-
Hintergrund der Erfindung
-
Gebiet der Erfindung
-
Die vorliegende Erfindung bezieht
sich allgemein auf die Instandsetzung oder Reparatur von Abwassersystemkomponenten,
wie zum Beispiel Einstiegsschächten,
Abwasserröhren,
Hebestationen oder Klärbecken,
durch das Aufbringen einer mehrschichtigen Auskleidung. Insbesondere
bezieht sich die Erfindung auf die Instandsetzung solcher Systeme,
bei denen die mehrschichtige Auskleidung aufgespritzt wird und eine
Grundierungsschicht, eine erste Feuchtigkeitssperrschicht, eine
Schaumzwischenschicht und eine zweite Feuchtigkeitssperrschicht
umfasst. Noch spezieller umfasst die Erfindung eine solche Auskleidung,
bei der die Grundierungsschicht aus einem Epoxidharz, die erste
und die zweite Feuchtigkeitssperrschicht aus einer Mischung aus
Polyharnstoff und Isozyanatpolymer und die Schaumschicht aus einem
Polyurethanschaum besteht.
-
Der Verfall von Abwassersystemkomponenten
ist ein ernstes und wachsendes Problem. Diese Komponenten, die ursprünglich in
einer Backstein-, Block- oder Betonkonstruktion gebaut wurden, entwickeln
Lecks, Risse und Löcher
aufgrund der Alterung, Erosion, Korrosion und dem Eindringen von Grundwasser.
Die Leckage aus alten Zugangsschächten
und Abwasserleitungen verschmutzt die Umwelt und kann manchmal zu
katastrophalen Schäden
hinsichtlich der Säuberungs-
und Reparaturkosten führen.
-
Da die Kosten der Reparatur der Komponenten
typischerweise viel geringer als die Kosten des Ersatzes sind, wurden
bisher viele Verfahren zur Reparatur und Instandsetzung von Abwassersystemkomponenten
entwickelt. Zum Beispiel ist es bekannt, Zugangsschächte und
dergleichen durch die Verwendung von Formen und Betonguss auszugießen, wie
das im US-Patent Nr. 5,032,197 (Trimble) gezeigt ist. Da dieses
Verfahren sehr arbeitsintensiv ist, sind viele Verfahren auf aufgespritzte
Auskleidungen gerichtet. Zum Beispiel lehrt das US-Patent Nr. 5,002,438
(Strong) die Verwendung gespritzten Zements zur Bildung einer Auskleidung
innerhalb der verfallenden Struktur. Durch Spritzen aufgebrachtes Epoxidharz,
Acryl- oder Polyurethanauskleidungen sind ebenfalls bekannt, sowie
auch die Verwendung harzgetränkter
Substrate, wie zum Beispiel Filz, wie das im US-Patent Nr. 5,017,258
(Brown et al.) gelehrt ist. Die derzeitigen durch Spritzen aufgebrachten Systeme
leiden unter Problemen aufgrund von Feuchtigkeit, Schichtablösung, Schrumpfung
und struktureller Schwäche,
die aus den typischen Umgebungen resultieren, die bei den Reparaturvorgängen vorgefunden
werden.
-
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden
Erfindung, ein Verfahren zum Reparieren von Abwassersystemkomponenten
vorzusehen, bei dem eine vielschichtige Auskleidung durch Spritzen
aufgebracht wird und nicht unter den Problemen aufgrund von Feuchtigkeit,
Schichtablösung,
Schrumpfung und struktureller Schwäche leidet.
-
Es ist eine weitere Aufgabe, ein
Verfahren vorzusehen, das die strukturelle Integrität der reparierten
Komponente aufgrund der einzigartigen Zusammensetzung der Schichten
innerhalb des vielschichtigen Laminats, das auf die Komponente aufgetragen
wird, erhöht.
-
Es ist noch eine weitere Aufgabe,
ein Verfahren vorzusehen, das unter nassen Bedingungen auf einer
beliebig geformten Oberfläche
angewendet werden kann, die eine beliebige Anzahl von Unregelmäßigkeiten
aufweisen kann, und das eine schnelle Vulkanisierungszeit aufweist.
-
Das US-Patent Nr. 4,016,323 offenbart
eine Laminatstruktur zur Verwendung auf einem Dach zur Verbesserung
der Wasserabdichtung des Dachs.
