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GEBIET DER
ERFINDUNG
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Die
Erfindung betrifft Rohre für
Flüssigkeiten
und insbesondere die Verwendung polymerer Substanzen zur Reparatur
oder Verstärkung
oder als Ersatz für
neue oder beschädigte
Strukturen aus Beton oder Metall, die korrosionsbeständig sein
sollen.
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BESCHREIBUNG
DES STANDES DER TECHNIK
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Abwässer und
Klärwässer werden
häufig
durch Rohre aus Beton geleitet. In einigen Anwendungen bestehen
die Rohre aus Metall. Kläranlagen
weisen häufig
Reservoire, Container und Auffangbecken auf, wie Absetzbecken, die
ebenfalls aus Beton und manchmal aus Metall gefertigt sind. Klärwässer und
Abwässer
enthalten häufig
Materialien, die stark korrodierend wirken, insbesondere in Bezug
auf Beton und Metall. Durch das bei den meisten zur Zeit verwendeten
Abwassersystemen bestehende geschlossene System entstehen anaerobe
Bedingungen, die ideal für
die Vermehrung anaerober Bakterien sind, die Schwefelwasserstoff
bilden. Deshalb sind Abwasserleitungen, Klärwasserleitungen, Reservoire,
Container und Auffangbecken häufig einer
starken Korrosion und Verwitterung ausgesetzt. Zusätzlich entstehen
aus den Verdauungs-Nebenprodukten von im Abwasser und Klärwasser
existierenden Organismen korrodierende Substanzen, die eine wesentliche
Verwitterung der Beton- und Metallrohre bewirken.
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In
dieser Beschreibung wird zur Vereinfachung der Erklärung Bezug
auf "Leitungen" und "Rohre" genommen; hiermit
sind nicht nur Leitungen und Rohre gemeint, sondern auch Steckrohre
und Kanaldüker
sowie die oben erwähnten
Reservoire, Container und Auffangbecken. "Leitungen" und "Rohre" umfassen beispielsweise auch Absetz-
oder Umsatz-"becken" in Kläranlagen,
Rückhaltereservoire
und im Allgemeinen damit verbundene Bauten, wenn nicht anders angegeben.
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Die
Verwitterung bewirkt häufig
einen physikalischen Abbau der Wand der Leitungen, so dass die Dicke
der Wand vermindert wird. Tatsächlich
werden im Lauf von Jahren Teile des Betons oder des Metalls abgebaut
oder korrodiert. Häufig
weisen Abfluss- und Abwasserrohre und ähnliche Strukturen so dünne Wände auf,
dass die Rohre unter dem Gewicht des darüber fahrenden Verkehrs zusammenbrechen;
es wurde auch berichtet, dass Personen relativ leicht ihre Arme
durch sie hindurchgestreckt haben.
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Ein
weiterer unerwünschter
Effekt der Korrosion und Verwitterung ist, dass die dünnen Wände geschwächt sind
und zu Rissen neigen, wodurch Lecks im Abwassersystem auftreten.
Solche Lecks können
die umgebende Erde oder das Rohrbett, in dem die Beton- oder Metallrohre
verlegt sind, auswaschen. Weiterhin können solche Lecks das Grundwasser
kontaminieren, Wasserwege verschmutzen und können auch an die Oberfläche austreten
und die Umgebung verschmutzen.
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Unter
den häufig
in Abwasserrohren auftretenden korrodierenden Materialien sind Schwefelsäure und Schwefelwasserstoff,
der unter den in Abwasserrohren häufig herrschenden Bedingungen
zu Schwefelsäure umgesetzt
wird. Deren korrodierende Eigenschaften sind allgemein bekannt.
Abwasserrohre weisen normalerweise entlang ihrer Wand unterhalb
des Wasserspiegels anaerobe Schlammablagerungen auf. Häufig sind in
diesen anaeroben Ablagerungen verschiedene Metallsulfate enthalten.
In dem im Wesentlichen flüssigen Abwasser
werden die Sulfate zu Sulfidionen reduziert, die mit Wasserstoffionen
aus dem Abwasser reagieren und als Schwefelwasserstoff über die
Oberfläche
aus der Flüssigkeit
entweichen.
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Schwefelwasserstoff
wirkt selbst stark korrodierend auf Metalle, aus denen einige Abwasserrohre
hergestellt sind. Viele Betonrohre enthalten Metall, beispielsweise
als verstärkende
Stahlstreben, Träger
oder ähnliche
Stützstrukturen,
die manchmal als "Armierung" bezeichnet werden.
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Sauerstoff
aus Luftzulässen
im Abwassersystem, wie Kanaldeckeln, sowie Sauerstoff aus an der
inneren Oberfläche
der Rohrwand oberhalb der im Rohr geleiteten Flüssigkeit kondensierenden Wassers
wechselwirkt mit Bakterien oberhalb des Flüssigkeitsspiegels im Rohr.
Die Bakterien scheiden weiteren Schwefelwasserstoff aus. Sauerstoff
aus der Flüssigkeit
und Sauerstoff, welcher mit dem Wasser aus der Luft kondensiert,
reagiert mit dem Schwefelwasserstoff und bildet hochkorrosive Schwefelsäure. Wasserstoff
der Säure
reagiert mit Calciumhydroxid im Zement des Betonrohres und es wird
Kalk als Gips oder Calciumsulfat ausgefällt, die als weiches Korrosionsprodukt
beschrieben wurden. Gips löst
sich vom Inneren der Wand ab und trägt dazu bei, dass diese dünner und
stark geschwächt
wird. Auf diese Weise werden ganze Stücke der Betonwand entfernt
oder verschwinden, wodurch die Wandstärke vermindert wird.
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Die
Reparatur solcher beschädigter
und geschwächter
Leitungen und Rohre erfolgte bisher vor Allem nach zwei Grundverfahren.
Bei einem Verfahren verschafft man sich Zugang zu den Betonleitungen
und frischer Beton wird auf die Wände aufgemauert, um die ursprüngliche
Dicke wiederherzustellen. Bei diesem Verfahren besteht das Problem,
dass das Aufmauern an der Decke besonderen Aufwand und Zeit erfordert.
Häufig
muss auch, beispielsweise in Abwasserleitungen, die Reparatur in
einem bestimmten Zeitfenster durchgeführt werden. Normalerweise haben
Abwasserleitungen in den Stunden zwischen Mitternacht und den üblichen
Weckzeiten um etwa 7 Uhr morgens eine relativ niedrige Fließrate bzw.
einen niedrigen Flüssigkeitsspiegel.
Nach den üblichen
Weckzeiten sind die meisten Abwasserleitungen so voll, dass ein
Zugang zu den Leitungen und Reparaturarbeiten nicht möglich sind.
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Ein
zweites Verfahren besteht darin, dass von der Erdoberfläche aus
bis zu der geschwächten
Leitung gegraben wird. Die Erde um die geschwächte Leitung wird ausgehoben
und eine Betonschicht geeigneter Dicke wird um die geschwächte Leitung
gegossen und bildet so eine neue Leitung, die das alte, beschädigte Abwasserrohr
umschließt.
