DE3245462A1 - Leitung aus bewehrtem beton und verfahren zu ihrer herstellung - Google Patents
Leitung aus bewehrtem beton und verfahren zu ihrer herstellungInfo
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Description
SOCEA-BALENCY (SOBEA)
Ι25οο Rueil Malmaison, Frankreich
Ι25οο Rueil Malmaison, Frankreich
Leitung aus bewehrtem Beton und Verfahren zu ihrer
Herstellung
Die Erfindung bezieht sich auf eine Leitung aus bewehrtem
Beton und ihr Herstellungsverfahren, insbesondere auf eine Leitung, die eine mit bewehrtem Beton umhüllte Metallseele
aufweist.
Es sind Leitungen dieser Art bekannt, die eine zylindriscne,
auch Blechseele genannte Metallhülle aufweisen, die allgemein im Inneren mit einer Schleuderbetonschicht
und äußerlich ebenfalls mit einer Betonschicht bekleidet ist; diese letztere enthält ümfangs- und Längsmetallbewehrungen,
die einerseits zur Absorption der Ovalisierungskräfte aufgrund der Belastung durch das die Leitung
abdeckende Terrain und andererseits zur Erzielung einer Beständigkeit gegenüber hohen Drücken des geförderten
Wassers bestimmt sind, da diese Leitungen allgemein zum Leiten von Wasser unter Druck bestimmt sind.
Jedoch gestatten die bekannten Bekleidungen aus bewehrtem Beton keine Gewährleistung einer guten Haltbarkeit,
wenn die Leitungen heißes Wasser fördern, um beispielsweise die am Ausgang einer industriellen Anlage wiedergewonnenen Wärmemengen bis zu einem Wärmetauscher zu
fördern, wo sie auf das G&bäudeheizungswasser übertragen werden. Im Fall, wo die Temperatur des geförderten
Wassers 100 0C erreicht oder sogar übersteigt, ist der Temperaturgradient im Inneren des Betons so erheblich,
daß sich in Anwesenheit von ümfangsspannungen Risse bilden
können, die die durch den Beton gesicherte Isolation vermindern und eine Einwirkung der Korrosion äußeren
Ursprungs auf die Bewehrungen ermöglichen. Je höher nun das Isoliervermögen des Betons ist, umso stärker sind der
Wärmegradient und folglich die Spännungen, denen der
Beton ausgesetzt wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Leitung aus bewehrtem Beton zu entwickeln, die die Förderung
heißen Wassers bei gleichzeitiger Erraoglichung der unerläßlichen Isolation und der Beständigkeit gegenüber
Rißbildung sichert.
Gegenstand der Erfindung, womit diese Aufgabe gelöst
wird, ist eine Leitung aus bewehrtem Beton mit einer zylindrischen Metallseele, die mit durch Längsmetallbewehrungen
und Umfangsmetallbewehrüngen verstärktem Beton bekleidet ist, mit dem Kennzeichen, daß der Beton leichte
expandierte Granulate enthält und äußerlich mit einer Abdichtungshülle umgeben ist.
Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Leitung sind in den Ansprüchen 2 bis 9 gekennzeichnet»
Gegenstand der Erfindung ist außerdem ein Verfahren
zur Herstellung eine^r solchen Leitung, mit dem Kennzeichen, daß man eine zylindrische Metallseele im Inneren einer
koaxialen Form anordnet, die Verstärkungsbewehrungen in den so gebildeten Ringraum einführt, und das Ganze zwecks
beschleunigter Aushärtung erhitzt, wonach man die Leitung entformt und mit einer Abdichtungshülle bekleidet.
Ausgestaltungen dieses Verfahrens sind in den Ansprüchen 11 bis 13 gekennzeichnet.
Die Erfindung wird anhand des in der Zeichnung veranschaulichten Ausführungsbeispiels näher erläutert, wobei
die einzige Figur der Zeichnung eine Teildarstellung einer erfindungsgemäßen Leitung im Langsaxialschnxtt
zeigt.
