DE3041973A1 - Verfahren zur herstellung von zementmoertel-auskleidungen in metallrohren mit hoher bestaendigkeit gegen rissbildung bei mechanischer beanspruchung - Google Patents
Verfahren zur herstellung von zementmoertel-auskleidungen in metallrohren mit hoher bestaendigkeit gegen rissbildung bei mechanischer beanspruchungInfo
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Description
- Verfahren zur Herstellung von Zementmörtel-Auskleidungen in
- Metallrohren mit hoher Beständigkeit gegen Rißbildung bei mechanischer Beanspruchung Es ist seit vielen Jahren bekannt, Wasserrohre mit Zementmörtel zum Korrosionsschutz auszukleiden. Im allgemeinenwirdhierbei ein Rotationsschleuderverfahren angewendet. So hergestellte Auskleidungen haben z. B. einen Wasserzementwert von etwa 0,4 bei einem Mischungsverhältnis von etwa 2,5. Anforderungen an solche Auskleidungen werden im DVGW-Arbeitsblatt W 342 (1978) beschrieben. Es können aber auch andere Verfahren angewendet werden, bei denen der Zementmörtel nachträglich eingeworfen oder eingemolcht wird, vgl.
- DVGW-Arbeitsblatt W 343 (Entwurf Juni 1980). Ein ähnliches Verfahren wird auch in der DOS 26 20 669 beschrieben.
- Die normale Zementmörtelauskleidung ist gegen die meisten Wässer ausreichend oder vollständig korrosionsbeständig. Bei Transport und Montage aufgetretene kleine Risse in der Auskleidung können in Kauf genommen werden, weil sie im Betriebszustand durch chemische Reaktionen der Bruchflächen mit Komponenten des Wassers ausheilen, vgl.
- 3R-intern. 17, H. 7, S. 448/45F (1978). Bei kohlensäurereichen Wässern, bei sauren Industriewässern bzw. -abwässern und bei solchen Salzwässern, die zementaggressive Stoffe, z. B. hohe Gehalte an Magnesium- und Sulfationen enthalten, kann korrosiver Abrieb auftreten. Dabei können Bestandteile des Mörtels herausgelöst oder umgewandelt werden mit dem Ergebnis, daß die Mörtelstruktur gestört wird. Für solche Medien ist es erforderlich, mit Kunststoffdispersionen legierte Mörtel einzusetzen, die entweder nach der o. g.
- DOS 26 20 669 oder nach der Patentanmeldung P 3010525.0 eingebracht werden. Bei dem letzten Verfahren werden besonders dichte Mörtelstrukturen erreicht, die eine besondere Beständigkeit gegen aggressive Salzsolen haben. Solche legierten Mörtelauskleidungen würden bereits einen idealen Korrosionsschutz darstellen, wenn auch die mechanischen Eigenschaften das Auftreten von Rissen z. B. beim Transport und bei den Montagearbeiten sicher ausschließen würden Dies ist jedoch leider nicht immer der Fall, weil die Auskleidung bei einer Biege-Zug-Festigkeit von etwa 5 N/mm2 Dehnungen des Rohres bei hohen Belastungen, die auftreten können, nicht übernimmt. Dies ist bei Wasserrohren wegen des o. g. Selbstheileffektes technisch aber unwesentlich, bei Solen dagegen unzulässig. Klaffende Risse in der Auskleidung bei Salzsolen heilen nicht aus und führen zu Korrosionsschäden, vgl. den o. g. Bericht in 3R-intern., 1978.
- Aus diesem Grund müssen solche Rohre sorgfältig gehandhabt und montiert sowie sorgfältig kontrolliert und gegebenenfalls ausgebessert werden. Diesen Nachteil könnte man beheben, wenn es gelingt, eine Auskleidung einzubringen, die wesentlich bessere mechanische Eigenschaften bei Biege-Zug-Beanspruchung aufweist. Dabei ist es wesentlich, daß bei Uberschreiten der Bruchdehnung der Auskleidung keine breiten klaffenden Risse entstehen. Viele sehr enge Risse können nämlich toleriert werden, weil sich solche zusetzen oder mit Korrosionsprodukten zuheilen können.
- Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die konventionellen normalen und legierten Mörtel für Rohrauskleidungen so abzuändern, daß auch bei Biege-Zug-Beanspruchung die Korrosionsschutzwirkung erhalten bleibt. Im wesentlichen geht es hierbei um die Verbesserung der Biege-Zug-Festigkeit. Da diese mechanischen Daten nur unwesentlich durch Änderung der Zementbasis oder des Mischungsverhältnisses beeinflußt werden können, kommen zur Eigenschaftsverbesserung nur mechanisch wirksame Zuschläge in Betracht.
- Zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften wurden vor kurzem im Schrifttum Verfahren beschrieben, die als Basis glasfaserarmierte Zemente mit und ohne Magerungsmittel verwenden, vgl. gwf gas/erdgas 121, H. 7, S. 292/297 (1980). Solche Beschichtungen werden für den Außenschutz von Gußrohren verwendet, wobei entsprechend diesem Anwendungszweck hohe mechanische Beständigkeit gegen Druck und Schlag, nicht aber gegen Biegung und Zug erreicht werden müssen.
- Bei den Anforderungen für die Außenbeschichtung kann die geometrische Ausrichtung der Armierung isotrop sein. Da andererseits für Bodenwässer keine extremen korrosionschemischen Eigenschaften verlangt werden, bestehen keine begründeten Anforderungen an die Verdichtung. Die Beschichtung geschieht durch bloßes Aufspritzen# und genügt den Anforderungen, solange sie dicht und ohne Fehler ist.
- Es wurde nun überraschend gefunden, daß beim Auskleiden von Rohren mit faserarmierten Mörteln eine gleichzeitig dichte und anisotrop armierte Mörtelauskleidung erreicht werden kann. Diese Schicht hat die guten korrosionschemischen Eigenschaften der geschleuderten Mörtel und in der Richtung parallel zur Rohroberfläche außerordentlich gute Werte der Biege-Zug-Festigkeit in der Größenordnung um ~2 30 N mm . Die Wirkung der Faserarmierung kann noch verbessert werden, wenn die Isotropierung durch geeignetes Rütteln während des Schleuderprozesses verstärkt wird. Dadurch kann auch erreicht werden, daß in den inneren Schichten (Mörteloberfläche) eine Abreicherung und an den äußeren Schichten (Rohrwand) eine Anreicherung der Armierung entsteht, die die erhöhte mechanische Beständigkeit an der die Kraft vermittelnden Rohrwand begünstigt und anderes seits die gute Korrosionsbeständigkeit des Mörtels an der Oberfläche erhält, d. h. es ist an dieser Stelle eine mögliche Verschlechterung der Schutzeigenschaften durch die Faserstoffe nicht in Betracht zu ziehen.
- Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung hochverdichteter armierter Zementmörtelauskleidungen kann wie folgt beschrieben werden: Zement und Sand der Körnung 0,1 bis 1,5 mm werden in einem Massenverhältnis 1:2,5 mit Zugabe von 1 bis 2 Massen-% Armierungsfaser gemischt. Die Zugabe von Anmachwasser richtet sich nach den Zusätzen von Verflüssigern oder Kunststoffdispersionen. Es gibt hier zu die folgenden Anhaltswerte: Zusatz (bezogen auf Zement) Wasser-Zement-Wert a) keinen : 0,50 b) etwa 1 % Verflüssiger (z.B. Melamin-Kondensationsharz) : 0,35 c) etwa 10 % Kunststoffidspersion (z.B. Acrylharz) : 0,32 Die Verarbeitungseigenschaften und der Aufbau des Mörtels können durch silikatische Füllstoffe von 5 bis 30 Massen-% bezogen auf Zement verbessert werden.
