DE4127992A1

DE4127992A1 - Beton-kunststoff-verbundrohr, verfahren zu seiner herstellung und seine verwendung als vortriebsrohr

Info

Publication number: DE4127992A1
Application number: DE19914127992
Authority: DE
Inventors: Klaus-Dieter Schmager; Frank Dr Poyda; Reiner Dr Schoepe
Original assignee: Huels Troisdorf AG
Current assignee: HT Troplast AG
Priority date: 1991-08-23
Filing date: 1991-08-23
Publication date: 1993-02-25

Description

Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft ein Verbundrohr mit einer äußeren Trag schicht aus Beton, Stahlbeton o. dgl. und einem inneren Rohr aus Kunststoff, ein Verfahren zu seiner Herstellung sowie eine bevorzugte Verwendung des Verbundrohres.

Verbundrohre sind Rohre, bei denen sich die Rohrwandung aus wenigstens zwei Schichten zusammensetzt. Der äußere Mantel, in der Regel aus Beton, Stahlbeton oder Materialien mit ähnlichen Eigenschaften, dient in erster Linie der mechanischen Festig keit, während die innere Schicht (Inliner) den Korrosionsschutz übernimmt.

Stand der Technik

Zum Auskleiden von Betonrohren als Korrosionsschutz haben sich insbesondere flexible, flächige Kunststoffdichtungsfolien mit außenseitigen Stegen bzw. Rippen bewährt (DE-C2 25 57 292). Als Material wird nahezu ausschließlich Weich-PVC verwendet. Die verwendeten Kunststoffolien sind verhältnismäßig dünn, so daß sie bei erhöhter mechanischer Beanspruchung, beispielsweise bei Verwendung des Rohres als Vortriebsrohr, oder durch von außen eindringendes Druckwasser zerstört werden können.

Aus der DE-OS 23 17 041 ist ein bewehrtes Kanalisations-Beton rohr mit Thermoplast-Innenschale bekannt, bei dem die Innen schale aus einer Mehrzahl sich in Rohrlängsrichtung erstrecken den, extrudierten Platten besteht, die zu einem Rohr zusammen gefügt sind. Dieses die Innenschale bildende Rohr weist außen seitig über die gesamte Länge eine Vielzahl von T-förmigen Ver ankerungsstegen auf, die in die äußere Betonschale eingegossen werden. Auf diese Weise ergibt sich eine formschlüssige feste Verbindung von Außen- und Innenschale.

Diese Verbundrohre eignen sich auch für Einsatzgebiete mit hohen mechanischen und korrosiven Anforderungen, der Aufwand für ihre Herstellung ist allerdings hoch. Bei hoher Temperatur- Wechselbelastung kann bei dickeren Innenrohren die Verbindung zwischen den T-förmigen Stegen und dem Beton wegen der unter schiedlichen thermischen Ausdehnung von Beton und Kunststoff versagen. Bei Verwendung von Polyolefinen, insbesondere Poly ethylen, die wegen ihrer besonders hohen Permeationsdichte, Schlagfestigkeit und Beständigkeit gegen aggressive Flüssigkei ten sonst bevorzugt würden, ist diese Bauweise in der Praxis bei großen Wandstärken des Innenrohres besonders kritisch, da Polyethylen gegenüber Beton einen um den Faktor 15 höheren Wär meausdehnungs-Koeffizienten aufweist.

Aufgabe der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein gattungsgemäßes Ver bundrohr dahingehend zu verbessern, daß es gleichzeitig hohen mechanischen, korrosiven und thermischen Beanspruchungen stand hält. Ein weiteres Anliegen der Erfindung besteht darin, den Herstellungsaufwand für ein Verbundrohr zu verringern.

Darstellung der Erfindung

Die Erfindung löst diese Aufgabe durch ein Verbundrohr mit einer äußeren Tragschicht aus Beton, Stahlbeton o. dgl. und einem inneren Rohr aus Kunststoff, wobei das innere Rohr ledig lich in einem Teilbereich seiner Länge form-, stoff- oder kraftschlüssig in der äußeren Tragschicht fixiert ist.

Bei Temperaturänderungen kann sich das innere Rohr somit einer seits frei in der äußeren Tragschicht bewegen (ausdehnen oder schrumpfen), andererseits wird durch die Fixierung in einem Teilbereich seiner Länge ein "Hinauswandern" des inneren Rohres durch häufige Temperaturwechsel vermieden.