Auch dieses Verfahren weist Probleme auf. Beispielsweise befinden
sich die meisten Rohre unter Fahrbahnen und Straßen. Um die Erde bis zu dem
Abflussrohr ausheben zu können,
muss die Oberfläche
der Fahrbahn oder Straße
entfernt und der Verkehr, häufig
für Wochen,
umgeleitet werden. Die Menge an Beton, die zur Ummantelung des alten
Rohres benötigt
wird, ist hoch. Auch werden für
den Aushub, das Gießen
des Betons sowie die Wiederherstellung der Fahrbahn und Straße viele
Arbeitskräfte
benötigt.
In Bezug auf Zeit und Material ist dieses Verfahren kostspielig,
und die Unterbrechung des Straßenverkehrs
bedeutet eine aufwändige
Störung
des öffentlichen
Verkehrs.
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Es
bestehen andere Verfahren, beispielsweise das Verfahren des "Auskleidens", bei dem ein neues Rohr
innerhalb des alten, beschädigten
Rohres eingesetzt wird, um die Rohrwände zu verstärken. Durch
dieses Verfahren wird der Durchmesser des Rohres oder der Leitung
reduziert und es treten Probleme an Abzweigungsrohren des zu reparierenden
Rohrs auf.
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Bei
vielen der bisher verwendeten Verfahren ist die dem Abwasser zugewandte
Oberfläche
aus dem gleichen Material, das zuvor eingesetzt wurde und verwittert
ist. Dieses Problem wurde berücksichtigt,
indem die nach innen gewandten Oberflächen nach der Reparatur der
Leitung beschichtet oder ausgekleidet wurden, aber diese Beschichtungen
und Auskleidungen sind nicht voll zufriedenstellend. Weiterhin ergibt
sich bei vielen dieser Verfahren ein Beton- oder Metallrohr, das
nach der Reparatur steif oder brüchig
ist. Durch die Brüchigkeit
der reparierten Rohre können
bald durch thermische Vorgänge
und normale oder heftige Bodenbewegungen weitere Risse entstehen.
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Auskleidungen
für die
inneren Oberflächen
von Leitungen und Rohren sind bereits bekannt (siehe beispielsweise
die US-Patentschrift 4,792,493). Solche Auskleidungen erhöhen die
Widerstandsfähigkeit
der Leitung gegenüber
den korrodierenden Wirkungen vieler Säuren, Ätzflüssigkeiten, Toxinen und in
Abwasser und Abwassersystemen häufig
auftretenden organischen Materialien. Eine Auskleidung ist jedoch
nur geeignet, wenn die Leitung im Wesentlichen unversehrt ist und
ihre Dicke ausreichend stark ist, um die in der Leitung oder im
Rohr geleiteten Substanzen einzuschließen sowie ausreichend stark,
um darüber
liegendes Erdreich und Fahrbahnen zu tragen. Wenn die Integrität der Leitung
vermindert ist, ist eine Reparatur der Beton- oder Metallstruktur
der Leitung notwendig, bevor diese ausgekleidet wird. Außerdem müssen Reparaturen
an einem bestehenden Abwassersystem durchgeführt werden, während dieses
in Betrieb ist. Des halb muss jedes Verfahren innerhalb kleiner Zeitfenster
durchführbar
sein.
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Aus
dem Stand der Technik sind verschiedene Beschichtungen bekannt,
die auf poröse
Substanzen aufgebracht werden können.
Die GB-A-2 248 237 beschreibt beispielsweise ein im Wasser übertragbares Dichtungs-
oder Beizmittel zur Verwendung auf porösen Substraten wie Holz oder
Zement. Die Zusammensetzung enthält
eine wässrige
Polyurethan-Harnstoffdispersion, die durch Reaktion zwischen mindestens
einem Diol und mindestens einem Diisocyanat und einem Mittel zur
Veränderung
der Oberflächenspannung
hergestellt wird, um die Oberflächenspannung
herabzusetzen und die Bildung eines Films auf der Oberfläche des Substrats
zu vermeiden. Gleichermaßen
beschreibt die JP-A-57,050,578
ein Verfahren, bei welchem eine Urethanfarbe auf die Oberfläche von
mit Leichtschaum behandeltem Beton aufgetragen wird und diesen imprägniert,
und die Farbe an der Oberfläche
oder an der Innenseite gehärtet
wird, um eine wasserdichte Schicht zu bilden. Die Urethanfarbe kann
mit Feuchtigkeit gehärtet
werden, und sie kann mit einem Lösungsmittel
zu einer Viskosität
verdünnt
werden, dass sie den Schaum imprägniert.
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Zusätzlich beschreibt
die JP-A-57,061,028 eine Rohflüssigkeit
für einen
Polyurethanschaum, die aufgetragen und aufgeschäumt wird, um eine adiabatische
Struktur zu erzeugen, die gegenüber
Bruch, Abbau und Abblättern
resistent ist, und die den Durchtritt von Hitze, Schall, Wasser
und Vibration über
lange Zeiträume
verhindert. Die Rohflüssigkeit
für den
Primer besteht aus Polyisocyanat, Polyol, vorzugsweise Polyetherpolyol,
einem Treibmittel, vorzugsweise Wasser und anderen Zusätzen, z.
B. einem Tensid, oder einem Lösemittel.
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Es
ist erwünscht,
verbesserte Leitungen und Rohre bereitzustellen, die hochkorrosiven
Substanzen ausgesetzt sind, die elastischer sind und die einer Korrosion
und einer Beschädi gung
von vorne herein widerstehen. Es ist erwünscht, eine verbesserte Beschichtung
für Leitungen
bereitzustellen, um die innere Integrität von Beton- und Metallleitungen
und -rohren wiederherzustellen, die hochkorrosiven Substanzen ausgesetzt sind.
Es ist weiterhin erwünscht,
eine Beschichtung bereitzustellen, die nach dem Auftragen eine verbesserte strukturelle
Bindung zu Beton oder ähnlich
porösen
strukturellen Materialien ergibt. Es ist weiterhin erwünscht, eine
Beschichtung herzustellen, die integral ist, d. h. die das Anbringen
nur einer Schicht erfordert, die nach dem Auftragen eine hohe Widerstandsfähigkeit
gegenüber
korrosiven Substanzen aufweist, ohne dass eine weitere Auskleidung
erforderlich ist. Es ist außerdem
erwünscht,
Copolymer-Schaumstoffrohre bereitzustellen, die die gleiche Stärke wie
gleich große
oder größere verstärkte Betonrohrstrukturen
aufweisen. Es ist weiter erwünscht,
die Ziele zu erreichen und gleichzeitig der Struktur Flexibilität zu verleihen,
um Rissen und anschließenden
Lecks vorzubeugen. Es ist erwünscht,
Strukturen bereitzustellen, die innerhalb enger Zeitfenster, die für eine Installation
zur Verfügung
stehen, aufgetragen und ausgehärtet
werden können.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Erfindungsgemäß wird ein
Copolymerüberzug
nach Anspruch 1 bereitgestellt.