-
Erfindungsgemäß ist ein Verfahren zur Instandsetzung
von Abwassersystemen, die verwitterte Oberflächen haben, durch Erzeugen
einer steifen vielschichtigen Auskleidung, mit den folgenden Schritten
vorgesehen:
- (A) Säubern der Oberfläche mit
Hochdruckwasser oder Schleifmaterialien;
- (B) Aufspritzen einer Grundierungsschicht auf die Oberfläche;
- (C) Aufspritzen einer ersten Feuchtigkeitssperrschicht auf die
Grundierungsschicht;
- (D) Aufspritzen einer Schaumschicht auf die erste Feuchtigkeitssperrschicht;
- (E) Aufspritzen einer zweiten Feuchtigkeitssperrschicht auf
die Schaumschicht.
-
Die Grundierungsschicht kann auf
eine nasse Oberfläche
aufgebracht werden und ist die Bondierungsschicht zur Abwassersystemkomponente, typischerweise
einer Beton- oder Zementoberfläche, und
die erste und die zweite Feuchtigkeitssperrschicht sind vorzugsweise
aus dem gleichen Material und bilden eine Haut auf beiden Seiten
der innen liegenden Schaumschicht. Die Kombination der Schaumschicht
und der zwei Feuchtigkeitssperrschichten gibt der vulkanisierten
Auskleidung eine strukturelle Festigkeit und Steifigkeit. Bis auf
die Grundierungsschicht sind die Schichten der Auskleidung sämtlich schnell
vulkanisierende Materialien. Vorzugsweise ist die Grundierungsschicht
ein Epoxidharz, die Feuchtigkeitssperrschichten eine Mischung aus
Polyharnstoff und Isozyanat und die Schaumschicht ein Polyurethan.
-
Kurzbeschreibung
der Zeichnungen
-
1 ist
eine perspektivische Schnittdarstellung eines Teils der vielschichtigen
Auskleidung, die auf ein Betonsubstrat aufgetragen ist.
-
Detaillierte
Beschreibung der Erfindung
-
Eine vielschichtige Auskleidung wird
durch Spritzen aufgebracht, wobei die herkömmlichen Druckluftverfahren
verwendet werden, um verwitterte Abwassersysteme oder dergleichen
instand zu setzen. Die Auskleidungskomponenten weisen schnelle Vulkanisierungsraten
auf, und die vulkanisierte Auskleidung gibt den instand gesetzten
Komponenten strukturelle Stärke
und Integrität.
-
Abwassersystemkomponenten, wie zum Beispiel
Zugangsschächte,
Abwasserleitungen, Hebe- oder Pumpstationen und Klärbecken
verwittern und verfallen mit der Zeit, was zu einem Verlust der Integrität und zu
einer Leckage flüssiger
Komponenten in die Umgebung führt.
In gleicher Weise verwittern auch viele andere ähnliche Strukturen aus Beton oder
Metall und müssen
in schneller, wirksamer Weise repariert werden.
-
Wie durch die Schnittdarstellung
in 1 veranschaulicht,
umfasst die Erfindung eine vielschichtige Auskleidung 10,
die auf ein Substrat 20 aus Beton, Backstein, Blockstein,
Metall oder dergleichen aufgebracht wird. Typischerweise ist das
Substrat 20 ein verfallener Zugangsschacht oder eine Abwasserröhre, die
eine unregelmäßige Oberfläche mit Rissen
oder Löchern
aufweist. Die Auskleidung 10 umfasst eine Grundierungsschicht 11,
eine erste Feuchtigkeitssperrschicht 12, eine Schaumzwischenschicht 13 und
eine zweite Feuchtigkeitssperrschicht 14. Die Auskleidung 10 wird
so aufgebracht, dass sie die gesamte Innenoberfläche des Substrats 20 abdeckt,
die üblicherweise
allgemein eine röhrenförmige Konfiguration
hat, auch wenn eine beliebige Form oder Konfiguration möglich ist,
und das Verfahren ist unabhängig
von der bestimmten Form des Substrats 20 anwendbar.
-
Die Oberfläche des Substrats 20 wird
zunächst
unter der Verwendung eines unter Hochdruck stehenden Wassers oder
durch Sandstrahlung vorbereitet, um alle harten Verschmutzungen,
Mikroorganismen oder lebendiges Material, wie Schimmel, Pilze usw.
und sonstige lose verwitterte Materialen des Substrats selbst zu
entfernen. Dieser Abtragungsschritt führt zu einer sauberen Oberfläche mit einer
optimierten Oberfläche
zur Anhaftung der Auskleidung 20. Als Nächstes wird die Grundierungsschicht 11 unter
der Verwendung herkömmlicher Druckluft-Sprühvorrichtungen
durch Sprühen
aufgebracht. Die Grundierungsschicht ist ein Material, das auf dem
Substrat 20 anhaften kann, auch wenn dieses nass ist, und
ist vorzugsweise ein Epoxidharzmaterial. Die Grundierungsschicht 11 wird
in der notwendigen Dicke aufgetragen, um eine Anhaftung der ersten
Feuchtigkeitssperrschicht 12 auf dem Substrat 20 zu
gewährleisten,
und wird allgemein auf eine Trockenfilmdicke von zwischen 0,05 und
0,25 mm (2–10 Mil)
und vorzugsweise auf eine Dicke von ungefähr 0,13 mm (5 Mil) aufgebracht.