Das innere Rohr kann grundsätzlich z. B. an einem seiner Enden in der äußeren Tragschicht fixiert werden, so daß die Ausdeh nung oder Schrumpfung bei Temperaturänderungen nur zum anderen Ende des Rohres hin auftritt. Bevorzugt wird das innere Rohr aber im Bereich seiner Mitte - über die Längsausdehnung des Rohres gesehen - fixiert, während es an den Enden (relativ) frei in der äußeren Tragschicht verschiebbar ist.

Die Fixierung kann z. B. formschlüssig durch eine in tangenti aler Richtung verlaufende Rippe oder einen Wulst auf der Außen seite des inneren Rohres erfolgen. Auch ist eine Verklebung (stoffschlüssige Verbindung) in einem Teilbereich der Länge möglich. Bevorzugt erfolgt die Fixierung des inneren Rohres in der äußeren Tragschicht jedoch kraftschlüssig, d. h. allein durch Reibungskräfte.

Nach einer besonders bevorzugten Ausführung der Erfindung wird die kraftschlüssige Fixierung durch elastische Deformation des inneren Rohres bewirkt. Hierzu wird bevorzugt ein glattwandiges Kunststoffrohr mit geeigneter Wandstärke in einem Teilbereich seiner Länge durch z. B. eine Spreize elastisch gedehnt. Das Kunststoffrohr nimmt in diesem Teilbereich seiner Länge dadurch eine leicht elliptische Form an. Erfolgt diese elastische Deformation nur im Bereich der Mitte - über die Länge des Roh res gesehen - so bleibt der Querschnitt des Rohres an seinen Enden annähernd kreisförmig.

Das so in einem Teilbereich seiner Länge elastisch deformierte Innenrohr wird dann als Innenverschalung für ein z. B. Stahlbe ton-Außenrohr (Tragschicht) verwendet, indem die Stahl-Beweh rung und der Beton in den Ringspalt zwischen dem Kunststoff- Innenrohr und einer entsprechenden Außenverschalung eingebracht werden. Nach Aushärtung des Betons wird die Spreize aus dem Innenrohr entfernt. Die enganliegende Beton-Tragschicht verhin dert nun die elastische Rückverformung des leicht elliptisch verformten Kunststoffrohres in die ursprüngliche Kreisform, so daß erhebliche Druckkräfte zwischen Kunststoffrohr und Außen schale entstehen. Diese Druckkräfte bewirken die kraftschlüs sige Fixierung des Innenrohres in der äußeren Tragschicht, d. h., ein Verschieben des Innenrohres innerhalb der Trag schicht wird an dieser Stelle durch Reibungskräfte verhindert. Diese kraftschlüssige Fixierung des inneren Rohres in der äuße ren Tragschicht wird noch dadurch verstärkt, daß auch die äußere Tragschicht nach dem Aushärten auf der Innenseite die leicht elliptische Form des inneren Rohres an der deformierten Stelle angenommen hat. Eine Längsverschiebung des inneren Roh res in der äußeren Tragschicht wird dadurch zusätzlich erschwert.

Die für die Fixierung des inneren Rohres notwendige elastische Deformation hängt von der Wandstärke, dem Durchmesser und dem Elastizitäts-Modul des inneren Rohres ab, wobei bei größerer Wandstärke kleinere, bei größerem Durchmesser größere Deforma tionen notwendig sind.

Bei Verwendung von Polyethylen als Material für das innere Rohr und mittleren Durchmessern beträgt die elastische Deformation des inneren Rohres bevorzugt 0,5 bis 10%, insbesondere 1 bis 5%, und die Wandstärke 1 bis 10% des inneren Durchmessers.

In Abhängigkeit von dem inneren Durchmesser D_i des inneren Roh res und der Wanddicke W_D kann die bevorzugte elastische Defor mation als prozentuale Änderung des Durchmessers (ΔD/D_i) nähe rungsweise mit der Formel

ΔD/D_i = (0,5 bis 5)%×D_i / (30 W_D)

berechnet werden.

Das erfindungsgemäße Verbundrohr ist durch den äußeren Mantel (Tragschicht) z. B. aus Stahlbeton mechanisch sehr stabil, ins besondere weist es eine hohe Längsdruckfestigkeit auf. Es eignet sich daher insbesondere auch als Vortriebsrohr. Das ins besondere außen und innen glattwandige innere Rohr kann auch aus Kunststoffen mit sehr hohen Temperaturausdehnungskoeffizi enten, wie z. B. Polyolefinen, insbesondere Polyethylen oder modifiziertem Polyethylen, gefertigt werden, wobei eine hervor ragende Beständigkeit gegen aggressive Medien bei gleichzeiti ger Schlagfestigkeit erzielt wird.