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Die
Erfindung stellt weiterhin die Verwendung einer Zusammensetzung
bereit, welche durch Mischen eines Polyols und eines Isocyanats
erhältlich
ist, die vor dem Aushärten
des Polyurethans in die Poren eines porösen Materials eindringt und
nach dem Aushärten
ein Polyurethan ergibt, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusammensetzung
durch das Mischen eines Tensids mit dem Polyol vor dem Mischen des
Polyols mit dem Isocyanat gebildet wird.
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Weiterhin
wird von der vorliegenden Erfindung ein Polyurethanschaum-Rohr zum
Leiten fließender Materialien,
welche korrosiv wirkende Substanzen enthalten, bereitgestellt, wobei
das Rohr einen geschlossenporigen Polyurethanschaum enthält, der
aus der vorstehend beschriebenen Zusammensetzung in einer ringförmig geschlossenen,
allgemein rohrförmigen
Gestalt geformt wurde.
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Es
werden Zusammensetzungen und Verfahren zum Reparieren oder Ersetzen
von Beton- oder Metallleitungen, -rohren und ähnlichen Strukturen beschrieben,
bei denen ein Polyurethanharz aufgetragen wird, um einen Schaum
zu bilden. Es wird auch ein Polyurethanüberzug beschrieben, der zur
Reparatur eines beschädigten
Betonrohres geeignet ist. Die Reparatur mit Polyurethan wird durchgeführt, indem
ein Gemisch aus Bestandteil A und Bestandteil B der Copolymere gehärtet wird,
wobei ein Tensid und ein Amin in eines der Materialien der Copolymerbestandteile
gemischt wird. Während
des Härtens
fließen
die Bestandteile der Materialien des Polyurethans in die Zwischenräume der
Poren im Beton und beim Härten
des Polyurethans bildet das Polyurethan eine feste strukturelle
Bindung mit den Materialien des beschichteten, porösen Rohres
aus. Der Polyurethanschaum kann auf der Oberfläche, die den korrosiven Substanzen
ausgesetzt ist, eine Schutzoberfläche ausbilden, die für die korrosiven
Substanzen im Wesentlichen undurchdringlich ist, so dass keine zusätzliche
Schicht einer Auskleidung mit antikorrosiven Eigenschaften benötigt wird.
In einem alternativen Aspekt kann das Polyurethan mit vorbestimmten
Dichten aufgeschäumt
und zu einer Leitung für
Flüssigkeiten geformt
werden, wie einem Rohr, das ausreichende Stärke aufweist, um Beton- oder
Metallrohre mit der gleichen oder einer größeren Wanddicke als die des
Polyurethanschaums zu ersetzen und die eine größere Flexibilität und Beständigkeit
gegenüber
Druckbelastungen aufweisen.
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Andere
neuartige Merkmale, die die Erfindung in Bezug auf Bau und Durchführung charakterisieren, sind
zusammen mit weiteren Zielen und Vorteilen der Erfindung in der
nachfolgenden Beschreibung veranschaulicht; bevorzugte Ausführungsformen
der Erfindung sind in den Beispielen beschrieben.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 zeigt
eine perspektivische Ansicht eines Querschnitts durch eine im Erdreich
verlegte Flüssigkeitsleitung,
in welcher deren Beschädigung
dargestellt ist;
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2 zeigt
eine Ansicht eines Querschnitts durch eine im Erdreich verlegte
Leitung, in welcher die Reparatur und die Bildung einer Haut auf
der Oberfläche
dargestellt ist;
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3 zeigt
einen Querschnitt eines entlang der in 2 eingezeichneten
Linie 3-3 ausgeschnittenen Abschnitts, in welchem in stark vergrößerter Ansicht
die Bindung zwischen den Materialien dargestellt ist;
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4 zeigt
eine perspektivische Ansicht eines Querschnitts durch eine im Erdreich
verlegte Flüssigkeitsleitung;
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5 zeigt
eine Ansicht eines Querschnitts durch eine neue, unbeschädigte Leitung
nach 4, wobei die Ausbildung einer Haut auf der Oberfläche dargestellt
ist;
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6 zeigt
einen entlang der in 5 dargestellten Linie 6-6 ausgeschnittenen
Abschnitt, wobei in stark vergrößerter Ansicht
die Bindung zwischen den Materialien dargestellt ist;
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7 stellt
in Form eines Blockdiagramms eine bevorzugte Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens
mit den jeweiligen Schritten dar;
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8 zeigt
eine perspektivische Ansicht eines Querschnitts durch ein Urethanrohr,
das einer alternativen Ausführungsform
der Erfindung entspricht; und
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9 zeigt
eine perspektivische Ansicht eines Querschnitts durch eine weitere
alternative Ausführungsform
der Erfindung, welche eine zweite Beschichtung aufweist.
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BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN
AUSFÜHRUNGSFORM
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Abwasser 12 wird
normalerweise durch ein Abflussrohr 14 aus Beton geleitet,
das unterhalb des Bodens 16 verläuft, häufig unter Fahrbahnen und Straßen, siehe 1 der
beigefügten
Zeichnungen. Das Abwasser 12 weist einen Flüssigkeitsspiegel 15 auf,
der mit dem Gebrauchszyklus des Abwassersystems steigt und fällt. Normalerweise
ist der Flüssigkeitsspiegel 15,
wie in der beigefügten 1 dargestellt,
während
der Stunden von Mitternacht bis 7 Uhr morgens relativ niedrig. Der
Spiegel steigt um etwa 7 Uhr morgens stark an und bleibt während des
Tages bis in die späten
Abendstunden relativ hoch und füllt
das Rohr 14 häufig
fast bis zum obersten Spiegel innerhalb des Rohres, manchmal als
Krone des Rohres oder der Leitung 14 bezeichnet.
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Wie
vorstehend beschrieben, ist die Wand 18 des Rohres 14 hauptsächlich in
den Abschnitten korrodiert, die während Teilen des Gebrauchszyklus
nicht von Flüssigkeit
bedeckt sind. Die gestrichelte Linie 20 veranschaulicht
die ursprüngliche
innere Oberfläche
der Wand 18, bevor durch Beschädigung wesentliche Teile davon
entfernt wurden. Die innere Oberfläche 22 entsteht, nachdem
erhebliche Teile 24 der Wand 18 durch Korrosion und
Beschädigung
entfernt wurden, und es entsteht der freie Raum 24 innerhalb
des Rohres, in dem sich vormals Beton befand.
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Bei
der bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung wird die Dicke der Wand
18 vergrößert, indem
ein Schaumsubstrat
28 auf die Wand
18 auf freie
Oberflächen
22 des
korrodierten Betons
21 aufgetragen wird (siehe
2 der
beigefügten
Zeichnungen). Bei einer Ausführungsform
ist der Schaum aus einem Polyurethanharz und einem Isocyanat hergestellt.
Das Polyurethanharz wird mit Wasser hydratisiert, damit es schäumt. Die
Schäumkomponente
wird manchmal auch als Treibmittel bezeichnet. Das Polyurethanharz
enthält
eine ausreichende Menge eines thixotropen Amins, um beim Auftragen
auf die Betonoberfläche
einen geeigneten vertikalen Halt zu gewährleisten. Um die Porengröße und -struktur
einzustellen und um die Oberfläche
des Betonsubstrats während
des Aushärtens
des Polyurethanschaums zu benetzen, wird ein geeignetes Tensid zugegeben.
