DE3245462C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Leitung aus einem mit bewehrtem Beton bekleideten Metallrohr der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art und ein Verfahren zum Herstellen dieser Leitung gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 8.

Es sind Leitungen dieser Art bekannt, die ein zylindrisches, auch Blechseele genanntes Metallrohr aufweisen, das allgemein im Inneren mit einer Schleuderbetonschicht und äußerlich ebenfalls mit einer Betonschicht bekleidet ist; diese letztere enthält Umfangs- 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 Gebäudeheizungswasser übertragen werden. Im Fall, wo die Temperatur des geförderten Wassers 100°C erreicht oder sogar übersteigt, ist der Temperaturgradient im Inneren des Betons so erheblich, daß sich in Anwesenheit von Umfangsspannungen 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 Spannungen, denen der Beton ausgesetzt wird.

Aus der CH-PS 3 31 930 ist eine Leitung der eingangs vorausgesetzten Art bekannt, bei der der Außenmantel um den verstärkten Beton aus unverstärktem Beton besteht, der die Bewehrungen des verstärkten Betons gegen Korrosion schützen soll. Auf eine mögliche Rißbildung bei höherer Temperatur wird dabei nicht eingegangen.

Die Zeitschrift "beton" 1-67, Seite 23 beschreibt, Beton Zuschlagstoffe aus künstlich geblähtem Ton, Schieferton oder Schiefer, wegen guter Wärmedämmeigenschaften zuzusetzen und beispielsweise als Fassadenbekleidungen zu verwenden, geht aber auch nicht auf eine mögliche Rißbildung bei höherer Temperatur ein.

Auch die Zeitschrift "Betonwerk + Fertigteil-Technik", H. 6, 1979, Seite 362 erwähnt Zuschläge von z. B. Blähton zu Beton wegen guter Wärmedämmung für Hauswandelemente.

Aus der CH-PS 4 18 752 sind Innen- und/oder Außenschichten für Betonrohre bekannt, die durch Aufbringen eines kaltzuverarbeitenden plastischen Gemisches aus Mineralstoffen und zwei Komponenten eines organischen Bindemittels auf die Rohre erzeugt werden, wobei bituminöse Stoffe verwendet werden können. Auch diese CH-PS geht auf das Problem der Rißbildung bei hohem Temperaturgradient nicht ein.

Die DE-OS 16 25 975 offenbart ein Betonrohr mit einer äußeren Schicht aus durch nicht oxidierbares Fasermaterial verstärktem Tonerdezement, wodurch eine verstärkte Widerstandskraft gegen ein Zusammendrücken des Rohres bewirkt wird.

Schließlich sind aus dem DE-GM 73 18 524 und der Zeitschrift "3 R international", H. 12, 1979, Seite 775 für erdzuverlegende Metallrohre Korrosionsschutzbinden bekannt, die aus einem biegsamen, elastischen Kunststoff-Folienband mit beidseitiger plastischer synthetischer Kautschukbeschichtung bzw. aus Bitumenbinden oder Dichtungsbändern auf Butylkautschukbasis bestehen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Leitung und ein Herstellungsverfahren der eingangs vorausgesetzten Art zu entwickeln, die die Förderung heißen Wassers bei gleichzeitiger Ermöglichung der unerläßlichen Isolation und der Beständigkeit gegenüber Rißbildung sichern.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 bzw. 8 gelöst.

Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Leitung sind in den Ansprüchen 2 bis 7 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 Längsaxialschnitt zeigt.

Die Leitung gemäß der Erfindung setzt sich aus einem zylindrischen Metallrohr 1, einer äußeren Bekleidung derselben mit bewehrtem isolierenden Beton 2 und einem als Schutzschicht dienenden Außenmantel 3 zusammen. Das Metallrohr 1 besteht aus einem Blech mit einer Dicke von wenigstens 3 mm, da es 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 Betonkleidung 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 durch Schweißen mit einem zylindrischen Ring 8 verbunden. Der Abschnitt jedes Ringes, der dem Metallrohr 1 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 bis zur Nut 6 verlängert ist. Unter den möglichen Materialien nimmt man vorzugsweisae solche, die gleichzeitig einen geringen Reibungskoeffizienten gegenüber den die Dichtung 7 bildendenden 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 Polyvinyliden (PVDF) oder das Polytetrafluoräthylen (PTFE) eine gute Haltbarkeit bei 120°C.