Bei Einsatz des erfindungsgemäßen Verbundrohres in einem Druck wasser führenden Erdreich muß damit gerechnet werden, daß Was ser durch die äußere Stahlbeton-Wandung dringt und von außen ggf. mit hohem Druck auf das innere Rohr aus Kunststoff ein wirkt. Dennoch weist das erfindungsgemäße Verbundrohr eine wesentlich höhere Festigkeit gegenüber äußerer hydrostatischer Belastung auf als ein Kunststoff-Rohr mit gleicher Wandstärke wie das innere Rohr des erfindungsgemäßen Verbundrohres, da die äußere Stahlbeton-Ummantelung eine Deformation (Beulen) des inneren Rohres durch das Druckwasser verhindert.

Bei Temperaturänderungen kann sich das innere Rohr an den nicht fixierten Bereichen relativ zur äußeren Tragschicht frei bewe gen, so daß die unterschiedliche thermische Dehnung der Mate rialien nicht zu einem Aufbau größerer Kräfte führt. Um die Ausdehnung der inneren Rohre in der äußeren Tragschicht an den Stoßstellen zwischen zwei Rohrenden zu gewährleisten, ist bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, daß in an sich bekannter Weise die inneren Rohre gegenüber den äußeren Mantel-Rohren (Tragschicht) etwas zurückspringen, d. h. die inneren Rohre werden an jeder Seite einige Millimeter kür zer ausgeführt als die Beton-Schale. Der Zwischenraum zwischen zwei Innenrohren wird dann z. B. mit einer Überschiebmuffe mit eingelegten Dichtringen abgedichtet.

Alternativ können inneres Rohr und äußere Tragschicht mit glei cher Länge hergestellt werden, wobei beim Verlegen der Rohre zwischen den Stoßstellen der äußeren Hüllen Zwischenscheiben entsprechender Dicke eingelegt werden, z. B. aus Holz. Diese Ausführungsform wird insbesondere beim Einsatz der erfindungs gemäßen Verbundrohre als Vortriebsrohre eingesetzt, wobei Zwi schenscheiben aus deformierbarem Material, insbesondere aus Holz, eine Druckverteilung beim Vorpressen gewährleisten und damit eine Beschädigung der Stahlbeton-Stirnflächen verhindern.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Beispiels sowie der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen dabei

Fig. 1 schematisch ein erfindungsgemäßes Verbundrohr nach dem Ausschalen;

Fig. 2 den Schnitt AA durch ein Verbundrohr gemäß Fig. 1;

Fig. 3 Detail B gemäß Fig. 2.

Bester Weg zur Ausführung der Erfindung

Im Rahmen von Leitungsarbeiten soll ein Rohr mit Nenndurchmes ser 1000 mm unter einem Gebäude verlegt werden. Hierzu wird das sogenannte Rohrvorpreß-Verfahren angewandt, bei dem die Rohre von einem Schacht an einer Gebäudeseite aus unter das Gebäude hindurch geschoben werden.

Für die Baumaßnahme werden Verbundrohre 1 wie folgt her gestellt: Ein handelsübliches Polyethylenrohr nach DIN 19 537 aus PE-HD mit 1000 mm Außendurchmesser und 31,1 mm Wandstärke (Hersteller: Hüls Troisdorf AG, Werk Höhn, Typ PN 3,2) mit einer Länge von 3 m wird in der Mitte mit einer Spreize 5 um 20 mm (entspricht etwa 2 %) gestaucht, so daß sich der ursprünglich kreisrunde Innendurchmesser zu einer leichten Ellipse verformt. Die Enden des Kunststoff-Rohres bleiben dabei kreisförmig. In Fig. 1 und 2 ist die elastische Deformation des Rohres 4 im Bereich der Spreize 5 mit der gestrichelten Linie 6 übertrieben dargestellt, um anzudeuten, wie sich das innere Rohr durch die Spreize verformt. Dabei wird das Rohr im Bereich der Enden nicht mitverformt.