Die Grundierungsschicht 11 wird über die ganze zu reparierende
Oberfläche
aufgebracht.
-
Der nächste Schritt ist das Aufspritzen,
wieder unter der Verwendung herkömmlicher
Verfahren, der ersten Feuchtigkeitssperrschicht 12 auf
die Grundierungsschicht 11. Die erste Feuchtigkeitssperrschicht 12 ist
aus einer Polymermischung getrennter Komponenten, die beim Austreten
aus der Spritzdüse
gemischt werden, wobei die Komponenten miteinander reagieren, so
dass sie nach der Vulkanisierung ein hartes Material bilden. Vorzugsweise
wird eine Mischung aus einer Polyharnstoffkomponente und einer Isozyanatkomponente
verwendet, wobei die beiden Komponenten so formuliert sind, dass
sie ähnliche
Viskositäten
aufweisen. Die erste Feuchtigkeitssperrschicht 12 wird
auf eine Trockenfilmdicke von vorzugsweise zwischen 1,02 und 2,03
mm (40–80 Mil)
und noch besser auf eine Dicke von 1,53 mm (60 Mil) aufgetragen.
Das für
die erste Feuchtigkeitssperrschicht verwendete Material sollte eine
Gelierungszeit von weniger als ein paar Sekunden und vorzugsweise
weniger als 3 Sekunden haben, wobei die Gesamtvulkanisierungszeit
weniger als 60 Sekunden und vorzugsweise weniger als 30 Sekunden beträgt, und
sollte während
der Vulkanisierung eine minimale Schrumpfung haben. Diese schnelle
Vulkanisierung ist notwendig, um die Integrität der ersten Feuchtigkeitssperrschicht 12 zu
gewährleisten,
auch wenn sie unter nicht optimalen Bedingungen aufgebracht wird.
Die bevorzugte Mischung aus Polyharnstoff und Isozyanat hat eine
Zugstärke
von mehr als 10,3 MPa (1500 psi) und eine Bruchdehnung von 125%,
eine Reißfestigkeit
von 2,4 MPa (350 psi), eine Shore-Härte D von 55 und einen 100%-Modulus von
mehr als 1500. Die erste Feuchtigkeitssperrschicht 12 ist
für Wasser
und andere Fluide undurchlässig
und ist eine strukturell steife Schicht, die auf dem Substrat 20 anhaftet,
so dass sie auch unter Zugprüfungsbedingungen
von mehr als 2,1 MPa (300 psi) anhaften bleibt. Die erste
Feuchtigkeitssperrschicht 12 wird so aufgebracht, dass
sie die Grundierungsschicht 11 vollständig überdeckt.
-
Beim nächsten Schritt wird wieder
unter der Verwendung herkömmlicher
Verfahren eine innere Schaumschicht 13 durch Sprühen aufgebracht.
Die Schaumschicht 13 ist vorzugsweise aus einer Polyurethanmischung,
die beim Austreten aus der Spritzdüse der Aufbringungsvorrichtung
schnell einen Schaum bildet und vulkanisiert. Vorzugsweise hat das
Schaummaterial eine primär
geschlossene Zellstruktur und eine Aufschäumzeit von weniger als 30 Sekunden
und vorzugsweise weniger als 10 Sekunden. Die Schaumschicht 13 wird
vorzugsweise so aufgebracht, dass dabei eine Trockendicke von mindestens
12,7 mm (500 Mil) entsteht, auch wenn die Schaumschicht 13 insgesamt
oder an ausgewählten Stellen
gegebenenfalls dicker sein kann. Die Schaumschicht 13 erzeugt
nach ihrer Aufbringung eine glatte Innenoberfläche, wobei sie in ihrer Masse eventuell
vorhandene Löcher,
Vertiefungen oder Risse in der Oberfläche des Substrats 20 füllt. Die Schaumschicht 13 hat
vorzugsweise eine Dichte von zwischen 72,1 und 88,1 kg/m3 (4,5–5,5
Pfund pro Kubikfuß),
eine Druckstärke
von zwischen 0,72 und 0,76 MPa (105–110 psi), einen Gehalt geschlossener Zellen
von über
90% und eine Scherfestigkeit von zwischen 1,55 und 1,72 MPa (225
und 250 psi). Wie bei den anderen Schichten wird auch die Schaumschicht 13 über die
gesamte vorherige Schicht aufgebracht.