Der das Metallrohr 1 direkt bedeckende isolierende Beton 2 besteht aus einem leichten Beton, der durch Längsmetallbewehrungen 10 und Umfangsmetallbewehrungen 11 verstärkt ist, die die Zugspannungen aufnehmen, denen das Äußere der Betonkleidung ausgesetzt wird und die aufgrund des Innendrucks, aufgrund von Wärmespannungen und durch Ovalisationskräfte auftreten. Die Zahl der Umfangsmetallbewehrungen- Windungen 11 und der Längsmetallbewehrungen 10 wird in der Art gewählt, daß der Beton die vorstehend angedeuteten Zugkräfte aushält. Das Verhältnis des Querschnitts der Umfangsmetallbewehrungen zum Gesamtquerschnitt des isolierenden Betons 2 liegt zwischen 1,2 und 2,2%, und das gleiche Verhältnis für die Längsmetallbewehrungen mit der Ausnahme des Metallrohres 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 Umfangsmetallbewehrungen 11 derart bestimmt, daß die Einbringung der Zuschlagstoffe mindestens und die Erzielung einer ausreichenden Festigkeit für den Höchstwert gesichert sind.

Die Stahlbewehrungen werden bei ihrer Anordnung im Inneren der isolierenden Leichtbetonschicht einer Temperatur von etwa 60°C unterworfen, wenn das Fluid in der Leitung bei einer Temperatur von 100°C 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 bildenen Stahldrähte nach bekannten Verfahren in einer Dicke von z. B. 80 bis 100 µm;
durch Umhüllen der Stahldrähte mit einem Epoxyharz in einer Menge von 200 bis 300 g/m² Oberfläche. Das Harz ist beispielsweise ein handelsüblicher Typ.

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 Stahlbewertung gesichert wird.

Der isolierende Beton 2 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 0,8 g/cm³ und eine Korngröße im Bereich 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 oder auch einen anderen Zement. Unter diesen Bedingungen ist der Wärmeleitfähigkeitskoeffizient des isolierenden Betons unter 0,5 W/m. °C.

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 einem Außenmantel umgeben, der für den Beton jede Aussetzung gegenüber der Wirkung äußerer Wasserflüssigkeiten vermeidet. Dieser Außenmantel 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 handelt sich beispielsweise um ein handelsübliches Bitumen. Nach Überziehen der Leitung mit einer Grundierung wird das mit dem geschmolzenen Bitumen imprägnierte Glasgewebe um die Leitung gewickelt. Die Gesamtdicke 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 µm 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 der Außenmantel 3 aus einem schmiegsamen, 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 das zylindrische Metallrohr, das mit seinen bekleideten Ringen ausgerüstet ist, im Inneren einer Form aus zwei Halbteilen mit der gleichen Achse und im so gebildeten Ringraum die metallische Verstärkungsbewehrung. 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 beginnen. Die Dosierung des Zements, die das Verhältnis des Zementgewichts zum Volumen des Gemisches aus Zuschlagstoffen und Sand ausdrückt, liegt zwischen 380 und 480 kg/m³ und vorzugsweise zwischen 400 und 450 kg/m³. Das Verhältnis 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 würden.

Dieser Beton wird anschließend zwischen die Form und das eine innere Ausschalung bildende Metallrohr bis zur Füllung gegossen. In bestimmten Fällen bewahrt man an jedem Ende, z. B. auf eine Höhe von etwa 10 cm ein erforderliches Volumen zum Einführen eines Spezialbetons, der dank eines Zusatzes bekannter Art auch bei 100°C vollkommen dicht gemacht hat. Der Beton wird anschließend vibriert, und das Ganze wird in einen Ofen 6 bis 12 h 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 den Außenmantel vor.