Die Leitung gemäß der Erfindung setzt sich aus einer zylindrischen Metallseele 1, einer äußeren Bekleidung
derselben mit bewehrtem isolierenden Beton 2 und einer oberflächlichen Abdichtungshülle 3 zusamnen. Die Metallseele
1 besteht aus einem Blech mit einer Dicke von wenigstens 3 mm, da sie einer möglichen Knickbeanspruchung
widerstehen muß, die durch Wärmespannungen hervorgerufen wird. Für erhebliche Durchmesser, beispielsweise
gleich oder über 600 mm, ist es zweckmäßig, Verbindungsmittel, auch "Verbinder" genannt, zwischen diesem Blech
und der Betonbekleidung vorzusehen, die dazu beitragen, so jedes Einknicken zu vermeiden. Das eine Ende des Blechs
ist aufgeweitet, so daß eine Einpassung 4 gebildet wird, an die ein Metallring 5 mit einer Nut 6 zur Aufnahme
einer Dichtung 7 angeschweißt ist. Das andere Ende ist +) dann den Beton eingießt und in Schwingungen versetzt
durch Schweißen mit einem zweiten zylindrischen Ring verbunden. Der Abschnitt jedes Ringes, der der Seele
zugewandt ist, sowie ein Teil seiner Oberfläche im Kontakt mit dem' isolierenden Beton 2 sind mit einer
Schicht 9 aus Kunststoff überzogen, der sie gegen die äußere Wirkung von wässerigen Flüssigkeiten schützt,
welche Schicht 9 auf der Innenoberfläche des die Dichtung 7 aufnehmenden Ringes 5 bisjzur Nut 6 verlängert
ist. Unter den möglichen Materialien nimmt man vorzugsweise solche, die gleichzeitig einen geringen Reibungskoeffizienten
gegenüber den die Dichtung 7 bildenden Elastomerringen und eine ausreichende mechanische
Haltbarkeit zum Aushalten einer Erhitzung, die 120 C erreichen kann, ohne Verlust ihrer Reibungs- und
Korrosionsschutzeigenschaften aufweisen. Während die Epoxyharze bis etwa 80 C widerstandsfähig sind, haben
die fluorierten Polymere, wie das difluorierte PoIyvinyliden
(PVDF) oder das Polytetrafluoräthylen (PTFE) eine gute Haltbarkeit bei 120 °C.
Der die Seele 1 direkt bedeckende isolierende Beton besteht aus einem leichten Beton, der durch Längsbewehrungen
10 und ümfangsbewehrungen 11 verstärkt ist,
die die Zugspannungen aufnehmen, denen das Äußere der Betonbekleidung ausgesetzt wird und die aufgrund des
Innendrucks, aufgrund von Wärmespannüngen und durch Ovalisationskräfte
auftreten. Die 2ahl der Umfangsmetallbewehrungen-Windungen
11 und der Längöbewehrungen 10 wird in der Art gewählt, daß der Beton die vorstehend
angedeuteten Zugkräfte aushält. Das Verhältnis des Querschnitts der Querbewehrurigen zum Gesamtquerschnitt
des isolierenden Betons 2 liegt zwischen 1,2 und 2,2 %,
und das gleiche Verhältnis für die Längsbewehrungen mit
der Ausnahme der Metallseele liegt zwischen 0,6 und 1 %.
Die Bewehrungen aus Stahl mit hoher Hafteigenschaft werden genügend nahe der Außenoberfläche des isolierenden
Betons angebracht, um die Beständigkeit gegenüber der Rißbildung zu erreichen, wobei Sorge getragen wird, daß
der Restraum genügend durch die Zuschlagstoffe gefüllt werden kann; ein Abstand von 12 bis 20 mm ist sehr
zweckmäßig. In gleicher Weise wird der Abstand der Windungen der ümfangsmetallbewehrungen 11 derart bestimmt,
daß die Einbringung der Zuschlagstoffe mindestens und die Erzielung einer ausreichenden Festigkeit für den
Höchstwert gesichert sind.
Die Stahlbewehrungen werden bei ihrei1 Anordnung im
Inneren der isolierenden Leichtbetonschicht einer Temperatur von etwa 60 0C unterworfen, wenn das Fluid in der
Leitung bei einer Temperatur von 100 0C gefördert
wird. Es ist bekannt unter diesen Bedingungen,daß die
Erscheinungen einer möglichen Korrosion, beispielsweise aufgrund einer durch einen Stoß hervorgerufenen Rißbildung
des Leichtbetons, sehr beschleunigt sind. Ein besonderer Schutz der Bewehrungen gegen eine mögliche
Korrosion kann also vorgesehen werden. Dieser kann erhalten werden:
durch vorherige Galvanisierung der den Bewehrungskäfig bildenden Stahldrähte nach bekannten Verfahren in
einer Dicke von z. B. 80 bis 100 ,um;
durch Umhüllen der Stahldrähte mit einem Epoxyharz
ο in einer Menge von 200 bis 300 g/m Oberfläche. Das
Harz ist beispielsweise vom handelsüblichen Typ "ICOSIT 285"
Es wird mit einem Pinsel oder durch Zerstäubung auf die
Stahldrähte direkt vor der Einbettung in dem Leichtbeton derart aufgebracht/ daß das Harz" gleichzeitig
im Kontakt mit dem Stahl und dem Leichtbeton polymerisiert,
wodurch eine gute Haftung zwischen der Matrix aus Leichtbeton und der Stahlbewehrung gesichert wird.
