeweitet werden können (DE-PS 6 57 155). Dabei wird der Frischbeton nach seinem Einfüllen in die Form durch Rütteln vorverdichtet und sodann die Innenform im Sinne der Vergrößerung ihres Durchmessers aufgeweitet. Die Ringbewehrung wird so von dem vorverdichteten und sich mitdehnenden Beton mitge nommen und gespannt. Der Beton wird in diesem zusammenge drückten Zustand gehalten, bis er so weit abgebunden hat, daß er die erfahrene Verformung beibehält und die Bewehrung in Spannung hält.In addition to pipes made of reinforced concrete, pipes are also known Prestressed concrete, where the ring reinforcement and if necessary also the longitudinal reinforcement compared to the tubular body are tense. The prestressing of such a pipe can either be achieved by first on one unreinforced tubular body the helical reinforcement is wound up under tension (GB-PS 6 74 559), as well in such a way that the tube is in an inner shape and an external form of existing formwork is produced, both of which can be expanded in the radial direction (DE-PS 6 57 155). The fresh concrete is made according to its Filling into the mold pre-compacted by shaking and then the inner shape in the sense of enlarging her Diameter widened. The ring reinforcement is so by along with the pre-compacted and expanding concrete take and excited. The concrete is brought together in this depressed state until it has set so far that it retains the experienced deformation and the reinforcement keeps in tension.
Neben solchen Rohren aus Zementbeton sind vor allem für den Transport aggressiver Flüssigkeiten auch Rohre bekannt, deren Rohrkörper ganz oder in einzelnen Schichten aus Polymerbeton besteht. Polymerbeton ist eine dem Zementbeton vergleichbare Mischung, bei der als Bindemittel für die ebenfalls meist mineralischen Zuschlagstoffe Kunstharze verwendet werden, und zwar meist Epoxydharze, Polyurethan harze, ungesättigte Polyesterharze oder dergleichen. Der Bindemittelanteil schwankt zwischen 5 und 15 bis 25%.In addition to such pipes made of cement concrete are mainly for the transport of aggressive liquids known as pipes, whose tubular body entirely or in individual layers Polymer concrete exists. Polymer concrete is one of cement concrete comparable mixture, in which as a binder for the also mostly mineral aggregates synthetic resins are used, mostly epoxy resins, polyurethane resins, unsaturated polyester resins or the like. The Binder content fluctuates between 5 and 15 to 25%.
Rohre aus Polymerbeton haben den Nachteil, daß sie aufgrund ungünstigen Schwindverhaltens und einer entsprechend großen Ringzugspannung oft schon bei den geringsten Beanspruchungen Längsrisse erhalten. Deshalb wurden solche Rohre auch schon mit einer Bewehrung aus geschnittenen Fasern versehen. So ist ein Rohr bekannt, dessen Rohrwandung aus mehreren Schichten besteht, wobei Schichten aus härtbarem Kunststoff mit annähernd tangential ausgerichteten Verstärkungsfasern mit Schichten aus Polymerbeton und Schichten abwechseln, deren geschnittene Fasern annähernd parallel zur Längsachse des Rohres ausgerichtet sind (AT-PS 3 80 089). Durch die gezielt in den gewünschten Richtungen orientierte Faser verstärkung soll auch bei geringerem Gesamtfaseranteil die gewünschte Festigkeit erzielbar sein.Polymer concrete pipes have the disadvantage that they are due to unfavorable shrinkage behavior and a correspondingly large Ring tension often with the slightest stress Preserved longitudinal cracks. That is why such pipes have already been used provided with a reinforcement made of cut fibers. So a tube is known, the tube wall of several Layers consists of layers of hardenable plastic with approximately tangentially oriented reinforcing fibers alternate with layers of polymer concrete and layers, whose cut fibers are approximately parallel to the longitudinal axis of the pipe are aligned (AT-PS 3 80 089). Through the fiber oriented specifically in the desired directions reinforcement should also with a lower total fiber content the desired strength can be achieved.
