-
Die Erfindung betrifft eine Schutzverkleidung
-
für durch Abrasion und/oder Kavitation beanspruchte Bauteile insbesondere
im Wasserbau.
-
Insbesondere im Wasserbau ist stets mit einer besonders starken Beanspruchung
der Baukörper durch"G,eschiebeführung, also Abrasion, u.U. aber auch durch schnellfließendes
Wasser und der dadurch zu rechnen. Solche exponierten Bauteib durchinehr.oder weniger
abriebfeste Verkleidungen, wie z.B.
-
aus Naturstein (Granit), vergütetem Beton und in,le,jtzt,,çr ist'
Zeit manchmal auch durch Kunstharzbeschichtungen geschützt.
-
Schutzschichten auf Kunststoffbasis, insbesondere Mehrkomponentensysteme,
die an Ort und Stelle hergestellt, d.h. gemischt und dann auf den zu schützenden
Bauteil aufgebracht werden, sind zwar an sich gut abriebfest, sie besitzen jedoch
eine Reihe von erheblichen Nachteilen.
-
Bei Flüssigkunststoffbeschichtungen ist auch bei sogenannten Dickschichtsystemen
auf senkrechten Flächen eine Schichtstärke über 1 mm problematisch. Man ist also
gezwungen, bei einer Gesamtbeschichtungsstärke von etwa 3 mm, wie sie auch auf Grund
der geforderten Abriebwerte im Bezug auf eine wirtschaftlich vertretbare Lebensdauer
erforderlich zu sein scheint, 2 - 3 Schichten übereinander aufbauen zu müssen.
-
Sollen nun die einzelnen Schichten untereinander eine unlösbare Bindung
eingehen, was für die Lebensdauer einer solchen Beschichtung unumgänglich notwendig
ist, so müssen die einzelnen Schichten frisch in frisch aufgebaut werden. Das heißt,
daß die untere Schicht zwar bereits auszuhärten beginnt, also schon eine gewisse
Tragfähigkeit besitzt, aber eine noch klebrige Oberfläche haben muß. Dieser Zeitpunkt
ist
vom entsprechenden Harz/Härter-System, vor allem aber den jeweiligen Umgebungsverhältnissen
insbesondere der Temperatur (Untergrund und Luft) abhängig und daher standigen Schwankungen
unterlaufen. In der Regel liegt er zwischen 0,3 bis zu mehreren Stunden. In der
Praxis bedeutet dies aber, nachdem solche Arbeiten ja fast immer in einer rauhen
Baustellenatmosphäre im Freien oder eventuell im Stollen, in ungünstigen Fällen
sogar im Hochgebirge, vorgenonen worden müssen, daß neben den Temperaturschwankungen
auch mit vielen anderen ungünstigen Begleiterscheinun $ zu rechnen ist. Es lassen
sich z.B. Luftverschmutzungen, wie Staub, Abgase usw. nicht vermeiden, die auf durch
längere Zeit frei liegenden weichen bzw. klebrigen Beschichtungsoberflächen zu haftungsstörenden
Ablagerungen führen können.
-
Plötzlich einsetzender Regen oder Schneefall, der Ausfall von Strom,
Licht, Druckluft und vieles mehr, führen außerdem sehr oft zu längeren, ungewollten
Arbeitsunterbrechungen; vor allem wenn Beschichtungssysteme mittels geeigneter Spritzanlagen
aufgebracht werden. In diesem Fall ist zusätzlich noch mit Ausfall der meistens
sehr komplizierten Maschinen zu rechnen.
-
Dies bedeutet aber, daß sich zu den Haftungsproblemen zwischen den
einzelnen Schichten, hervorgerufen durch Schmutzablagerungen, Zerstörungen der noch
nicht vollständig erhärteten Schichten durch Regen oder Schnee gesellen und sich
zwangsweise immer wieder ein vollständiges Erwarten von Zwischenschichten durch
unvermeidliche Arbeitsunterbrechungen ergibt.
-
Hieraus ergeben sich jedoch weitere kaum zu beherrschende Probleme.
