DE3123895A1 - Aussen-verbundueberzug fuer metallrohrelemente und verfahren zu seiner aufbringung - Google Patents

Aussen-verbundueberzug fuer metallrohrelemente und verfahren zu seiner aufbringung

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DE3123895A1 DE19813123895 DE3123895A DE3123895A1 DE 3123895 A1 DE3123895 A1 DE 3123895A1 DE 19813123895 DE19813123895 DE 19813123895 DE 3123895 A DE3123895 A DE 3123895A DE 3123895 A1 DE3123895 A1 DE 3123895A1
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Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Außen-Verbundüberzug für Metallrohrelemente sowie auf ein Verfahren zu seiner Aufbringung, insbesondere auf einen Überzug für Rohrelemente aus Eisenmetall.
Man kennt bereits Überzüge auf Zementbasis, dazu bestimmt, Eisenmetallrohre (aus Gußeisen oder aus Stahl) gegen die korrosive Einwirkung von Flüssigkeiten oder umgebendem Gelände, in dem sie vergraben sind, zu schützen.
Diese überzüge sind völlig zufriedenstellend/ wenn sie sich im Inneren der Rohre befinden, denn der Bogen- oder Gewölbeeffekt trägt dazu bei, die Haftung am Träger'aufrecht zu erhalten, wobei Rißbildung vermieden wird.
So ist es aber nichl:, wenn der Überzug an der äußeren Rohroberfläche liegt, wo er Stößen oder OvalVerformungen unterliegt, die sich leicht bei der Lagerung, beim Transport oder bei Handhabungen ausbilden. Die Unterdrückung des Gewölbeeffekts ermöglicht dann ein Ablösen des'Überzugs vom Träger oder im ungünstigsten Falle eine Rißbildung, die . agressive Elemente der Umgebung bis zum metallischen Träger vordringen läßt.
Ferner weiß man, daß ein Zementüberzug auf einem Metallrohr einen "aktiven" Überzug darstellt. Im Unterschied zu einem "passiven" Überzug, der im allgemeinen aus einer Schicht inerten Materials besteht, die für außerhalb sich befindende Elemente eine Sperre bildet, die aber unabhängig von der Dicke Beschädigungen unterliegt, die den Träger zutage treten lassen und aufgrund deren keinerlei Schutz mehr ausgeübt wird, läßt ein "aktiver" Überzug chemische Reaktionen zwischen dem Überzug und seinem Träger ablaufen. So wird also gerade mit dem Zementmörtel eine Passivierung des Eisens durch das vom Mörtel gebildete stark alkalische Milieu her-
·· ·· ■ · .Ir O I Z O Oo
vorgerufen. Damit dieser Schutz maximal wirksam wird, ist es von Bedeutung, daß über eine geringe Porosität und eine gleichfalls geringe Permeabilität hinaus der Mörtel
- in innigem Kontakt mit der zu schützenden Metallstruktur ist und vor allem bleibt und
- frei von Schäden, Beschädigungen oder bis zum Metall gehenden Rissen ist.
Wenn diese Bedingungen nicht erfüllt sind, bilden sich Korrosionsmakrozellen, die häufig auch "Makroelemente" genannt werden, aufgrund des Vorliegens verschiedener Schäden, wie quer hindurchverlaufenden Beschädigungen, Rissen, Ablösungen, die, da sie eine örtliche Entpassivierung des Eisens durch pH-Senkung und den Zutritt entpassivierender Substanzen ermöglichen, in Kathodenplatten, die die passivierten. Oberflächen darstellen, wo der Mörtel noch im innigen Kontakt mit der Metallstruktur bleibt, isolierte anodische Stellen bilden. Da nun das Verhältnis der Kathodenoberfläche zur Anodenoberfläche im allgemeinen groß ist, kann der Stromdurchgang■, der sich in diesen Makrozellen aufbaut, groß werden", wenn die aktive Depolar isation der Kathodenoberfläche möglich ist. '' ·
Ebenso verstärken die Risse des Zementüberzugs diese Erscheinungen .