Es wurde gefunden, dass geeignete Tenside dafür [die folgenden) sind:
worin
x und y die Anzahl der dargestellten Gruppierungen darstellen, die
zur gewünschten
Erhöhung
der Viskosität
an die Kette angehängt
werden, und worin m und n die Anzahl der hydrophilen Propylen- und
Ethylenoxide zur Erhöhung
der hydrophil-zu-lipophil-Bilanz
(HBL) bedeuten. Es wurde gefunden, dass eine HBL von 13,18 am Besten
ist.
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Für eine optimale
Reparatur sollte die Porenstruktur hauptsächlich geschlossene Poren kleiner
Größe umfassen.
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Es
wird bei der Hydratisierung nur so viel Wasser verwendet, dass ein
Polyurethanschaum mit einer Dichte von mindestens 16 kgm–3 (zehn
Pfund pro Kubikmeter), vorzugsweise im Bereich von 26 bis 88 kgm–3 (sechzehn
bis fünfundfünfzig Pfund
pro Kubikmeter) erhalten wird. Bei dieser Dichte sollte ein Polyurethanschaum
erhalten werden, der ausreichend fest ist, um die für ein gutes
Abwasserrohr oder eine gute Abwasserleitung benötigte Wandstärke wieder
herzustellen. Weiterhin bleibt bei dieser Dichte eine ausreichende
Flexibilität
erhalten, um die Integrität
des reparierten Rohres während
des thermischen Zyklus und der meisten Bodenbewegungen aufrechtzuerhalten.
Die genaue Wassermenge wird entsprechend der in der zu reparierenden
Leitung erwünschten
Festigkeit und Dichte und der mit der Reparatur verbundenen Kosten
bestimmt.
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Das
Substrat 28 für
den Polyurethanschaum kann auf der inneren, unregelmäßigen Oberfläche 22,
die repariert werden soll, aufgetragen werden, indem das hydratisierte
Harz durch eine Leitung und das Isocyanat durch eine zweite, konzentrische
Leitung in einem geeignet beheizten flexiblen Schlauch gepresst
wird, wie ausführlich
in der US-Patentschrift 4,792,493 beschrieben ist. Der Polyurethanschaum
bildet ein Substrat 28, das normalerweise innerhalb einer
halben Stunde eine klebrige Konsistenz ausbildet, wobei eine nach
innen gerichtete Oberfläche 32 erhalten
wird.
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Wie
aus 3 der beigefügten
Zeichnungen ersichtlich ist, die einen entlang der in 2 eingezeichneten
Linie 3-3 ausgeschnittenen stark vergrößerten Ausschnitt darstellt,
weist der hier dargestellte korrodierte Beton 21 eine Oberfläche 22 mit
exponierten Aggregaten 36 auf. Der Beton 21 ist
porös und
weist viele Hohlräume
auf, welche die Poren 38, 40 bilden, sowie Aushöhlungen 44 an
der Oberfläche 22.
Teile der flüssigen Materialbestandteile,
welche die Bestandteile A und B der Polyu rethan-Copolymere umfassen,
kommen mit den Oberflächen 22 des
Betons in Kontakt und fließen
in die Zwischenräume
der Poren 38, 40 des korrodierten Betons 21,
sowie die Aushöhlungen 44,
die manchmal um exponierte Aggregate auftreten. Während des
Härtens
fließt
das Polyurethan auch in durch Korrosion gegebenenfalls gebildete
Risse. Falls der Beton mit Stahlarmierungen verstärkt wurde
und diese Stahlarmierungen durch Korrosion und Beschädigung freigelegt
wurden, fließen
die flüssigen
Materialbestandteile auch in und um die Stahlstreben.
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Dieses
Eindringen des flüssigen
Polyurethans wird wahrscheinlich durch die im Gemisch verbesserte Benetzung
der Oberfläche
des Betons während
des Härtens
durch den Tensidzusatz und durch die bei der exothermen Reaktion
zwischen dem Polyol und Isocyanat gebildete Hitze bewirkt. Wenn
das Polyurethan 28 aushärtet
und abbindet, bindet sich die Polyurethan-Reparatur durch Bindung
zwischen den Materialien integral und strukturell an den Beton 21 oder
dessen Rest, so dass die Stärke
des erhaltenen reparierten Rohres 30 wesentlich größer ist
als die des korrodierten Betonrohres 14 und auch des Original-Betonrohres
vor der Korrosion. Bei Härtetests
des reparierten Rohres 30 brachen die reparierten Rohre
erst bei einem Druck, der wesentlich höher lag als der Druck, bei
dem ein neues Betonrohr bricht. Zudem hafteten die Polyurethanbeschichtung 28 und
der Beton 21 auch nach einem Bruch noch aneinander. Anders
gesagt, tritt der Bruch nicht an der Grenzfläche zwischen der Polyurethanbeschichtung 28 und
den Betonoberflächen 22,
an die die Beschichtung gebunden ist, auf, wie nachstehend beschrieben
ist.
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"Gasblasen" und "Krater" entstehen manchmal,
wenn Polyurethan in Gegenwart von Wasser gehärtet wird. Wahrscheinlich reagiert
das Wasser mit dem Isocyanat und es wird überschüssiges Gas, wahrscheinlich CO2, gebildet, welches sich in solchen Mengen
ansammelt, dass es entweicht, wodurch Kanäle oder "Löcher" entstehen, die in
der gehärteten
Polyurethanschaumbeschichtung 28 verbleiben. Solche Kanäle können sich durch
die gesamte Dicke der Polyurethanschaumbeschichtung 28 von
deren einer Seite bis zur anderen erstrecken. Dies trifft insbesondere
zu, wenn eine Oberfläche
an ein Material angrenzt, das beschichtet wird, wodurch das Ausgasen
an die entgegengesetzte Oberfläche(n)
behindert wird, wie z. B. die hier beschriebene Umgebung. Strukturell
ergibt sich beim Aushärten
des Polyurethans eine Gasblase oder ein Kanal von dem sogenannten
beschichteten Material, wie dem korrodierten Betonrohr 21,
durch die hier beschriebene Polyurethanschaumbeschichtung 28 bis
zur entgegengesetzten Oberfläche 32.
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Um
dieses Problem zu vermeiden, wird bisher der Zutritt von Wasser
vor und während
des Aushärtens ausgeschlossen
oder begrenzt. Dies stellt aber ein Problem dar, wenn das Polyurethan
in einer Umgebung ausgehärtet
werden soll, in der Wasser ständig
anwesend oder zumindest schwierig auszuschließen ist. Abwassersysteme sind
ein Beispiel einer solchen Umgebung.
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Das
Ausgasen kann durch Zusatz eines guten Tensids kontrolliert werden.
Es wurde gefunden, dass das hier beschriebene Tensid eine ausreichende
Kontrolle der Gasbildung im Polyurethan während des Aushärtens gewährleistet,
so dass die Entwicklung von Gasblasen und Kratern im Wesentlichen
verhindert wird. Das Tensid sollte mit dem Polyol gemischt werden,
bevor dieses mit dem Isocyanat gemischt wird, um das Polyurethan
zu bilden. Es wurde gefunden, dass das gewünschte Ergebnis erzielt wird,
wenn dem Polyol bis zu 5 Gew.-% des Tensids zugemischt sind.