Dennoch ist auch bei auf diese Weise mit Faserabschnitten bewehrten Rohren der Materialanteil für den Polymerbeton unverhältnismäßig hoch, da der Bewehrungsanteil rechnerisch nicht erfaßt werden kann und somit die Wanddicke der Rohre nach konstruktiven Grundsätzen bemessen werden muß. Außerdem ist es nicht möglich, derartige Rohre analog wie ein Spannbetonrohr vorspannen zu können, um die Wanddicke weiterhin zu minimieren.Nevertheless, this is also the case with fiber sections Reinforced pipes the proportion of material for the polymer concrete disproportionately high, since the proportion of reinforcement is calculated cannot be detected and therefore the wall thickness of the pipes must be dimensioned according to constructive principles. Furthermore it is not possible to use such pipes analogously to a Prestressed concrete pipe to be able to prestress the wall thickness continue to minimize.
Demgemäß liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, bei einem korrosionsbeständigen Rohr aus Polymerbeton der eingangs angegebenen Art mit möglichst geringen Wanddicken auszukommen und zugleich eine Möglichkeit zu schaffen, um ein solches Rohr im Sinne der Erzeugung einer Druckvor spannung vorspannen zu können.Accordingly, the invention has for its object a corrosion-resistant pipe made of polymer concrete type specified at the beginning with the smallest possible wall thicknesses get along and at the same time create an opportunity to such a pipe in the sense of generating a pressure pre to be able to pretension.
Nach der Erfindung wird diese Aufgabe durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 1 gelöst.According to the invention, this object is achieved by the features of the characterizing part of claim 1 solved.
Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unter ansprüchen.Advantageous further developments result from the sub claims.
Der Grundgedanke der Erfindung besteht darin, den Rohr körper aus Polymerbeton, um ihn im Sinne eines Verbund baustoffes statisch erfaßbar zu machen, mit einer konzentrierten, gerichteten und vor allem durchlaufenden Bewehrung zu versehen, die selbstverständlich in Verbund mit dem Polymerbeton geraten muß. The basic idea of the invention is the tube body made of polymer concrete to form a composite to make building materials statically detectable with a concentrated, directed and above all continuous Reinforcement to be provided, of course, in composite must come up with the polymer concrete.
Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung wird dann erreicht, wenn die Längsbewehrung aus Stäben aus faserverstärktem Kunststoff und die Ringbewehrung aus einem auf die Längsstäbe aufgewickelten Gewebeband aus Faserstoffen besteht. Insbesondere schafft die Verwendung eines Gewebebandes für die Ringbewehrung, das im Verhältnis zu seiner in radialer Richtung gemessenen Dicke eine vergleichsweise große Breite in axialer Richtung aufweist, die Voraussetzung dafür, daß ein solches Rohr aus Polymerbeton in ähnlicher Weise hergestellt werden kann wie ein Spannbetonrohr aus Zementbeton, nämlich in einer aufweit baren Schalung, bei der die Ringbewehrung durch Aufweiten der Innenform nach Vorverdichtung des frischen, noch nicht abge bundenen Materials des Rohrkörpers gespannt wird. Da bei Polymer beton die Matrix durch Reaktion des flüssigen Bindemittels ent steht und nicht infolge von Wasserentzug durch Reaktion mit dem Zement wie bei einem Zementbeton, verfügt das frische Polymer betonsystem über eine hohe innere Schmierung. Durch die ver gleichweise breiten Gewebebänder, deren Abstände noch dazu in Abhängigkeit von der Korngröße des Polymerbetons gewählt werden können, erfährt der innerhalb der Bewehrungslage befindliche Teil des Polymerbetons des Rohrkörpers eine so gute Abstützung, daß die Ringbewehrung beim Aufweiten der Innenform der Schalung einwandfrei mitgenommen wird.A significant advantage of the invention is then achieved if the longitudinal reinforcement consists of rods made of fiber-reinforced Plastic and the ring reinforcement from one to the longitudinal bars wound fabric tape consists of fibrous materials. In particular creates the use of a fabric band for the ring reinforcement, that in relation to its measured in the radial direction Thickness a comparatively large width in the axial direction has the prerequisite for such a tube Polymer concrete can be made in a similar way as a prestressed concrete pipe made of cement concrete, namely in one expanded Formwork, in which the ring reinforcement by expanding the Inner shape after pre-compression of the fresh, not yet removed bound material of the tubular body is tensioned. Because with polymer concrete the matrix by reaction of the liquid binder ent stands and not as a result of dehydration by reaction with the The fresh polymer has cement like cement concrete concrete system with high internal lubrication. Through the ver equally wide fabric tapes, the distances between them in Depending on the grain size of the polymer concrete can be selected can find out who is within the reinforcement layer Part of the polymer concrete of the tubular body such a good support, that the ring reinforcement when expanding the inner shape of the formwork is taken away without any problems.