Die Erfindung soll daher einen zementhaltigen Außenüberzug für Metallrohrelemente liefern, der stark und fest an diesen Elementen haftet und wirksamen Schutz dieser Elemente gewährleistet.
Gegenstand der Erfindung ist ein Außen-Verbundüberzug für Rohrelemente aus Eisenmetall, der sich dadurch auszeichnet,
4 « ■ «ι · β * ♦
- 5 - ■■.■■.
daß er in Berührung mit dem Metallelement eine Schicht einer Zusammensetzung auf der Grundlage von gehärtetem Epoxyharz oder auf der Grundlage von gehärtetem Polyesterharz, eine mit einem hydraulischen Bindemittel imprägnierte, auf dieser Schicht angeordnete Glasfasermatte und eine äußere Dichtungsschicht aufweist.
Außerdem wurde gefunden, daß ein solcher überzug einen-deutlich wirksameren Schutz bietet, als ein Überzug gleichen Typs, bei dem aber die Wicklung mit einer mit einem hydraulischen Bindemittel imprägnierten Fasermatte durch eine mit Glasfasern armierte hydraulische Bindemittelschicht, die aufgespritzt wurde, ersetzt ist.
Gegenstand der Erfindung ist weiterhin ein Verfahren zum Über ziehen v.on Rohrelementen aus Eisenmetall, wonach man auf die Elemente eine Schicht aus einer Masse auf der Grundlage bei. Umgebungstemperatur härtbaren Harzes, ausgewählt unter Epoxyharzen und Polyesterharzen, aufbringt, alsbald danach um die Elemente eine mit einem hydraulischen Bindemittel imprägnierte Fasermatte wickelt, das Ganze durch Spritzen mit einer Dichtungsschicht umgibt und den Überzug härten läßt.
Der erfindungsgemäße Überzug besitzt eine ausgezeichnete Haftung am Metallträger und erlaubt eine starke Herabsetzung der Bildung von Makroelementen.
Im Rahmen der Erfindung arbeiten alle Zementtypen (Portland, aluminiumhaltiger oder Schlacken- oder Eisenportlandzement), . wobei die Wahl sich nach der Natur des agressiven Mediums richtet, in dem die geschützte Struktur liegen soll, und nach der zweifachen Bedingung, daß
1) sie eine leichte Durchführung gestatten sollen und mit der Relation zu der zuzusetzenden Wassermenge und den gegebenenfalls beigegebenen Hilfs-
mitteln konsistent sind, und
2) das erhaltene Produkt den Metallträger schützt, was ein alkalisches Medium vermuten läßt.
Man gibt dem Zement eine zwischen 20 und 50 Gew.-%, bezogen auf den Zement, liegende Wassermenge bei, wobei die Untergrenze durch eine zu geringe Flüssigkeit bestimmt wird, die einer guten Imprägnierung der Matte entgegensteht, während· jenseits von 50 % die Mischung zu flüssig wird. Vorteilhafte Verhältnisse liegen zwischen 30 und 35 % Wasser. Ein Zusatz von Sand ist möglich, und zwar in einem Gewichtsverhältnis, bezogen auf den Zement, von 0 bis 100 %; wenn Sand zugesetzt wird, verwendet man. feinen Sand mit einer Korngrößenyertei- ' lung unter 1 mm, in Anbetracht der gewünschten Enddicke des Überzugsr vorzugsweise unter O,5 mm.
Im Rahmen der Erfindung werden unter Fasermatte ebenso Gewebetextilmaterialien wie auch nicht-gewebte Textilmäterialien, wie Filze, verstanden.