- Nach dem Einbringen des Frischmörtels in das ruhende, sich dann langsam drehende Rohr wird die Rotation eingeleitet. Die Umdrehungsgeschwindigkeit wird in den ersten drei Minuten langsam erhöht und dann bei einem Höchstwert gehalten. Die Fliehkraft soll hierbei mindestens die zwanzigfache Erdbeschleunigung, vorzugsweise ein Vielfaches dieses Wertes haben. Zur Steuerung der Entmischung der Mörtelbestandteile und zur Optimierung der geometrischen Ausrichtung der Faserarmierung kann während des Hochfahrens und während des Schleuderns bei hoher Drehgeschwindigkeit Vibration aufgebracht werden. Die optimalen Vibrationskräfte richten sich hierbei nach den Rohrabmessungen und nach den dynamischen Eigenschaften der Schleuderanlage. Diese können zusammen mit dem ohnehin anlagenabhängigen optimalen Rotations-Zeit-Programm durch betriebliche Versuche ermittelt werden. Der Schleudervorgang wird schließlich wie beim Anfahren durch langsames Herunterfahren in 1 bis 3 Minuten beendet.
- Beispiel für eine Zementmörtelzusammensetzung mit hoher mechanischer Beständigkeit: Teile Stoff 220 Quarzsand 0,1 bis 1,5 mm, abgestuft nach Fuller-Kurve 50 Quarzsand H 31 6 Glasfaser 96 Portlandzement 45 F HS 12 EFA-Füller 44 Wasser Beispiel für eine Zementmörtelzusammensetzung mit hoher mechanischer und korrosionschemischer Beständigkeit: Teile Stoff 220 Quarzsand 0,1 bis 1,5 mm, abgestuft nach Fuller-Kurve 50 Quarzsand H 31 6 Glasfaser 96 Portlandzement 45 F HS 12 EPA-Füller 0,2 Melamin-Kondensationsharz 22 Acrylharz-Dispersion mit 50% Feststoff 22 Wasser
Claims (10)
- Verfahren zur Herstellung von Zementmörtel-Auskleidungen in Metallrohren mit hoher Beständigkeit gegen Rißbildung bei mechanischer Beanspruchung.PatentansprUche: 1. Verfahren zur Herstellung von hochverdichteten, mechanisch biegezugfesten Zementmörtel-Auskleidungen in Metallrohren zum Korrosionsschutz gegen Wässer, dadurch gekennzeichnet, daß im Rotations-Schleuder-Verfahren die Mörtel-Mischung mit mineralischen Fasern armiert eingebracht wird.
- 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Gehalt an Mineralfasern 1 bis 5 Massen-# des Feststoffes ist.
- 3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Fasermaterial eine erhöhte Beständigkeit gegenüber alkalischem Angriff hat (z.B. silikatreiche oder zirkonoxidhaltige Gläser).
- 4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß während des Schleuderns innerhalb eines definierten Drehzahlbereiches zur geometrischen Ausrichtung der Armierung Vibratoren zum Einsatz kommen.
- 5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Schleudern und der Einsatz der Vibratoren bei stufenweiser Anderung der Drehzahlen innerhalb bestimmter Taktzeiten erfolgt.
- 6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß dem Mörtel bei einem kleinen Wasserzementwert Betonverflüssiger (z.B. Melaminkondens sationsharz) zur Verbesserung der geometrischen Anordnung der Armierung beigegeben werden.
- 7. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß dem Mörtel bei einem kleinen Wasserzementwert Kunststoffdispersion hoher Alkalibeständigkeit (z.B. Acrylharz) zur Verbesserung der chemischen Beständigkeit des Mörtels zugegeben wird.
- 8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststoffgehalt 3 bis 30% des Zementgehaltes entspricht.
- 9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verbesserung der Kunststoffverteilung oberflächenaktive Füller mit einer Konzentration von 5 bis 30%, bezogen auf den Zementanteil, zugesetzt werden.
- 10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß als Füller Flugstäube aus Hochtemperatur-Schmelzfeuerungen, welche bei Temperaturen von 1600 bis 1700 0C gewonnen werden und einen Glasanteil von etwa 90% enthalten sowie einen puzzolanischen Effekt von 115% aufweisen, zum Einsatz kommen.
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