Nach einem Ausführungsbeispiel stellt man eine Leitung unter den folgenden Bedingungen her. Für einen Innendurchmesser der Leitung von 600 mm ist der Querschnitt der Umfangsbewehrungen 10 cm²/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 m³ Beton) auf:

400 kgexpandierte Tonkugeln, 400 kgFlußsand einer Korngröße von 0-6 mm, 420 kgZement, 170 kgWasser, 210 cm³eines oberflächenaktiven Mittels in Form eines Arylalkylsulfonats, d. h. 0,5‰ des Zementgewichts; 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:23 MPa Biegefestigkeit:2,5 MPa Wärmeleitfähigkeit:0,43 W/m · °C Dehnungskoeffizient (20 bis 100°C):8 · 10^-6

Der den Beton 2 umhüllende Außenmantel 3 besteht aus einer mit Glasgewebe verstärkten Bitumenschicht. Die Dicke des isolierenden Betons 2 ist 70 mm, und die des Außenmantels 3 ist 5 mm, und die Leitung wird zur Förderung von Wasser bei 110°C verwendet. Die wenigen seltenen Risse, die bei den Versuchen festgestellt werden, sind sämtlich von einer Bandbreite 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 Buchsenanschlag 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 Leistungsart 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 Ende 8 und am anderen Ende einen mit dem Material 8 beschichteten vorspringenden Anschlag auf.

Diese Leitungen werden auf dem Bauplatz durch Stoßverschweißung der nichtbeschichteten vorspringenden Anschläge verbunden und bilden so eine Verbindung einer Leitung mit Buchsenanschlag 5 und mit dem Material 9 beschichtetem vorspringendem 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 besonderen dichten 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 das Metallrohr 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 (8)

1. Leitung aus einem zylindrischen Metallrohr (1), das mit durch Längsmetallbewehrungen (10) und Umfangsmetallbewehrungen (11) verstärktem Beton (2) bekleidet ist, wobei um den verstärkten Beton (2) ein als Schutzschicht dienender Außenmantel (3) angebracht ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Beton (2) aus einer Mischung von Zement, Sand, leichten expandierten Granulaten und einem oberflächenaktiven Mittel mit einem Zementgehalt zwischen 380 und 480 kg/m³, einem Granulate/ Sand-Gewichtsverhältnis zwischen 0,9 und 1,1 sowie einem Wärmeleitfähigkeitskoeffizient unter 0,5 W/m. °C und der Außenmantel (3) aus Nichtbeton besteht.

2. Leitung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die leichten Granulate aus Kugeln aus expandiertem Ton bestehen.

3. Leitung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die leichten Granulate aus Kugeln aus expandiertem Schiefer bestehen.

4. Leitung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Außenmantel (3) aus einer durch ein Glasgewebe verstärkten Bitumenschicht besteht.

5. Leitung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Außenmantel (3) aus einer Bewicklung mit einem Band aus thermoplastischem Material besteht, das mittels eines Klebstoffs auf den Beton (2) geklebt ist.

6. Leitung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Außenmantel (3) aus einer Epoxyaufstreichschicht besteht.

7. Leitung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Außenmantel (3) auf Höhe einer Dichtung (7) durch ein schmiegsames Band verlängert ist.

8. Verfahren zum Herstellen einer Leitung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem man um ein zylindrisches Metallrohr Längs- und Umfangsmetallbewehrungen montiert und mit Beton umgießt und den Beton aushärten läßt, dadurch gekennzeichnet, daß man
den Beton aus einer Mischung von Wasser, Zement, Sand, leichten expandierten Granulaten und einem oberflächenaktiven Mittel mit einem Gewichtsverhältnis Wasser/Zement unter 0,42, einem Zementzusatz zwischen 380 und 480 kg/m³ und einem Gewichtsverhältnis Granulate/Sand zwischen 0,9 und 1,1 herstellt,
den gegossenen Beton im Inneren einer koaxialen, das zylindrische Metallrohr und die Verstärkungsbewehrungen umgebenden Form in Schwingungen versetzt,
das Ganze zwecks beschleunigter Aushärtung erhitzt und die Leitung nach dem Entformen mit einem Nichtbeton-Außenmantel umgibt.