Als besonders vorteilhaft wird für die Herstellung eines Rohres nach der Erfindung eine Vorrichtung angesehen, wie sie aus der DE-OS 33 25 075 bekannt ist und bei der nicht nur die Innenform einen elastisch verformbaren Innenform mantel aufweist, sonder auch die Außenform, die einen derartigen Mantel innerhalb eines starren einteiligen Außenformmantels aufweist. Dadurch gelingt neben dem durch das Aufweiten der Innenform entstehenden Druck auf den frischen Polymerbeton auch die Anwendung eines äußeren Gegendrucks mit der Folge, daß der Polymerbeton sich während des Erhärtens, das durch Anwendung von Wärme beschleunigt werden kann, unter einem allseitigen gleich mäßigen Druckspannungszustand befindet.Is particularly advantageous for the production of a Tube according to the invention viewed a device as it is known from DE-OS 33 25 075 and not only the inner shape has an elastically deformable inner shape coat has, but also the outer shape that one such a coat within a rigid one-piece Has outer shell. This makes it possible to go through with the expansion of the inner shape resulting pressure on the fresh polymer concrete also the application of an outer Back pressure with the result that the polymer concrete during hardening by the application of heat can be accelerated under an all-round equal moderate compressive stress condition.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird in der nachstehenden Beschreibung an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigtAn embodiment of the invention is in the the following description with reference to the drawing. It shows
Fig. 1 einen Querschnitt durch ein Polymerbetonrohr nach der Erfindung, Fig. 1 shows a cross section through a polymer concrete pipe according to the invention,
Fig. 2 eine Draufsicht auf das Rohr mit einem teilweisen Querschnitt entlang der Linie II-II in Fig. 1 unter Weglassung der Innenschicht, Fig. 2 is a plan view of the pipe with a partial cross section along the line II-II in Fig. 1 with the omission of the inner layer,
Fig. 3 einen Ausschnitt aus dem Querschnitt und Fig. 3 shows a section of the cross section and
Fig. 4 einen Ausschnitt aus dem Längsschnitt in jeweils größerem Maßstab. Fig. 4 shows a detail from the longitudinal section on a larger scale.
Das erfindungsgemäße Rohr (1) besteht aus einem Rohrkörper (2) aus Polymerbeton aus einem entsprechend dem vorge sehenen Verwendungszweck zusammengesetzten Zuschlags stoffgemisch und einem organischen Bindemittel, wie z. B. Epoxydharz, Polyurethanharz, Phenolharz sowie andere, von Raumtemperatur bis ca. 180°C erhärtende Systeme. Der Bindemittelanteil beträgt zweckmäßig zwischen etwa 5 und 15%. Der Rohrkörper (2) kann in an sich bekannter Weise als Muffenrohr mit einem Spitzende und einem Muffen ende zum Stoß durch teleskopartiges Ineinanderschieben oder auch zum Stoß mittels übergeschobener Muffen ausgebildet sein. The pipe ( 1 ) according to the invention consists of a tubular body ( 2 ) made of polymer concrete from a compound aggregate according to the intended use and a mixture of materials and an organic binder, such as. B. epoxy resin, polyurethane resin, phenolic resin and other, from room temperature to about 180 ° C curing systems. The proportion of binder is advantageously between about 5 and 15%. The tubular body ( 2 ) can be designed in a manner known per se as a sleeve pipe with a spigot end and a sleeve end to be pushed together by telescoping, or also to be pushed together by means of pushed-on sleeves.