2
Der isolierende Beton wird aus leichten expandierten
Der isolierende Beton wird aus leichten expandierten
Granulaten, hydraulischem Bindemittel, Sand, Wasser und einem oberflächenaktiven Mittel hergestellt» Die leichten
Granulate haben vorzugsweise eine Dichte von 0,6 bis 0,Ög4nS eine Korngröße im Bereidh von 6 bis 16 mm.
Sie bestehen beispielsweise aus expandierten Ton- oder Schieferkugeln. Das hydraulische Bindemittel ist vorzugsweise
ein Zement, und obwohl.alle Zemente geeignet sein können, falls sie eine geringe Schrumpfung durchmachen,
die wenig Risse hervorruft, und sie eine genügend kurze
Erhärtungsdauer aufweisen, wählt man vorzugsweise einen
Portlandzement "CPA 55" oder "CPA 45" oder auch einen
Zement 11CHP" oder "CLK". Unter diesen Bedingungen ist
der Wärmeleitfähigkeitskoeffizient-des isolierenden Betons
unter 0,5 W/m ,0C.
Das dem Beton zugesetzte oberflächenaktive Mittel dient dazu, seine Homogenität zu verbessern, denn man
muß die Segregation der Granulate im Laufe ihres Einsatzes
vermeiden. Die Menge an oberflächenaktivem Mittel hängt von seiner Art ab.
Der isolierende Beton wird, wie oben angegeben, von einer Abdichtungshülle umgeben, die für den Beton jede
Aussetzung gegenüber der Wirkung äußerer Wasserflüssigkeiten
vermeidet. Diese Abdichtungshülle 3 kann gebildet werden:
entweder aus einer mit einem Glasgewebe verstärkten Bitumenschicht. Die Qualität des Bitumens wird unter
den herkömmlichen Bitumenarten derart gewählt, daß es eine gute Haltbarkeit bei 60 °C hat. Es hancelt sich
beispielsweise um ein handelsübliches Bitumen der Sorte "MEXPriALTE R95/15". Nach überziehen der Leitung mit
einer Grundierung wird das mit dem geschmolzenen Bitumen imprägnierte Glasgewebe um die Leitung gewickelt. Die
Gesamtdickte der Bekleidung ist 4 bis 5 mm;
oder aus einer Schicht aus solvatisiertem Anstrichmittel des Pech-Epoxy- oder Epoxytyps, die auf die Außenoberfläche
der.Leitung mittels einer luftlosen Spritzpistole aufgebracht wird. Die Dicke dieser Schicht ist
500 ,um oder weniger;
oder aus einer Bewicklung mit Überdeckungen aus einem
Abdeckband, das vom Inneren zum Äußeren aus einer Klebschicht
vom Kautschuk- oder Butyltyp und einem Trägerband aus einem thermoplastischen Stoff (PVC oder PE) besteht.
Die Gesamtdicke dieses Verbundbandes ist 1,5 bis 2 mm.
Der Schutz des Betons wird schließlich auf den Außenabschnitten 12 der Leitung durch einen Pech-Epoxy- oder
Epoxyanstrich der oben beschriebenen Art vervollständigt. An der Stelle der Dichtung 7 besteht die äußere Abdichdichtungshülle
3 aus einem schmiegbaren, selbstschrumpfenden oder geklebten Band, das die Kontinuität des Schutzes
über der Dichtung sichert und die freie Ausdehnung des Systems ermöglicht.
Zur Herstellung der Leitung gemäß der Erfindung positioniert
man längs einer VertikalaChse die zylindrische Metallseele, die mit ihren bekleideten fingen ausgerüstet ist, im Inneren einer Form aus zwei Halbteilen
mit der gleichen AChSe und im so gebildeten Ringraum die metallische Verstarkungsbewehrüng, Man stellt anschließend
einen Leichtbeton unter den folgenden Bedingungen her.
Das Verhältnis des Wassergewichts zum Zementgewicht,
E/C ist vorzugsweise unter 0,42, einem Wert, jenseits dessen die leichten Granulate schlecht im flüssigen Beton verteilt
werden, da sie eine Neigung zum Aufschwimmen haben und Risse aufgrund einer Schrumpfung aufzutreten betginnen.