Allgemein können alle imprägnierbaren Filze verwendet werden, unter dem Vorbehalt., daß sie nicht zu dicht sind, .da der Zementmörtel bis innen hinein eindringen muß. Ebenso.werden passende Gewebebahnen feine genügend große Masche aufweisen, damit der Mörtel das Gewebe durchtränken kann, aber nicht zu groß, so daß der Zementmörtel zurückgehalten wird. Die das · Textilmaterial bildenden Materialien können unter Polypropylenfasern, Polyvinylchloridfasern, Polyamidfasern oder Polyesterfasern ausgewählt sein.
Der Überzug wird wie folgt aufgebracht:
Der Träger, auf den die härtbare Harzschicht aufgebracht wird, wird so vorbereitet, daß er sauber ist, d.h. frei von AbIa-
gerungen., wie Fett oder Rost, aber im Falle von Gußeisenrohren stört eine Oxidschicht nicht und das Oberflächen- · strahlen ist überflüssig. Die Schicht aus härtbarem Harz wird mit jedem geeigneten Mittel aufgebracht, aufgebürstet oder vorzugsweise aufgespritzt, mit der einzigen Bedingung, daß die Viskosität angemessen und an das gewählte System zum Aufbringen angepaßt ist. Die Menge des aufzubringenden Harzes hängt von der Rauhheit oder Unebenheit des Trägers ab und liegt vorteilhafterweise zwischen 50 und 500 g/m . , Nach dem Bedecken des Rohres mit dem Harz umgibt man es mit einer oder mehreren Schichten oder Lagen der mit Zementmörtel imprägnierten Fasermatte, so daß die Härtungsreaktion oder Vernetzung des Harzes gleichzeitig mit dem Abbinden des Zementmörtels erfolgt, im Hinblick auf eine gute Haftung der beiden Schichten oder Lagen. .
Die. Matte aus natürlichen oder synthetischen Fasern, die um das mit frischem Harz überzogene Rohr gewickelt wird, wird zuvor mit Zementmasse oder Zementmörtel versehen, indem sie in einen die Mischung enthaltenden Behälter geführt wird, was zu einer Aufnahme und Mitnahme des Materials führt. Dann wird die imprägnierte Matte kalibriert. Die Dicke am Ausgang der Kalibriervorrichtung hängt von der Dicke des Endüberzugs ab.
Das Einwickeln erfolgt vorteilhafterweise schraubenförmig oder spiralig,, gegebenenfalls mit 0- bis 50%iger überdeckung der Spiralwindungen und so, daß eine gewisse Spannung nach dem Umwickeln besteht. Ein solches Einwickeln bietet Vorteile im Hinblick auf das Aufspritzen eines faserhaltigen Zementmörtels, denn ϊΐί diesem Falle neigt der Zementstrahl dazu, den frischen Harzüberzug wegzudrücken, was die Dicke
des Harzes örtlich verringert.
I. - ' ■ ■
Eine letzte Überzugsschicht wird durch Spritzen des Ganzen, vorzugsweise noch frisch, aufgebracht, um eine Dichtungs-
schicht zu bilden, die der Carbonatsättigung des Mörtels entgegenwirkt, der nun also seinen pH-Wert im alkalischen' Bereich behalt. Diese Schicht verhindert auch einen vorzeitigen Wasseraustritt im Verlauf der Härtung. Gegebenenfalls kann diese Schicht nach 24 oder 48 h aufgebracht werden und liefert dann lediglich ihre Sperrwirkung, die für die Aufrechterhaltung des pH-Wertes günstig ist. Sie kann aus Bitumen, Steinkohlenteerpech oder einer Harzemulsion bestehen,und ihre Schichtdicke ist mindestens 100
Darauf läßt man den überzug härten, entweder bei Umgebungstemperatur oder in einem Ofen,· um eine beschleunigte Härtung zu erhalten. Die Gesamtdicke des Endüberzugs liegt in der Größenordnung von einigen Millimetern, zwischen 3 und 8 mm z.B., je nach der Anzahl der Schichten und dem beabsichtigten Ziel.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann das Eisenmetallrohr pulver- oder galvanisch verzinkt sein; der von dem ■ zuvor beschriebenen Makroelement abgegebene Strom hat nun also umgekehrte Richtung, was im Hinblick auf .den Angriff der Kanalisation ungefährlich ist, sondern sich nur in einem Verbrauch des Zinks zeigt. Die Gegenwart der Harzschicht, die in diesem Falle alle ihre Haftungseigenschaften behält, wirkt ferner noch durch die Sperrwirkung reduzierend auf den Stromdurchsatz des Makroelements.