Der Rohrkörper (2) ist mit einer Längsbewehrung aus Stäben (3) versehen, die im wesentlichen als Hilfsmittel zur Herstellung eines Bewehrungskorbes durch Aufwickeln eines Gewebebandes (4) dienen, das der radialen Vorspannung dient. Die Längsstäbe (3) bestehen aus faserverstärktem Kunststoff mit hohem Faseranteil, wie z. B. Glasfaser, Kohlenstoffaser, Kunststoffaser mit hoher Zugfestigkeit und bekannten Bindemitteln, wie Epoxydharzen, Polyester harzen, Polymethylmetacrylaten oder dergleichen. Das Gewebeband (4), das wendelförmig auf die Längsstäbe (3) aufgewickelt ist, besteht aus hochfester Glasseide, aus Polyaramid-, Kohle- oder Stahlfasern. Es kann unbehandelt oder mit einem zum Bindemittel des Polymerbetons passenden Bindemittel getränkt verwendet werden, um einen optimalen Haftverbund herzustellen. Dabei sollte dieses Bindemittel so eingestellt sein, daß es erst in Verbindung mit dem Polymerbeton nach Aufbringen der Vorspannung erhärtet.The tubular body ( 2 ) is provided with a longitudinal reinforcement made of bars ( 3 ), which essentially serve as an aid for the production of a reinforcement cage by winding up a fabric band ( 4 ) that serves for the radial prestressing. The longitudinal bars ( 3 ) consist of fiber-reinforced plastic with a high fiber content, such as. B. glass fiber, carbon fiber, plastic fiber with high tensile strength and known binders, such as epoxy resins, polyester resins, polymethyl methacrylates or the like. The fabric tape ( 4 ), which is wound helically on the longitudinal bars ( 3 ), consists of high-strength glass silk, polyaramid, carbon or steel fibers. It can be used untreated or impregnated with a binder that matches the binder of the polymer concrete in order to produce an optimal adhesive bond. This binder should be set so that it hardens only in connection with the polymer concrete after application of the prestress.
Für die Vorspannung der Ringbewehrung aus dem Gewebeband (4) ist es notwendig, daß die Steigung (s) in Abhängigkeit von der Breite des Gewebebandes (4) und in Verbindung mit den Festigkeitseigenschaften des Polymerbetons, insbesondere dem Korngrößenverhältnis seiner Zuschlagsstoffe nach den für die Statik erforderlichen technischen Gegebenheiten so gewählt wird, daß nach entsprechender Vorverdichtung der Rohrwand die Ringbewehrung aus dem Gewebeband in Verbin dung mit den Längsstäben (3) ein Gitter bildet, gegen das sich der frische Polymerbeton der innerhalb der Bewehrungs lage liegenden Schicht (2′) abstützen kann, um beim Auf weiten der inneren Schalungsform die Bewehrungslage mit zunehmen.For the prestressing of the ring reinforcement from the fabric belt ( 4 ), it is necessary that the slope (s) depending on the width of the fabric belt ( 4 ) and in connection with the strength properties of the polymer concrete, in particular the grain size ratio of its aggregates according to the statics required technical conditions is chosen so that after appropriate pre-compression of the pipe wall, the ring reinforcement from the fabric band in conjunction with the longitudinal bars ( 3 ) forms a grid against which the fresh polymer concrete of the layer within the reinforcement layer ( 2 ' ) can be supported to increase the reinforcement layer when expanding the inner formwork.
Ein derartiges Rohr kann dann ohne größere Schwierigkeiten in Schalungsformen hergestellt werden, wie sie für die Herstellung von Spannbetonrohren aus Zementbeton bekannt sind. Dabei ist eine Vorspannung der Längsstäbe (3) normalerweise nicht notwendig; diese dienen im allgemeinen nur als Hilfssystem zum Wickeln des Bandes, so daß das geringe Maß an Spannung, das zum Ausrichten und Fixieren des gesamten Bewehrungskorbes ohnehin notwendig ist, ausreicht. Selbstverständlich ist es aber bei entsprechen der Festigkeit der Längsstäbe (3) auch möglich, diese wiederum ähnlich wie bei Spannbetonrohren vorzuspannen.Such a pipe can then be produced in formwork forms, as are known for the production of prestressed concrete pipes from cement concrete, without major difficulties. Preloading the longitudinal bars ( 3 ) is normally not necessary; these generally serve only as an auxiliary system for winding the tape, so that the small amount of tension that is necessary to align and fix the entire reinforcement cage is sufficient. Of course, it is also possible, given the strength of the longitudinal bars ( 3 ), to prestress them in a similar way to prestressed concrete pipes.
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D1 | Grant (no unexamined application published) patent law 81 | ||
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