Die Dosierung des Zements, die das Verhältnis des Zementgewichts zum Volumen des Gertisches aus Zuschlag*-
stoffen und Sand ausdrückt, liegt zwischen 380 und 480 kg/m
und vorzugsweise zwischen 400 und 45d kg/m . Das Ver~
hältnis des Zuschlagstoffgewichts zum Sandgewicht liegt vorzugsweise zwischen 0,9 und 1/1,, Wobei diese Werte so
gewählt werden, daß einerseits das ■ Isoliervermögen des Betons geeignet bleibt und andererseits keine Poren
zwischen den Zuschlagstoffen auftreten, die ein Absinken
der Festigkeit hervorrufen wurden«
Dieser Beton wird anschließend in die Form und die
eine innere Ausschaluhg bildende Seele bis zur Füllung
gegossen. In bestimmten Fällen bewährt man ah jedem
Ende, z. B. auf eine Höhe von etwa 10 cm ein erforderliches
Volumen zum Einführen eines Spezialbetöns, der dank eines Zusatzes bekannter Ant auch bei 100 C vollkommen
dicht gemacht ist. Der Beton wird anschließend vibriert>
und das Ganze wird in einen Ofen 6 bis 12h bei 60 C
zwecks beschleunigter Erhärtung gebracht, dann entformt und in einer gesteuerten Atmosphäre aufbewahrt, um die
Rißbildung aufgrund der Schrumpfung zu vermeiden. Man nimmt schließlich die letzte Beschichtung durch die
Abdichtungshülle vor.
Nach einem Ausführungsbeispiel stellt man eine Leitung unter den folgenden Bedingungen her. Für einen
Innendurchmesser der Leitung von 600 mm ist der Quer-
schnitt der Umfangsbewehrungen 10 cm /linearen Meter
und je Leitungshalbquerschnitt und aus Draht eines Durchmessers von 6 mm, und die Gesamtzahl der Längsbewehrungen
ist 34 Stränge von 8 mm Durchmesser. Der verwendete Beton weist die folgende Zusammensetzung
(für 1 m Beton) auf:
400 kg.expandierte Tonkugeln des Typs "ISOL", 400 kg Flußsand einer Korngröße von 0-6 mm,
420 kg Zement "CPA 55",
170 kg Wasser,
170 kg Wasser,
210 cm eines oberflächenaktiven Mittels in Form eines
Arylalkylsulfonate, d. h. 0,5 % des Zementgewichts,
welches als "CERYGEL" erhältlich ist; dank der Gegenwart dieses oberflächenaktiven Mittels ergibt sich
keine Segregation der Tonkugeln beim Füllen der Form.
Dieser Beton weist die folgenden, nach einer Alterung von 28 Tagen gemessenen Eigenschaften auf:
Dichte: 1,45,
. Druckfestigkeit: 23 MPa,
Biegefestigkeit: 2,5 MPa,
. Druckfestigkeit: 23 MPa,
Biegefestigkeit: 2,5 MPa,
Wärmeleitfähigkeit: O743 W/m .'0C.,.
Dehnungskoeffizient (20 bis 100 0C): 8 r-io"6,
Die den Beton 2 umhüllende Abdichtungshülle 3 besteht
aus einer mit Glasgewebe verstärkten Bitumenschicht. Die Dicke des isolierenden Betons 2 ist 70 mm, und die der
Abdichtungshülle 3 ist 5 mm, und die Leitung wird zur Förderung von Wasser bei 110 0C verwendet. Die wenigen
seltenen Risse, die bei den Versuchen festgestellt werden,
sind sämtlich von einer Breite unter 0,1 mm und einer
Tiefe unter der Dicke der Beschichtung der Bewehrungen,
was es ermöglicht, die gewünschten Eigenschaften der Herstellung gemäß der Erfindung zu bestätigen. Die Temperatur
der Außenoberfläche überschreitet nicht 60 C.
In der vorstehend beschriebenen Ausführungsart weist
jede Leitung einen Buchsehanschlag 5/ der zur Aufnahme
einer ringförmigen Dichtung 7 aus einem Elastomer bestimmt ist, und einen vorspringenden Anschlag 8 auf. Nach einer
nicht dargestellten AusführungsVariante kann es vorteilhaft
sein, zwei Arten Von identischen Leitungen vorzusehen, was die isolierende Umhüllung des Leichtbetons
gegenüber den vorher beschriebenen betrifft, deren Enden jedoch in unterschiedlicher Weise kombiniert sind:
Die erste Leitungsart weist ein Buchsenende 5 und ein
nicht mit dem Material 9 bekleidetes vorspringendes Ende 8 auf,
die zweite Leitungsart weist ein vorspringendes, nicht mit dem Material 9 beschichtetes finde 8 und am anderen
Ende einen mit dem Material 8 beschichteten vorspringenden Anschlag auf.