Auf vollständig erhärteten Kunstharzschichten ist keine ausreichende Haftung mehr
zu erzielen. Versuche, solche Flächen mit Lösungsmitteln anzulösen, haben gezeigt,
daß dies sehr heikel ist, da eventuell
noch mehr zerstört werden
kann bzw. sind sie auf senkrechten Wänden überhaupt gescheitert. Aber auch ein mechanisches
Anschleifen ist nicht hundertprozentig, da durch Unebenheiten in der Unterlage schwerlich
die gesamten Flächen erreicht werden. Die durch solche Maßnahmen anfallenden Kosten
sind aber auf alle Fälle enorm hoch.
-
Ein weiterer, sehr wesentlicher Nachteil sind die bei diesen Systemen
kaum zu umgehenden Schichtstãrkenunterschiede, man muß sich damit abfinden, daß
es in einer beschichteten Fläche auch Stellen gibt, die nicht die vorgesehene Stärke
aufweisen. Ebenso hat sich in der Praxis gezeigt, daß im Falle von z.B. mechanischen
Beschädigungen während des Betriebes diese nun von der Schadstelle ausgehend ständig
größer werden. Darüber hinaus besteht noch die Gefahr, daß die Kunststoffsysteme
auf der Baustelle unsachgeiäß vorbereitet, z.B. nicht in den vorgeschriebenen Verhältnissen
gemischt werden.
-
Es besteht daher Bedarf an einer einfach und problemlos zu handhabenden
bzw. verlegbaren Schutzverkleidung, bei welcher die oben aufgezeigten Nachteile
nicht auftreten und die dennoch ausgezeichneten Schutz vor Abnützung durch Abrasion
und/oder Kavitation zeigt.
-
Erfindungsgemäß wird dies durch eine Schutzverkleidung erreicht,
die sich durch Platten aus durch Glasfasern od. dgl. verstärktem Kunstharz und eine
zwischen den Platten und dem zu schützenden Bauteil angeordnete Schicht aus einem
Kleber kennzeichnet.
-
Die erfindungsgemäße Schutzverkleidung bietet die Möglichkeit der
Herstellung einer Verschleißschutzschichte auf trockenem und feuchtem Unterbeton.
Die z.B.
-
ca. 50 x 50 cm großen Einzelplatten bieten gegentiber einer
durchgehenden
Kunstharzschichte den Vorteil der einfacheren und technisch besseren Verlegung,
einer genau definierten Stärke der Verschleißschutzschichte und einer sehr guten
Ausbesserungsmöglichkeit. Die entstehenden Fugen verursachen keine Verschlechterung
der Abriebfestigkeit. Unebenheiten des Unterbetons können mit einem Reparaturmörtel
ausgeglichen werden. Aufgrund der Versuchsergebnisse reicht die Haftfestigkeit des
Systems auch bei Frost-Taubeanspruchung bzw. Schlagbeanspruchung bei grobkörnigem
Geschiebe aus, so daß das System für stark beanspruchte Verschleißschichten geeignet
erscheint.
-
Die geringe Stärke des gesamten systeFsGvonnur 3 - 5 mm ermöglicht
das nachträgliche Aufbringen auf stark verschleißbeanspruchte Betone, wobei bei
leicht abgeschliffenen Betonen infolge Geschiebe nach Entfernung der oberflächlich
liegenden Fein-Mörtelschichte (Zementschlämme) sehr gute Haftfestigkeiten erzielt
werden können.
-
Gegenüber dem bisher ausgeführten Hartbeton bietet das System den
Vorteil der zeitunabhängigen und qualitätsgerechteren Ausführungsmöglichkeit (keine
Qualitätsunterschiede bei der Herstellung, die bei der Ausführung des Hartbetons
aufgrund der meist verwendeten volumsmäßigen Dosierung in einfachen Mischanlagen
immer wieder auftreten).
-
Die fabriksmäßig, also unter optimalen Voraussetzungen, z.B. aus
einem heißhärtenden Epoxidharzsystem hergestellten, glasgewebeverstärkten Platten,
haben völlig gleichmäßige Qualität und erreichen wesentlich höhere Festigkeitswerte,
wie sie von kalthärtenden Systemen selbst bei optimalen Voraussetzungen nie erreicht
werden können.