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Es
wurde weiterhin gefunden, dass durch die Verwendung eines Tensids
die Oberflächenspannung des
Polyurethans während
des Aushärtens
so weit vermindert werden kann, dass die an das porös strukturierte
Material 21 an der Oberfläche 22 angren zende
Polyurethanschaumbeschichtung 28 in die porösen Zwischenräume oder
Hohlräume
der Poren 38, 40 und Aushöhlungen 44 des porösen Materials 21 eindringen kann.
Beton weist eine poröse
Struktur auf und besitzt viele kleine Hohlräume, die von seiner Oberfläche ausgehen
und die Poren des Betons bilden. Diese Zwischenräume enthalten oftmals große Menge
an Wasser als Bestandteile. Normalerweise wird durch diese Flüssigkeit
das Aushärten
des Polyurethans auf der Oberfläche des
Betons erschwert.
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Man
nimmt an, dass die Bindung mechanisch erfolgt, wobei das Polyurethan 28 beim
Aushärten
den Beton 21 einschließt,
der vom Polyurethan beschichtet wird. So weist beispielsweise die
gehärtete
Polyurethanbeschichtung 28 Finger auf, die sich in die
Poren 40 erstrecken oder in diese einhaken, und Umhüllungen um
die Aggregate in den Aushöhlungen 44,
wodurch die Polyurethanbeschichtung 28 fester an dem Beton 21 gebunden
wird. Es wurde beobachtet, dass beim Versuch, die Polyurethanbeschichtung 28 vom
Beton 21 zu entfernen, der Bruch beabstandet von der Grenzschicht 22 im
Beton 21 und nicht entlang der Grenzschicht 22 auftritt.
Man nimmt an, dass durch die Bindung eine Einleitung der Last aus
der Wand 18 des Betonrohrs 21 in die Beschichtung 28 erfolgt,
so dass die Beschichtung 28 die Festigkeit des reparierten
Betonrohres und seiner Wand 30 erhöht und bei einer Reparatur
des Betonrohres 30 dieses über seine ursprüngliche
Druckbelastungsgrenze hinaus verstärkt wird.
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Die
Vorteile der vorliegenden Erfindung bei der Reparatur eines Betonrohres
in seinen physikalischen Ausmaßen
und seiner Druckbelastungskapazität, die ein gewisses Maß für die Stärke ist,
sind aus dem nachstehenden Beispiel besser ersichtlich, das zum
Verständnis
der vorliegenden Erfindung dienen soll. Dieses und alle anderen
angegebenen Beispiele stellen Beispiele für eine erfindungsgemäße Ausführungsform
dar.
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BEISPIEL I
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Ein
2,4 m (8 Fuß)
langes stahlarmiertes Betonrohr wies ursprünglich einen inneren Durchmesser
von 60 cm (24 inch) und eine Wandstärke von 7,5 cm (3 inch) auf.
Der innere Durchmesser war durch Korrosion und Beschädigung wesentlich
verändert
und wies die in 1 der beigefügten Zeichnungen dargestellte
Gestalt auf. Die Dicke der Wand am Boden des Querschnitts, an dem
die innere Oberfläche
während
des Tageszyklus konstant mit Wasser bedeckt war, betrug im Wesentlichen
7,5 cm (3 inch). Der Rest der inneren Oberfläche war stark korrodiert und
beschädigt,
so dass die Dicke der Wand stark vermindert war. Tatsächlich lag an
vielen Stellen die Stahlarmierung frei und war rundum nicht mehr
von Beton umgeben. Die Dicke der Wand wurde allgemein mit 4,4 cm
(1,75 inch) gemessen. Der 2,4 m (8 Fuß) lange Querschnitt wurde
in zwei Abschnitte oder Teile von jeweils 1,2 m (4 Fuß) geteilt.
Der erste Abschnitt wurde im oben beschriebenen Zustand getestet.
Es wurde ein D-Belastungstest in Übereinstimmung mit den Spezifikationen
und der Beschreibung des Außenbelastungs-Bruchstärketests
(External Load crushing Strength Test), ANSI/ASTM Test C497-75,
bewilligt 31. Oktober 1975, veröffentlicht
Dezember 1975, durchgeführt.
Der erste Riss von 0,25 mm (0,01 inch) zeigte sich bei 8.150 kg
(18.000 Pfund) Druck am Druckstempel. Vollständiges Versagen trat bei einem
Druck von 9.750 kg (21.500 Pfund) auf. Der zweite 1,2 m (4 Fuß) lange
Abschnitt wurde in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung auf der inneren Wandoberfläche beschichtet.
Insbesondere wurde gemäß dem in
der (jetzt US-Patent) am 26. Oktober 1992 eingereichten Anmeldung
Ser. No. 966,282 beschriebenen Verfahren mit den in dieser Beschreibung
angeführten
Modifikationen ein Polyurethanschaum gebildet. Zum Aufschäumen wurde
ein Polyurethanharz mit Wasser hydratisiert. Das Polyurethanharz
enthielt eine ausreichende Menge eines thixotropen Amins, um einen
ausreichenden vertikalen Halt bereitzustellen. Ein wie vorstehend
beschriebe nes Tensid diente zur Einstellung der Porengröße und -struktur
und erleichterte auch das Eindringen des Polyurethans in die Zwischenräume des
porösen
Betons, wie in der Erfindung beschrieben. Es wurde so viel Wasser
zugegeben, dass eine Dichte von 37 kgm–3 (23
Pfund pro Kubikfuß)
erreicht wurde. Zur Vorbereitung der inneren Oberfläche des
Betonrohres wurde kein Primer verwendet. Der Schaum wurde bei einer Raumtemperatur
von 26°C
(78°F) aufgebracht.
Auf den Polyurethanschaum wurde eine Polyvinylchloridschicht von
etwa 30 mil aufgebracht. Das Innere des Rohres wurde entlang der
gesamten Länge
des 1,2 m (4 Fuß)
langen Abschnitts aufgebracht, wobei sich der Schaum über einen
Querschnitt von 270° erstreckte,
d. h. der Boden bzw. die unteren 90° wurden nicht beschichtet. Der
innere Durchmesser des Abschnitts des beschichteten Rohres betrug
57 cm (22,75 inch). Dieser zweite Betonrohrabschnitt oder der Abschnitt
mit der Beschichtung zeigte den ersten Riss von 0,25 mm (0,01 inch)
bei 13.600 kg (30.000 Pfund). Der Abschnitt des beschichteten Betonrohres
zeigte vollständiges
Versagen bei 17.700 kg (39.000 Pfund). Die Untersuchung nach dem
Bruch bei der Endbelastung zeigte keine Trennung des Schaums von
Beton. Die Bindung zwischen Schaum und Beton blieb erhalten.