Nachfolgend finden sich einige Versuchsergebnisse, die die erfindungsgemäß erzielten Vorteile verdeutlichen.
1. Simulationsversuch eines Makroelements
Um ein Makroelement auf Diskontinuität des Schutzes zu testen, wird entsprechend der Figur, die ein Schaltschema für eine die Intensität des Stroms von Makrozellen messende Vorrichtung darstellt, ein künstliches Makroelement wie folgt ausge-
führt:
Um einen Teil eines Eisenmetallrohres 1 herum bringt man eine Schicht 2 aus Epoxyharz und aus Zementmörtel 3 art', dann führt man eine Metallelektrode 4 identischer Art mit der des Rohres 1 ein, von diesem durch eine Harzschicht 5 isoliert. Im Inneren des Rohres 1 und der Elektrode 4 schließt man zwei elektrische Leiter 6, 7 an, die jeweils mit einem Amperemeter 8 verbunden sind. Die beiden Enden ' des Rohres 1 werden dann jeweils mit einem Deckel 9 aus isolierendem Harz verschlossen, dann wird das ganze teilweise in ein Elektrolytleiterbad 10 in einem Behälter 11 .getaucht, wobei der Elektrolyt eine Natriumchloridlösung zu 1,65 g/l' ist.. Die jeweiligen Oberflächen der Elektrode 4 oder der Anode und des überzogenen Metallelements 1 (Katho-.
2 2
de) sind 0,4 cm bzw. 600 cm . Das teilweise Eintauchen des überzogenen Zylinderteils ist dazu bestimmt, die Bedingungen maximaler Aktivität des Makroelements zu simulieren, indem die Diffusion von Sauerstoff zur Metalloberfläche unter dem Zementmörtel, kapillar mit Elektrolyt imprägniert, begünstigt wird. Ein totales Eintauchen verlangsamt tatsächlich die Sauerstoffdiffusion und der Stromdurchsatz oder die Stromabgabe des Makroelements wäre geringer. Auch hat das Rohrelement keine äußere Dichtungsschicht erhalten, um die Sauerstoffdiffusion nicht zu stören.
Auf ein Metallrohrteil wurden verschiedene Überzugstypen aufgebracht, und in jedem Falle wurde die Stromabgabe des Makroelements gemessen. Bei diesen Versuchen war die Dicke des Zementüberzugs etwa 4 mm.
Die erzielten Ergebnisse finden sich in Tabelle I.
Ss zeigt sich, daß der erfindungsgemäße überzug eine sehr deutliche Schutzverbesserung mit sich bringt.
2. Haftungsversuch
Haftungsmessungen wurden wie folgt durchgeführt:
Man schneidet einen kreisförmigen überzugsteil bis zum Träger hin durch mit einem Durchmesser von ungefähr 4 cm, worauf man mit Hilfe eines Epoxyklebers (Prochal) ein Metallblättchen klebt, das zum Abreißen des Überzugs von seinem Träger dient. Die Haftung entspricht der Abreißkraft. Die Versuche wurden an einem überzogenen Rohr mit einem Außendurchmesser von 118 mm durchgeführt, nach 2 Tagen "gesteuerter Härtung, dann 15 Tagen an Luft bei Raumtemperatur.