-
Mit der jeweils gewählten Plattenstärke ist ferner die absolut gleichmäßige
Mindestbeschichtungsstärke gegeben.
-
Durch den Kleber wird dieses System noch um mind. 1,0 mm stärker.
Alle Unebenheiten im Untergrund werden gleichzeitig ausgeglichen.
-
Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Ve
teidung beschrieben und deren,Verschleißfestigkeit und weitere interessante Eigenschaften
bekannten Verschleißschichten gegenübergestellt.
-
Die PLatten der Schutzverkleidung werden aus einem Epoxidharz - an
sich kann auch ein anderes R«rz, z,B.
-
ein Polyesterharz verwendet werden - auf Basis Bisphenol -A und einem
aromatischen Aminhärter in Verbindgn,g ,tt Glasfaserverstärkungsmaterialien hergestellt.
Als Glasfaserverstärkungsmaterialien wurden fadenverstärkte Glasvliese mit einem
Flächengewicht von 90 g/m2 und/oder,Glasseidengewebe mit einem Flächengewicht von
390 g/m² mit einer Kunststoffschichte I 550 und Doppelköperbindung verwendet.
-
Die Vliese und Gewebe werden im Imprägnierturm mit dem Harz getränkt
und kurze Zeit bei ca. 150° C getempert. Danach erfolgt eine Abkühlung im Kühlraum
auf 50 C.
-
Je nach erforderlicher Plattenstärke werden nun 3 - 7 solcher harzgetränkter
Vlies- und/oder Gewebeplatten bei einer Temperatur von ca. 1500 C und einem Druck
von mind.
-
10 kp/cm2 während einer Dauer von ca. 30 Minuten zu einer homogenen
Platte zusammengepreßt. Nach Auskühlung werden die Platten einseitig, zum Zwecke
guter Haftung mit dem Kleber, geschliffen (Endstärke z.B. 1,0 bis 5 mm, bevorzugt
1,5 bis 3 mm) und auf jeweiliges Plattenformat (z.B. 50 x 50 cm) beschnitten.
-
Die Verlegung der Platten auf den Bauteil ist sehr einfach.
-
Um Frostschäden auszuschließen, sollte der Beton auf alle Fälle frostbeständig
ausgeffihrt und eine Mindestdruckfestigkeit von 200 kp/cm² aufweisen.
-
Die Oberflãchenvorbehandlung des Betons besteht darin, daß Schalungsgrate
entfernt und Locher ait eine Durchmesser über 10 mm vorher verschlossen werden.
Ebenso müssen Schalölrückstände oder dicke Sementsdhlãm schichten vorher mechanisch,
z.B. durch Drantbürsten oder as besten durch Sandstrahlen, entfernt werden. Der
Untergrund soll auch frei von sonstigen gröberen Verunreinigungen, wie z.B. Staub,
Schlamm, Algen usw., sein. Feuchtigkeit spielt dagegen keine Rolle.
-
Auf den Untergrund wird nun mittels großen Spachteln oder Traufeln
der zuvor gesäß Verarbeitungsanleitung gemischte Zweikomponenten-Eposid-Rleber so
dAnn wie möglich (ca. 1 mm), aber auf alle Fälle voll deckend und möglichst gleichmäßig
stark, aufgespachtelt. In diesen frisch aufgetragenen Kleber werden nun sofort die
Platten mit der aufgeschliffenen Fläche eingepreßt. Bei sehr rauhen Unterlagen empfiehlt
es sich, auch auf die Platten vorher dünn Kleber aufzuspachteln.
-
Die Fugen zwischen den Platten können von ca.
-
1,0 mm aufwärts in der Breite weitgehendst beliebig gewählt werden.
Durch das kräftige Einpressen der Platten wird sich der Überschußkleber in den Fugen
ausquetschen. Dieser ttberschußkleber wird mittels schmäleren Spachteln (Breite
ca.
-
40 - 50 mm) plan mit den Platten abgezogen. Es ist dabei von Vorteil,
wenn die Fugen hohlraumfrei ausgefüllt sind.