-
Schließlich wird die zweite Feuchtigkeitssperrschicht 14,
die vorzugsweise aus dem gleichen Material wie die erste Feuchtigkeitssperrschicht 12 ist, über die
gesamte Oberfläche
der Schaumschicht 13 aufgespritzt. Vorzugsweise ist auch
die zweite Feuchtigkeitssperrschicht 14 auf eine Trockenfilmdicke
von zwischen 1,02 und 2,03 mm (40–80 Mil) und noch günstiger
auf eine Dicke von ungefähr
1,53 mm (60 Mil) aufgebracht. Gegebenenfalls kann je nach den Umständen eine
größere Dicke
der ersten Feuchtigkeitssperrschicht 12 und der zweiten
Feuchtigkeitssperrschicht 14 verwendet werden.
-
Die dabei entstehende Auskleidung 10 ist eine
wasserundurchlässige
Sperre, die fest am Substrat 20 anhaftet, die Liquide daran
hindert, aus dem Abwassersystem heraus zu lecken, und auch Grundwasser
daran hindert, in das System einzudringen. Was hinsichtlich der
Langlebigkeit aber noch wichtiger ist, ist die Auskleidung 10 ein
strukturelles Element, das die Komponenten des Abwassersystems stärkt, unabhängig davon,
zu welchem Grad sie schon verfallen waren. Bisher verwendete wasserundurchlässige Auskleidungen,
ob sie aus Epoxidharz, Acryl, Polyurethan oder harzgetränkten Substraten
bestanden, haften nicht fest am Substrat und haben die Tendenz,
sich im Lauf der Zeit abzulösen. Diese
typischen Auskleidungen verstärken
die Systemkomponente nicht oder verleihen ihnen auch keine strukturelle
Festigkeit. Die Vielschichtauskleidung 10 der vorliegenden
Erfindung erzeugt nicht nur eine Liquidsperre, sondern erhöht auch
die Festigkeit der Abwassersystemkomponenten durch Vorsehen eines
Verstärkungselements,
das aufgrund seiner vielschichtigen Zusammensetzung strukturell
steif ist. Die Auskleidung 10 ist eine Platte mit tragender
Außenhaut,
die aus einer strukturell steifen inneren Schaumschicht 13 besteht,
die durch zwei anhaftende Oberflächenschichten
begrenzt ist, die erste Feuchtigkeitssperrschicht 12 und
die zweite Feuchtigkeitssperrschicht 14, die aufgrund der
schnellen Vulkanisierungsrate des Materials, wenn es aufgebracht
wird, unter Spannung stehen. Diese schnelle Vulkanisierungszeit
erlaubt es nicht, dass sich innere Spannungen, die durch die geringfügige Schrumpfung
während
des Vulkanisierens entstanden, entspannen, wie das bei aufgespritzten
Filmen mit langen Vulkanisierungszeiten der Fall ist. Die Prinzipien von
Platten mit tragender Außenhaut,
die in der Bauindustrie für
die Wände
großer
Gebäude
wohl bekannt sind, sehen ein Strukturelement mit erhöhter Biegesteifigkeit
und Integrität
vor, die um ein Vielfaches größer sind
als diejenigen der einzelnen Komponenten für sich. Daher führt die
Kombination der Platte mit tragender Außenhaut, die durch die Vielschichtkombination
der ersten Feuchtigkeitssperrschicht 12, der inneren Schaumschicht 13 und
der zweiten Feuchtigkeitssperrschicht 14 geschaffen wurde,
die an der Abwassersystemkomponente anhaftet, zu einer reparierten
Komponente mit ausnehmend guten strukturellen Eigenschaften aufgrund
der Verstärkungseigenschaften
der Auskleidung 10 und stellt daher gegenüber den
heute gebräuchlichen Systemen
ein erheblich verbessertes System dar.
-
Es versteht sich, dass offensichtlich Äquivalente
und Ersetzungen dem Fachmann bekannt werden. Der wahre Umfang und
die wahre Definition der Erfindung geht aus den folgenden Ansprüchen hervor.