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Die
Spezifikation für
das im vorstehenden Beispiel I verwendete Betonrohr mit einem Innendurchmesser
von 60 cm (24 inch) schrieb eine Auslenkung des Rohres von weniger
als 5% sowie einen Druckwiderstand von 5.400 kg (12.000 Pfund) unter
den Testbedingungen des ASTM 497-75 Tests vor, ohne dass 0,25 mm-(0,01
inch)-Risse auftraten. Das Betonrohr 21 mit der Beschichtung 28 ergab
eine Steigerung des Druckwiderstands eines stark korrodierten Rohres
von 67%.
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Wie
in 2 dargestellt, bildet die in das Innere des Rohres
weisende Oberfläche 32 des
geschlossenporigen Polyurethans, die den fließenden korrodierenden Substanzen
in der reparierten Leitung 30 ausgesetzt wird, eine Haut 48 mit
einer Dicke 50, die die Polyurethanschaumbeschichtung 28 im
Wesentlichen undurchlässig
gegenüber
einem Eindringen der in der reparierten Leitung 30 fließenden korrodierenden
Substanzen macht. Diese Haut 48 bildet sich während des
Aushärtens
des aus der Mischung der Materialbestandteile A und B und dem Tensid
erzeugten Polyurethans. Es wird angenommen, dass die Haut 48 gebildet
wird, indem Poren an der Oberfläche 32 sowie
bis zu einer sich von der Oberfläche
aus erstreckenden Dicke 50 kollabieren. Dieses Kollabieren
der Poren wird durch die von dem Tensid im Polyolteil des Gemisches
bewirkte Benetzung verstärkt.
Das Kolabieren der Poren erzeugt eine Oberfläche 32, die im Wesentlichen
von Kraterne und Gasblasen frei ist, die häufig im Lauf der Zeit die Beschädigung von
Abwasserrohren verstärken.
Bei einer derartigen Oberfläche 32 ist
es wahrscheinlich nicht notwendig, eine thermoplastische Schicht
zum Schutz der Polyurethanschaumbeschichtung 28 vor den
korrodierenden Substanzen, die in dem Rohr 30 geleitet
werden, bereitzustellen, wie oftmals für notwendig befunden wird.
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Wie
am Besten aus den 4 bis 6 der beigefügten Zeichnungen
erkenntlich ist, kann die Belastungskapazität eines Betonrohres 56 mit
einer bestimmten Wanddicke durch die erfindungsgemäße Beschichtung
stark erhöht
werden. Ein Betonrohr 56 weist eine Wand 58 auf,
deren Dicke und dessen Durchmesser auf eine bestimmte Belastungsgrenze
eingestellt wurden. Die Belastungskapazität wird weiterhin durch die
Menge an Stahl oder an anderen Metallverstärkungen in dem Rohr bestimmt,
wie derzeit allgemein bei Betonstrukturen üblich. Das Betonrohr 56 ist
im Wesentlichen porös,
da Zwischenräume
vorhanden sind, die mit den Oberflächen in Verbindung stehen,
einschließlich
der inneren Wandoberfläche 60,
und allgemein auch innerhalb des Betons durch die Poren 62, 64 und 66.
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Ein
Polyol, dem ein geeignetes Tensid beigemischt wurde, wird vor Ort
innerhalb des Betonrohres 56 mit einem Isocyanat gemischt,
um die Aushärtung
des Polyurethans als Beschichtung 68 auf der inneren Wandoberfläche 60 der
Betonwand 58 zu initiieren. Das Polyurethan wird in die
Poren 62, 64 und 66 absorbiert, die mit
der Oberfläche 60 der
Betonwand 58 in Verbindung stehen. Beim Aushärten des
Polyurethans bildet das innerhalb der Zwischenräume der Poren 62, 64 und 66 ausgehärtete Polyurethan
eine mechanische Bindung mit dem Betonrohr 56, wodurch
das Betonrohr 56 stark verstärkt wird. Die mechanische Bindung
ist ausreichend stark, so dass die Belastungskapazität des Rohres 56 erhöht und auf
die Polyurethanbeschichtung 68 übertragen wird, wodurch im
Endeffekt die Wand 58 zusätzlich verdickt wird.
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Die
erfindungsgemäße Wirkung
auf die Belastungskapazität
des Rohres, die ein gewisses Maß für die Stärke darstellt,
ist aus dem nachstehenden Beispiel, welches zum besseren Verständnis der
vorliegenden Erfindung angegeben ist, leichter ersichtlich. Dieses
Beispiel stellt ein Beispiel für
eine Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung dar.
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BEISPIEL II
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Ein
2,4 m (8 Fuß)
langes ungebrauchtes stahlarmiertes Betonrohr mit einem inneren
Durchmesser von 90 cm (36 inch) und einer Wandstärke von 7,5 cm (3 inch) wurde
in zwei gleiche Abschnitte geteilt. Der erste Abschnitt wurde im
ursprünglichen
Zustand getestet. Der zweite 1,2 m (4 Fuß) lange Abschnitt wurde auf
der inneren Wandoberfläche
wie nachstehend beschrieben beschichtet. Es wurde ein Polyurethanschaum
nach dem in der US-Patentschrift
5,268,392 beschriebenen Verfahren hergestellt. Ein Polyurethanharz
wurde mit Wasser hydratisiert, um ein Aufschäumen zu erreichen. Das Polyurethanharz
enthielt eine ausreichende Menge eines thixotropen Amins, um einen
geeigneten vertikalen Halt bereitzustellen. Ein wie vorstehend beschriebenes
Tensid diente zur Einstellung der Porengröße und -struktur und erleichterte
auch das Eindringen des Polyurethans in die Zwischenräume des
porösen
Betons, wie in der Erfindung beschrieben. Es wurde so viel Wasser
zugegeben, dass eine Dichte von 37 kgm–3 (23
Pfund pro Kubikfuß)
erreicht wurde. Zur Vorbereitung der inneren Oberfläche des
Betonrohres wurde kein Primer verwendet. Der Schaum wurde bei einer
Raumtemperatur von 26°C
(78°F) aufgebracht.
Es wurde eine Polyvinylchloridschicht mit etwa 30 mil auf den Polyurethanschaum
aufgebracht. Die Gesamtdicke des Schaums betrug 5 cm (2 inch). Der
Schaum wurde über 360° der inneren
Oberfläche
und die gesamte Länge
von 1,2 m (4 Fuß)
des Betonrohres aufgetragen. Es wurde ein D-Belastungstest in Übereinstimmung
mit den Spezifikationen und der Beschreibung des Außenbelastungs-Bruchstärketests
(External Load crushing Strength Test), ANSI/ASTM Test C497-75,
bewilligt 31. Oktober 1975, veröffentlicht
Dezember 1975, durchgeführt.
Das Betonrohr ohne die erfindungsgemäße Beschichtung erreichte einen
D-Belastungsmesswert von 1.350, der unter anderem bedeutet, dass
die Spezifikation des Rohrs eine Belastung von 7.350 kg (16.200
Pfund) über
die bei dem Versuch verwendete Länge
des Rohres von 1,2 m (4 Fuß)
unter den Versuchsbedingungen vorschrieb. Beim unbeschichteten Rohr
zeigte sich ein erster Riss von 0,25 mm (0,01 inch) bei 10.000 kg
(22.000 Pfund), vollständiges
Versagen trat bei einer Belastung von 11.800 kg (26.000 Pfund) auf.