-
Allfällige Lufteinschlüsse unter den Platten (kleinere
Hohlräume)
haben sich nicht als Nachteil bzw. Qualität minderung herausgestellt.
-
Nachdem der Kleber in erster Linie das Verbindungselement Untergrund
- Platte darstellt, kann man eigentlich von einem einschichtigen Beschichtungssystem
sprechen.
-
Dadurch kann es auch keine Haftungsprobleme durch Arbeitsunterbrechungen
wie bei den bekannten Kunstharz schichten geben und außerdem ist der gegen Umwelteinflüsse,
wie Regen, Schnee, Staub, plötzlichen Temperatursturz usw. bis zur Aushärtung empfindliche
Kleber jeweils durch das Abdecken mit der Platte geschützt. Kleber wird jeweils
nur so viel aufgespachtelt, wie unmittelbar darauf Platten verlegt werden können.
Es gibt also auch immer einen exakten Arbeitsabschluß bei Unterbrechungen und bei
Wiederbeginn nie das Problem, auf bereits ausgehärteten Kunstharz schichten weiterarbeiten
zu müssen.
-
Die Vielzahl macht es erforderlich, vergleichende Untersuchungen
sowohl über die Qualität als auch die Wirtschaftlichkeit anzustellen.
-
Als Kriterien für die vergleichenden Untersuchungen der bekannten
für Verschleißschichten zur Verfügung stehenden Materialien und der erfindungsgemäßen
Schutzverkleidung werden folgende Punkte gewählt: Beständigkeit gegen Abrieb und
Kavitation, Schlagfestigkeit, Haft- und Scherfestigkeit nach Frost-Tauwechsel-Beanspruchung
sowohl auf trockenem als auch feuchtem Untergrund, baustellengerechte Verlegbarkeit,
technische einwandfreie Reparaturmöglichkeit und Preis.
-
Die Prüfung der Abriebfestigkeit - Abrasion -erfolgt üblicherweise
nach den bekannten Methoden von Boehme und Pauschinger. Diese Prüfverfahren sind
nicht geeignet, die Abrasion wiederzugeben, wie sie durch die Beanspruchung im Wasserbau,
durch die Geschiebeführung mit den schlagenden und reibenden Kräften teilweise in
Verbindung mit Kavitation, entstehen.
-
Von den Osterr. Donaukraftwerke AG., Materialprüfwesen, wurde schon
vor über 20 Jahren eine Prüfmaschine entwickelt, gebaut und als Geschiebetrommel
eingesetzt, die wie folgt funktioniert: In eine sich um eine horizontale Achse drehende
Trommel, ca. 1 m Durchmesser, werden die Prüfkörper mit der Größe 47 x 47 cm eingespannt.
In das Trommelinnere werden 15 kg Quarz-Monokorn von 50 bis 60 mm Durchmesser und
30 1 Wasser gefüllt. Bei einer Gesamtprüfzeit von 24 Stunden macht die Trommel 44
Umdrehungen pro Minute. Die zu prüfenden Platten werden dabei unter dem Quarzgestein
durchgezogen und entsprechend abgeschliffen, wobei teilweise das Quarzgestein durch
die hohe Umfangsgeschwindigkeit mit hochgehoben und wieder auf eine darunter befindliche
Platte fällt. Für die Beurteilung der Abrasion wird der Gewichtsverlust vor und
nach der Prüfung herangezogen. Bei Kunststoffen kann man auch den Dickenverlust
der Beschichtung heranziehen. Die Prüfzeit (24 h) in der Geschiebetrommel entspricht,
auf Grund langjähriger Erfahrung und der augenscheinlichen Beurteilung der Oberflächenstruktur
beanspruchter Auskleidungsflächen in verschiedenen Bauwerksteilen, einer 10-jährigen
Beanspruchung in der Natur.
-
Während der Prüfzeit reiben sich in der Geschiebetrommel die eingefüllten
15 kg Quarz auf ein Restgewicht von 5 - 8 kg zusammen, was ebenfalls auf eine extie
Beanspruchung hinweist.