Diese Leitungen werdenjauf dem Bauplatz durch Stoßverschweißung
der .nichtbeschichteten vorspringenden Anschläge verbunden und bilden so eine Verbindung einer
Leitung mit Buchsenanschlag 5 und mit mit dem Material 9 beschichtetem vorspringenden Ende 8 von doppelter Länge
derjenigen der oben beschriebenen Basisleitung. Der durch die beiden vorspringenden, nichtbeschichteten
Anschläge 8 und durch die angrenzenden Abschnitte von Leichtbeton 2 gebildete Restringraum wird nach dem
Schweißen durch einen besonderenJdichten und schrumpfungsfreien
Beton abgedeckt, der in situ gegossen wird. Diese Anordnung ermöglicht wenigstens eine Halbierung der Zahl
von vorzusehenden Dichtungen bei der Legung der Leitungsstrecke, der Zahl von Buchsenanschlägen 5 und der Zahl
von ringförmigen Dichtungen 7, die zur Herstellung einer Leitungsstrecke erforderlich sind.
Nach einer anderen AusführungsVariante, die nicht
dargestellt ist, wird die Metallseele 1 im Inneren mit einem Antikorrosionsschutz, wie z. B. einem Epoxyanstrich,
überzogen. Diese Vervollständigung wird insbesondere dann durchgeführt, wenn das geförderte Wasser keinen
Korrosionsinhibitor enthält.
Claims (13)
- AnsprücheΠ .ΙLeitung aus bewehrtem Betoh mit einer Zylindrischen Metallseele (1), die mit durch Längsmetallbewehrungen (10) und umfangsmetallbewehrungen (11) verstärktem Beton (2) bekleidet ist,dadurch gekennzeichnet, daß der Beton (2)' leichte expandierte Granulate enthält und äußerlich mit'.einer Abdidhtungshülle (3) umgeben ist.
- 2. Leitung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,daß die leichten Granulate aus Kugeln aus expandiertem Ton bestehen. - 3. Leitung nach Anspruch T,
dadurch gekennzeichnet,daß die leichten Granulate aus Kugeln aus expandiertem Schiefer bestehen. - 4. Leitung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet >daß der leichte Beton (2) einen Wärmeleitfähigkeitskoeffizient unter 0,5 W/m . °C aufweist/
- 5. Leitung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,daß die Längs- und Umfangsmetallbewehrungen (10, 11) gegen die Korrosion geschützt sind.796-(1/81025)-TF - 6. Leitung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet^daß die Abdichtungshülle (2) aus einer durch ein Glasgewebe verstärkten Bitumenschicht besteht. - 7. Leitung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,daß die Abdichtungshülle (3) aus einer Bewicklung mit einem Band aus thermoplastischem Material besteht, das mittels eines. Klebstoffs auf den Beton (2) geklebt ist. - 8. Leitung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,daß die Abdichtungshülle (3) aus einer Epoxyaufstreichschicht besteht. - 9. Leitung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,daß die Abdichtungshülle (3) auf Höhe einer Dichtung (7) durch ein schmiegsames Band verlängert ist. - 10. Verfahren zur Herstellung einer Leitung nach einem der Ansprüche 1 bis 9,dadurch gekennzeichnet,daß man eine zylindrische Metallseele im Inneren einer koaxialen Form.anordnet, die Verstärkungsbewehrungen in den so gebildeten Ringraum einführt und das Ganze zwecks beschleunigter Aushärtung erhitzt, wonach man die Leitung entformt und mit einer Abdichtungshülle bekleidet.+) dann den Beton eingießt und in Schwingungen versetzt
- 11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß man den Beton aus einer Mischung von Wasser, Zement, Sand, Zuschlagstoffen und einem oberflächenaktiven Mittel in den folgenden Anteilen herstellt:Das Gewichtsverhältnis Wasser/Zement ist unter 0,42, der Zementzusatz liegt zwischen- 380 und 480 kg/m ,das Gewichtsverhältnis Zuschlagstoffe/Sand liegt zwischen 0,9 und 1,1.
- 12. Verfahren nach Anspruch 11,dadurch gekennzeichnet,3 daß der Zementzusatz zwischen 400 und 450 kg/m liegt.
- 13. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß man das oberflächenaktive Mittel in einem Anteil von 0,5 Gew. %, bezogen auf das Zenientgewicht, zusetzt.
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