Das innere Rohr 4 aus PE-HD wird senkrecht aufgestellt und zunächst mit einer Stahlbewehrung umgeben. Anschließend wird die Außenschalung (nicht dargestellt, Innendurchmesser 1310 mm) übergestülpt. Ggf. kann das innere Rohr 4 in der Außenschalung mit zusätzlichen Maßnahmen zentriert werden, um eine möglichst gleichmäßige Wandstärke des Beton-Außenrohres 2 zu erreichen. Nach Aushärtung des Betons 3 wird die Holzspreize 5 entfernt. Dabei will sich das elastisch verformte innere Rohr 4 in die kreisrunde Form zurückverformen, was zu einer entsprechenden Anpressung an das Stahlbeton-Rohr 2 im Bereich 7 führt.

In Längsrichtung des Rohres 1 (Fig. 2) weist der PE-Inliner 4 eine Ausbauchung auf (in Fig. 2 mit Ziff. 6 übertrieben darge stellt), die ein Verschieben des inneren Rohres 4 verhindert.

Die so hergestellten Verbundrohre 1 werden mit hydraulischen Pressen unter dem Gebäude durch den Baugrund hindurch gepreßt.

Im Zuge des Verpressens wird das Erdreich aus dem Rohrinneren gelöst und heraus transportiert.

In Fig. 3 ist der Übergangsbereich zwischen zwei Verbundroh ren 1 und 1′ (Detail B in Fig. 2) näher dargestellt. Aus die ser Figur ist zu entnehmen, daß die Innenrohre 4 und 4′ der beiden aneinanderstoßenden Verbundrohre 1 und 1′ einen gewissen Abstand voneinander aufweisen. Dieser wird abgedichtet durch eine Dichtmanschette 8 aus HD-Polyethylen mit eingelegten Keil lippendichtungen 9. Die Beton-Außenschalen 2 und 2′ werden durch einen Holzpreßring 10 voneinander getrennt. Dieser Holz preßring 10 verhindert beim Vortrieb der Rohre 1, 1′, daß durch leichtes Verkanten bzw. außermittige Krafteinleitung Teile des Betons 3 absplittern. Von außen sind die Verbundrohre 1 und 1′ nochmals mit Hilfe des Stahlrings 11 und der Dichtungen 12 und 13 gegenüber von außen eindringendem Wasser etc. abgedichtet.

Claims

1. Verbundrohr (1) mit einer äußeren Tragschicht (2) aus Beton (3), Stahlbeton o. dgl. und einem inneren Rohr (4) aus Kunststoff, dadurch gekennzeichnet, daß das innere Rohr (4) lediglich in einem Teilbereich seiner Länge form-, stoff- oder kraftschlüssig in der äußeren Trag schicht (2) fixiert ist.

2. Verbundrohr (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das innere Rohr (4) im Bereich der Mitte - über die Länge des Verbundrohres (1) gesehen - kraftschlüssig in der äußeren Tragschicht (2) fixiert ist, wobei die kraft schlüssige Fixierung durch elastische Deformation des inneren Rohres (4) erfolgt.

3. Verbundrohr (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die elastische Deformation des inneren Rohres (4) 0,5 bis 10%, bevorzugt 1 bis 5%, und die Wandstärke 1 bis 10% des inneren Durchmessers beträgt.

4. Verbundrohr (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das innere Rohr (4) außen glattwandig ausgebildet ist.

5. Verbundrohr (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das innere Rohr (4) aus einem Polyole fin, bevorzugt aus Polyethylen oder modifiziertem Poly ethylen, besteht.

6. Verfahren zur Herstellung eines Verbundrohres (1) mit einer äußeren Tragschicht (2) aus Beton (3), Stahlbeton o. dgl. und einem inneren Rohr (4) aus Kunststoff, bei dem der Beton (3) o. dgl. in einen Zwischenraum zwischen einer inneren, von dem inneren Rohr (4) gebildeten Form und einer äußeren Form gefüllt und ausgehärtet wird, dadurch gekennzeichnet, daß das innere Rohr (4) vor dem Einfüllen des Betons (3) o. dgl. im Bereich der Mitte - über seine Länge gesehen - elastisch deformiert wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch die Ver wendung eines außen glattwandigen Rohres als inneres Rohr (4).

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß das innere Rohr (4) aus Polyolefin, bevorzugt aus Polyethylen oder modifiziertem Polyethylen, besteht.

9. Verwendung eines Verbundrohres (1) nach einem der Ansprü che 1 bis 5 als Vortriebsrohr.