-
Die bekannten, z.B. in den Wehrfeldern der Donaukraftwerke versuchsweise
bzw. definitiv eingebauten natürlichen und künstlichen Auskleidungen wurden in der
Geschiebetrommel geprüft und folgende Ergebnisse erzielt: Materialbezeichnung: Abriebverlust:
Granit je nach Körnung 0,0 bis 0,1 kg Normalbeton 1,0 bis 2,0 kg Beton mit 100 %
Hartzuschlag 1,0 bis 1,2 kg Beton mit 40 % Hartzuschlag 0,8 bis 1,0 kg Beton mit
Stahlzuschlag 1,2 kg Höchstwertbeton (Dokw) mit Donaumaterial 0,4 bis 0,60 kg Epoxi-Beschichtung
(Leifa) 0,0 bis 0,1 kg Schutzverkleidung nach der Erfindung 0,0 bis 0,05 kg Weitere
genauere Daten über die voran genannten Auskleidungen sind in der Fachzeitschrift
OZE, Heft 10, 1973, veröffentlicht.
-
Das Resumee dieser Veröffentlichung bezüglich der bekannten weiter
oben beschriebenen Kunststoffbeschichtungen, die an Ort und Stelle aufgebracht werden,
weist einige Nachteile auf.
-
1. Die erforderliche saubere Arbeitsumgebung läßt sich auf der Baustelle
nicht vollständig erreichen.
-
2. Der Einfluß durch die Witterung, wie Regen, Sonnenbestrahlung,
hohe Luftfeuchtigkeit (Nebel) und starken Temperaturwechsel führt zu Qualitätsschwankungen
bzw.
-
-verminderungen.
-
Diese Einflüsse entscheiden über Qualität und Lebensdauer der bekannten
Kunststoffbeschichtungen, die jedoch bei günstigen Verhältnissen appliziert, allen
anderen Auskleidungen gegenüber besser bzw. gleichwertig sind.
-
Die Prüfung der erfindungsgemäßen Schutzverkleidung in der Geschiebetrommel
auf Abrasion, Kavitation und Haftung zeigt die gute Abriebfestigkeit, da bei einer
2,6 mm starken Platte rach 24 Stunden Prüfzeit erst 20 % Stärkenverlust auftritt,
d.h. daß die Schutzverkleidung ca. 40 bis 50 Jahre der Abrasion usw. im Wasserbau
widersteht.
-
Aus Versuchen in der Geschiebetrommel, bei denen absichtlich an Stellen
die Batte bzw. die gesamte Schutzverkleidung weggelassen wurde, ist außerdem zu
ersehen, daß der Kleber selbst bereits eine sehr gute Verschleißschichte bildet
und auch als Ausgleichsschichte zum unbeschichteten Beton nicht herausgerissen wird.
Im Falle des Ausbrechens einer Platte wird der benachbarte Bereich nicht gefährdet
und die ausgebrochene Platte kann leicht ersetzt werden.
-
In der Materialprüfstelle Rothenthurn der osterreichischen Draukraftwerke
AG wurde die Haft- bzw.
-
Scherfestigkeit der erfindungsgemäßen Schutzverkleidung ohne und mit
Frost-Tau-Beanspruchung bei trockenen, feuchten und wassergelagerten Unterbetonen
sowie die Widerstandsfähigkeit gegen Schlagbeanspruchung untersucht. Der 28 Tage
feucht bzw. wassergelagerte Unterbeton wurde 10 Minuten vor dem Aufbringen der erfindungsgemäßen
Schutzverkleidung trocken gelagert und mit einer Drahtbürste gereinigt. Anschließend
wurde die Schutzverkleidung mit und ohne Ausgleichsmörtel auf die Breitseiten (30
x 20 cm) von verschieden gelagerten Beton-Prismen 20/20/30 cm aufgebracht und nach
3 Tagen die Frost-Tau-Prüfung bis 75 Frost-Tauwechsel durchgeführt." Zwei nicht
gefrostete Platten mit trockenem Unterbeton wurden als Vergleichsproben geprüft.