Bei dem wie beschrieben beschichteten Rohrteil oder -abschnitt zeigte sich
ein erster Riss von 0,25 mm (0,01 inch) bei 15.900 kg (35.000 Pfund).
Bei dem Betonteil des beschichteten Rohres trat ein vollständiges Versagen
bei 27.200 kg (60.000 Pfund) auf. Die Schaumbeschichtung war an
diesem Punkt noch unversehrt bei einer Auslenkung von weniger als
3,8%.
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Wie
in 5 dargestellt, weist die Oberfläche 72 des
geschlossenporigen Polyurethans in Richtung der Innenseite der Leitung 70.
Wie vorstehend allgemein bei der Reparaturbeschichtung beschrieben,
bildet sich eine Haut 74 mit einer bestimmten Dicke 76,
wobei die Dicke 76 größer als
jede zuvor beobachtete ist und ausreicht, um die Polyurethanschaumbeschichtung 68 für die in
der Leitung 70 fließenden
korrosiven Substanzen im Wesentlichen undurchlässig zu machen. Diese Haut 74 bildet
sich, während
das Polyurethan aus der Mischung der Materialbestandteile, die die
Teile A und B sowie das Tensid umfassen, aushärtet. Es wird angenommen, dass
die Haut 74 durch das Kollabieren der Poren an der Oberfläche 72 sowie
bis zu einer Tiefe 76, die von der Oberfläche 72 ausgeht,
gebildet wird. Das Kollabieren der Poren wird durch das Benetzen durch
das in dem Polyolteil der Mischung vorhandene Tensid verstärkt, und
es wird angenommen, dass dadurch eine stärkere und wirksamere Haut 74 erreicht
wird. Durch das Kollabieren der Poren wird eine Oberfläche 72 gebildet,
die frei von Kratern und Gasblasen ist, die häufig zu einer Steigerung der
Beschädigung
von Abwasserrohren über
einen Zeitraum beitragen. Durch diese Oberfläche 72 kann es überflüssig sein,
eine thermoplastische Schicht bereitzustellen, um die Polyurethanschaumbeschichtung 68 vor
den im Rohr 70 geleiteten korrosiven Substanzen zu schützen, die
oftmals für
notwendig angesehen wird.
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Ein
Verfahren für
das Auftragen des Schaums umfasst als ersten Schritt das Mischen
der Bestandteile des Polyurethanharzes (siehe 7 der
beigefügten
Zeichnungen). Beim ersten Schritt 78 werden das Tensid und
das Amin mit dem Harz, vorzugsweise in Anwesenheit eines Katalysators
wie Dibutylzinklaureat, in einem Behälter mit einer Rührgeschwindigkeit
von 1.750 rpm über
2 Stunden oder mehr gemischt. Die Menge des zugegebenen Katalysators
wird durch die Schnelligkeit bestimmt, mit der die Aushärtung erfolgen
soll. Zugabe zusätzlichen
Katalysators erhöht
die Schnelligkeit des Aushärteverfahrens.
Das Urethan härtet
ohne jeglichen Katalysator aus. Das Härtungsmittel wird her gestellt,
indem ein Anteil des Harzes mit dem Isocyanat präpolymerisiert wird, um das
Volumenverhältnis
von Harz und Härtungsmittel
auf ein Verhältnis
von etwa 1 : 1 einzustellen. Zur Präpolymerisierung werden die
Bestandteile mit einem Mixer bei einer Rührgeschwindigkeit von 450 rpm über etwa
2 Stunden gemischt.
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Die
Harzmischung und das Härtungsmittel
werden durch getrennte Leitungen zu einer Düse verbracht, die sich an der
Stelle einer Leitung befindet, deren Wand beschichtet oder repariert
werden soll, und werden gemischt und auf die Wand 80 aufgebracht.
Das Harz und das Härtungsmittel
reagieren unter Bildung eines geschlossenporigen Plastikschaums
(82), der ausgehärtet
wird. Nach etwa 20 bis 30 Minuten hat der Schaum auf der nach innen
gerichteten Oberfläche
eine Haut gebildet, die sich klebrig anfühlt.
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Eine
Ausführungsform
der Erfindung umfasst die erfindungsgemäße Verwendung eines geschäumten Polyurethans
als Strukturmaterial für
oder anstelle einer Beton- oder Metallleitung oder eines -rohres.
Wie aus 8 der beigefügten Zeichnungen ersichtlich,
kann ein erfindungsgemäß aus Polyurethan
hergestelltes Rohr 84 als Ersatz für ein Beton- oder Metallrohr
verwendet werden, wenn dieses Rohr in einer Umgebung verwendet wird,
die allgemein vor UV-Strahlung abgeschirmt ist. Die meisten Abwasserleitungen
befinden sich im Erdreich oder in Anlagen und sind so gegenüber UV-Strahlung
zumindest teilweise abgeschirmt. Befindet sich die Leitung im Erdreich,
ist sie vor einer UV-Bestrahlung abgeschirmt; gleiches gilt für viele
Leitungen, Behälter und
Auffangbecken in einer Kläranlage.
Viele dieser Leitungen, Behälter
und Auffangbecken befinden sich innerhalb eines Gebäudes, sind
mit einer zusätzlichen
Beschichtung, wie beispielsweise Polyvinylchlorid (PVC), bedeckt
oder werden durch eine andere Struktur abgeschirmt. Weiterhin wird
angenommen, dass sich die Lebensdauer einer Polyurethan-Leitung
verlän gert,
wenn die Umgebung einen stabilen Temperaturbereich aufweist. Es
wird angenommen, dass der optimale Temperaturbereich für eine lange
Lebensdauer der Polyurethan-Leitung zwischen etwa 4° bis 21°C (40° bis 70°F) liegt.
Im Erdreich verlegte Leitungen befinden sich meist in einer Umgebung
mit gut bekanntem Temperaturbereich, der allgemein stabiler ist
als in der Umgebung oberhalb des Bodens.
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Zuerst
wird das Polyurethanharz mit Wasser hydratisiert, um ein Aufschäumen zu
ermöglichen.
Es wird ein Tensid zugesetzt, um die Porengröße und -struktur einzustellen,
wie in der US-Patentschrift 5,268,392 beschrieben.
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Zuerst
wird eine Form hergestellt, wobei ein Abstand oder Raum zwischen
zwei konzentrischen Zylindern die Dicke 90 des Rohres 84 definiert,
wenn zwischen diesen das Polyurethan ausgehärtet wird. Das Polyol und Isocyanat
werden, wie beschrieben, in den Raum zwischen den Zylindern eingebracht
und zu einem Polyurethanschaumrohr 84 ausgehärtet. Nach
Entfernen der Form wird das Rohr 84 mit einer inneren Oberfläche 86,
die eine verdickte Haut 88 aufweist, erhalten. Das Rohr 84 ist
einsatzbereit.