Bei diesen Versuchen war die Dicke des Zementüberzugs etwa 4 mm»
Die erzielten Ergebnisse sind in Tabelle II wiedergegeben.
Tabelle I
Probe Harz Dicke
g/m2)		 verstärkter Zementmörtel feiner Sand Wasser Durchführung Stromabgabe des
Makroelements nach
50 Tagen (uA)
1
(Vergleich)		 Art - Zusammensetzung,Gew.-Teile 0,5 0,28 Spritzen von mit Glas
fasern verstärktem
Mörtel		 280
2
(Vergleich)		 - - Zement 0,5 0,35 timwickeln mit mit Mör
tel imprägniertem Poly
esterfilz		 300
3
(Vergleich)		 - 170 1 0,5 0,28 Spritzen von glasfaser
verstärktem Mörtel		 12
4
(erfindungs
gemäß)		 Epoxy 170 1 0,5 0,35 Umwickeln mit mit Mör
tel imprägniertem Poly
esterfilz		 3,5
5
(erfindungs
gemäß)		 T^. ++)
Epoxy		 230 1 0,5 0,35 Umwickeln mit mit Mör
tel imprägniertem PoIy-
filz		 4 ■
_ +++
IEpoxy		 . 1
1
+) BS 465-20-Harz der Societe des Bitumes Speciaux -H-) Icosit 255-Harz von Lechler .
+++) Eskadur S. 10-Harz
(JO OO CD Ol
Tabelle II
Probe Harz )icke verstärkter Zementmörtel feiner Sand Wasser Durchführung Haftung Bemerkungen
6
(erfin
dungs
gemäß)		 I
Art		 170 Zusammensetzung, Gew.-Teile 0*5. 0,35 Polyesterfilzuinwick-
lung, imprägniert
mit Mörtel		 0,75 Bruch in der Dicke
des Überzugs und
nicht in der
Grenzfläche Metall/
überzug
7
(erfin
dungs
gemäß)		 Epoxy4^ 230 Zement 0,5 0,35 ebenso 0,96 ebenso
8
(Ver
gleich)		 Epoxy 170 1 0,5 0,28 Spritzen von Mörtel
+ Glasfasern		 0,53 ebenso
9
(Ver
gleich)		 Epoxy 230 1 0,5 0,28 ebenso 0,51 ebenso
10
(Ver
gleich)		 ΤΛ_ Ή")
Epoxy		 1 0,5 Or28 ebenso 0,37 Bruch an der Grenz
fläche Metall/Über
zug
kein 1
1
+) Icosit 285 (Lechler), ++) Eskadur S. 10
CO OO CO cn
Betrachtet man Tabelle II, stellt man fest, daß die Epoxyschicht die Haftung des Überzugs am Metall erhöht j Sie wird: dein Zugwiderstand des Überzugs selbst überlegen. Außerdem ist die Haftung besser, wenn der Überzug eine Pilzumwicklung enthält, als in dem Falle, wo die Fasern mit dem Mörtel aufgespritzt worden sind. '
3. Rxßbildungsversuch
Ein Rxßbildungsversuch unter Ovalverformung wird durchgeführt, der darin besteht, einen Metallring mit seinem äußeren Mörtelüberzug mit einer Dicke von ungefähr 5 mm zusammenzudrücken und die Rißbildung des Überzugs als Funktion der Ovalverformung zu beobachten, definiert als die relative Änderung des vertikalen Durchmessers unter Belastung, A d/d in %.
Die Versuche werden an den gleichen Rohren wie beim vorhergehenden Versuch durchgeführt. .
Tabelle III
Probe Vorhandensein von
oberflächlichen
Schrumpfrissen vor
der Durchführung		 Ovalverformung, bei <
die ersten Oberflä
chenrisse unter Last
(%>		 äer erscheinen
die ersten Bus
se, die das Me
tall erreichen
(%) ■"■
6
(erfindungs
gemäß)		 nein 1,4 ca. 7
7
(erfindungs
gemäß)		 nein 2,5 ca. 7
9
(Vergleich) nein 1,4 ca. 3,5
10
(Vergleich)		 ja 1 ca. 3
Man stellt fest, daß der erfindungsgemäße überzug unter vertikaler Last viel schwerer reißt als die keine Fasermattenwicklung enthaltenden Überzüge.