-
Aus den Prismen wurden jeweils zwei Probekörper 10 x 10 cm herausgeschnitten
und im Direktschergerät bei 0,5 kp/cm2 Normallast auf Scherfestigkeit geprüft (siehe
Tabelle). Es zeigt sich der relative Abfall der Scherfestigkeit der
Schutzverkleidung
bei feuchten und vor allem bei nassen Unterbeton infolge der Frost-Tau-Beanspruchung
im Vergleich zu den Proben auf trockenem Unterbeton.
-
Scherfestigkeit in kp/cm²
| Betonlagerung trocken feucht Wasserlagerung |
| 47,2 x |
| ohne |
| Frost 44,2 - - |
| 45,7 (100 %) |
| Tauwechseln 41,7 41,2 s 37,8 |
| 43,4 (95 %) 42,1 (92 ai 34,9 (76 0 |
x Bruch im Unterbeton Die Scherfestigkeit der Schutzverkleidung auf nassem Unterbeton,
die mit 35 kp/cm² noch an ca. SO % höher als die Scherfestigkeit des auf trockne
Unterbeton aufgebrachten Hartbetons liegt (30 - 23 kp/ca2), reicht ftir eine einwandfreie
Haftung auch bei Frost-Tau-Beanspruchung aus, Zur Prüfung des Frost-Taueinflusses
auf die wurde wurde wurde die Schutzverkleidung auf feuchtgelagerte Platten 45/45
cm aufgebracht und ohne bzw. nach 75 Frost-Tauwechseln in der Geschiebetrommel der
Donaukraftwerke geprüft. Es zeigte sich dabei kein Unterschied in der Abriebfestigkeit.
-
Nach dem Verschleißversuch in der Geschiebetrommel
wurde
an den Platten auch die Schlagfestigkeit der erfindungsgemäßen Schutzverkleidung
untersucht. Auf die in Schotter verlegten 12 cm starken und mit 2,6 mm starken Platten
beschichteten Betonplatten wurde aus 1,5 m Höhe ein Betonprobewürfel 20 cm (Gewicht
ca. 19,5 kg) jeweils 10 x mit einer Kante auf die Oberfläche der Schutzverkleidung
fallengelassen. Es zeigte sich dabei keine Beschädigung der Harzplatten oder ein
Ablösen der Platten vom Untergrund.
-
Die nach 75 Frost-Tauwechseln und dem beschriebenen Schlagversuch
ermittelte Scherfestigkeit lag über 45 kg/cm2 (Bruch im Beton).
-
Abschließend kann festgestellt worden, daß durch die Erfindung ein
abrasionsbeständiger und leicht applizierbarer Baustoff entstanden ist, dessen eventuell
auftretende Schäden nach mehrjähriger Beanspruchung außerdem noch leicht zu beheben
sind.
-
Besonders hervorzuheben ist auch die sehr einfach durchzuführende
Reparaturmöglichkeit. Die Versuche haben gezeigt, daß die Platten härtesten Beanspruchungen
standhalten. Sollte sich aber trotzdem einmal eine Schadensstelle ergeben, so ist
ein Weitergreifen der Zerstörung auf andere Platten auszuschließen. Die Reparatur
selbst ist schnell und einfach durchzuführen. Im Bereich der Schadensstelle wird
die zerstörte Platte mittels Trennscheibe im Bereich der Fuge herausgeschnitten.
Durch das Schneiden wird die Anschlußfläche zu den umliegenden Platten aufgerauht
und gewährleistet eine einwandfreie Verbindung mit dem Kleber. Nun wird auf die
neu einzubauende Plattenrückseite der Kleber aufgebracht, die Platte in das freie
Feld eingefügt, die Fuge abgespachtelt und die Reparatur
ist fertig.
Da der Untergrund, wie die Versuchsergebnisse gezeigt haben, ohne weiteres feucht
sein kann und durch den Einsatz eines rascher härtenden Klebers die Aushärtezeit
auf ein Minimum reduziert werden kann, ist bei Reparaturen nur mit kurzfristigen
Abstellungen der jeweiligen Anlagen zu rechnen.