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Die
Wirkung dieser alternativen Ausführungsform
der Erfindung bei der Bereitstellung eines Ersatzes für ein Betonrohr
sowohl in den physikalischen Abmessungen als auch bei der Belastungskapazität ist aus
dem nachstehenden Beispiel, welches zum besseren Verständnis der
vorliegenden Erfindung angegeben ist, leichter ersichtlich. Dieses
Beispiel stellt ein Beispiel für
eine Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung dar.
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BEISPIEL III
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Es
wurde eine Form konstruiert, wobei zwei konzentrische Zylinder 7,5
cm (3 inch) voneinander beabstandet wurden, um ein Polyurethanrohr
mit einer Länge
von 1,3 m (4 ¼ Fuß (4,25')) und einer Wandstärke von
7,5 cm (3 inch) herzustellen. Es wurde ein Drahtkäfig aus
Stahldraht mit einem Durchmesser von 6,25 mm (¼ inch), der herkömmlich bei
der Herstellung von Betonrohren verwendet wird, in die Form eingebracht,
um einen Vergleich des Rohres dieses Beispiels mit einem Betonrohr
zu ermöglichen,
das für
eine D-Belastung von 1.500 ausgelegt war, wie sie für den ANSI/ASTM
Test C 497-75 spezifiziert ist (genauere Beschreibung siehe vorstehende
Beispiele I und II). Es wurde ein Polyurethanschaum nach dem allgemeinen
Verfahren des US-Patents 5,268,392 mit den hier beschriebenen Modifikationen
hergestellt. Insbesondere wurde das Polyurethanharz mit ausreichend
Wasser hydratisiert, um eine Dichte von 37 kgm–3 (23
Pfund pro Kubikfuß)
zu erreichen. Es wurde wie vorstehend beschrieben ein Tensid zugegeben,
um die Porengröße und -struktur
einzustellen. Im Zwischenraum zwischen dem inneren und dem äußeren Formzylinder
wurde auf den inneren Formzylinder eine Polyvinylchloridschicht
von etwa 30 mil aufgebracht, um an der inneren Oberfläche des
Polyurethanschaumrohres eine Auskleidung zu erhalten. Materialbestandteile
A und B des Polyurethans wurden bei einer Umgebungstemperatur von
26°C (78°F) in den
Raum zwischen dem inneren und dem äußeren Zylinder der Form eingebracht.
Das Polyurethan wurde ausgehärtet.
Der innere Durchmesser des Rohres betrug 60 cm (1,98 Fuß oder 23,75
inch). Das Rohr wog lediglich 93 kg (205 Pfund). Es wurde ein D-Belastungstest in Übereinstimmung
mit den Spezifikationen und der Beschreibung des Außenbelastungs-Bruchstärketests (External
Load crushing Strength Test), ANSI/ASTM Test C497-75, bewilligt
31. Oktober 1975, veröffentlicht Dezember
1975, durchgeführt.
Bei einem Druck von 10.900 kg (24.000 Pfund) wurde eine Auslenkung
von 5% beobachtet. Der erste Riss trat erst bei einem Messwert von
14.700 kg (32.500 Pfund) Druck auf. Bei diesem Druck ergab die Messung
der Höhe
des Polyurethanrohres 53 cm (21 inch) und die maximale Messung der Breite
betrug 65 cm (26 inch). Nach dem Auftreten des Risses wurde der Druck
entfernt und das Rohr dehnte sich wieder auf eine Höhe von 58
cm (23,125 inch) und eine Breite von 61 cm (24,375 inch).
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Wie
aus dem hier angegebenen Beispiel ersichtlich, ergibt das erfindungsgemäß hergestellte
Polyurethanrohr 84 eine Leitung 84 für Flüssigkeiten,
die eine größere Festigkeit
und bessere Eigenschaften der physikalischen Dimensionen aufweist
als ein Betonrohr vergleichbarer Größe. Vor allem ist das erfindungsgemäße Rohr 84 wesentlich
leichter als ein gleich dimensioniertes Betonrohr. Die vorliegende
Erfindung stellt eine Leitung für
Flüssigkeiten 84 bereit,
die eine wesentlich höhere
Auslenkung ohne Rissbildung toleriert und so potentielle Lecks vermindert
und Bewegungen des Erdreichs, Kontraktionen, Expansionen und Differentialdrücke wie
beispielsweise Scherkräfte
besser aufnimmt. Das Rohr 84 kann in vorteilhafter Weise
als Einsatz in ein kollabiertes Rohr oder in ein Rohr, dass so stark
korrodiert ist, dass es teilweise in den Untergrund oder in die
Atmosphäre
leckt, eingesetzt werden. Abschnitte des Rohres 84 können daher
in ein früheres,
bereits kollabiertes Abwasserrohr eingesetzt werden, wobei die Enden
an das verbleibende Abwasserrohr versiegelt werden können und
dienen daher als Ersatz für
das vorige, nun kollabierte oder so stark beschädigte Rohr, dass eine Reparatur
nicht lohnend erscheint.
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Unter
Bezug auf 9 der beigefügten Zeichnungen ist eine weitere
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung dargestellt, wobei zum besseren Verständnis ein
Anschnitt gezeigt ist. Die Leitung 94 stellt ein Betonrohr 96 mit
einer wie vorstehend beschrieben aufgebrachten Polyurethanschaumbeschichtung 98 dar. Zusätzlich wurde
eine Polyurethanschicht 100 auf die innere Oberfläche der
Polyurethanschaumbeschichtung 98 aufgetragen, wobei die
innere Oberfläche 102 der
Polyurethanbeschichtung 100 der korrosiven Umgebung in
der Leitung 94 zugewandt ist. Die Polyurethanbeschichtung 100 wird
aufgebracht, indem das Urethan harz durch eine flexible Leitung und
das Isocyanat durch eine zweite, konzentrisch angeordnete Leitung
unter Anwendung von Hitze und Druck gepresst wird, wie detailliert
in der US-Patentschrift
4,792,493 beschrieben.
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Das
erfindungsgemäße Polyurethanschaumrohr
oder die erfindungsgemäße Beschichtung
kann also verstärkt
werden, finden eine Schicht nicht geschäumten Polyurethans auf die
innere Oberfläche
des Rohres oder der Beschichtung, die der korrosiven Umgebung ausgesetzt
wird, aufgebracht wird.
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Wie
ersichtlich ist, wird ein Verfahren zur Reparatur korrodierter und
beschädigter
Beton- und Metallstrukturen, wie Abwasserleitungen, bereitgestellt,
wobei die inneren Oberflächen
der Strukturen verstärkt
und geschützt
sind. Das Verfahren beschreibt auch ein neuartiges Substrat. Vorteilhafterweise
verleiht der Schaum auch in geringen Dichten ein gewisses Maß an Stärke und
Schutz. Weiterhin stellt der Schaum auch eine hochwertige Beschichtung
und Auskleidung auch für
noch nicht korrodierte Strukturen, wie Neuinstallationen, bereit.
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Die
vorstehende Beschreibung der Erfindung und der bevorzugten Ausführungsformen
in Bezug auf Produkte, Zusammensetzungen und Verfahren dient nur
der Veranschaulichung einzelner Ausführungsformen. Natürlich sind
dem Fachmann weitere Ausführungsformen
ersichtlich.