4. Haftungsversuch unter Scherwirkung
Man führt einen Haftungsversuch unter der Einwirkung einer parallel zur Grenzfläche Metall/Überzug ausgeübten Scherwirkung durch. In diesem Beispiel wird ein Abschnitt eines \ überzogenen.zylindrischen Metallrohres unter eine Presse gebracht,, die einen geschlitzten Metallring aufweist, so daß der Durchmesser gesteuert werden kann. Der Ring, dessen Innendurchmesser etwas größer ist als der des Metallrohres,, so daß er im wesentlichen der Harz/Zement-Grenzflache entspricht, wird über den zylindrischen Abschnitt gesenkt und man nimmt die ausgeübten Kräfte wieder auf.
Der Überzug der Proben besteht aus einer Harzschicht, deren Dicke variiert, und. aus einem Polyesterfilz mit einem Ge-
wicht von 150 g/m ,imprägniert mit Zementmörtel, der pro Gewichtsteil Zement 0,5 Teile feinen Sand und 0,35 Gewichtsteile Wasser enthält. Die Dicke des imprägnierten Filzes ist etwa 4 nun.
Die gesamten. Daten finden sieh in Tabelle IV.
Tabelle IV
Probe Har-7 Art Dicke
(g/m2)		 Kraft ■
(N)		 Einschnürbe-2
lastung (N/irni )
11
12
13
14
15		 Epoxy
Epoxy
Epoxy '
Epoxy '		 170
380
230
350		 9,000
36,000
36,000
56,000 '
38,000		 0,48
1,9
1,9
3
2
-Ib-
' Tcos.it 285 (Loch! or) Eskadur
Es scheint, daß die llarzschicht die Haftung des Überzugs sehr eindeutig verbessert.
Leerseite

Claims (1)

  1. Außen-Verbundüberzug für Metallrohrelemente und Verfahren zu
    seiner Aufbringung
    Patentansprüche
    Außen-Verbundüberzug für Rohrelemente aus Eisenmetall des Typs mit einer Fasermattenwicklung, imprägniert mit einem hydraulischen Bindemittel und einer äußeren Dichtungsschicht, dadurch gekennzeichnet, daß er eine Haft-; schicht in Kontakt mit dem Metallelement aufweist, die aus einem gehärteten Epoxyharz oder einem gehärteten Polyesterharz besteht.
    2, Überzug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, Ii1
    weist.
    daß die Haftschicht ein Gewicht von 50 bis 500 g/m auf-
    3. Überzug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fäsermatte ein Filz ist.
    4. Überzug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
    daß die Fasermatte ein Polyesterfilz mit einem Gewicht von
    2 etwa 150 g/m ist.
    5. Verfahren zum Aufbringen eines Überzugs gemäß Anspruch 1 auf ein Rohrelement aus Eisenmetall, dadurch ge- ■ kennzeichnet, daß man auf das Element eine Schicht einer Zusammensetzung auf der Grundlage von bei Umgebungstemperatur härtbarem Harz, ausgewählt unter Epoxyhärzen und Polyesterharzen, darauf um das Element eine mit einem hydraulischen Bindemittel imprägnierte Fasermatte wickelt, das Ganze durch Spritzen mit einer Dich turigs schicht umgibt und den überzug härten läßt.
    6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasermatte durch Befeuchten oder Tauchen mit einem hydraulischen Bindemittel^ das 20 bis 50 Gew.-% Wasser enthältr imprägniert,, dann kalibriert und um die mit Harz überzogenen Elemente herum spiralig gewickelt wird.
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