DE2330643B2

DE2330643B2 - Geschleudertes, korrosionsfestes, wasserdichtes kunstbetonrohr und verfahren zu seiner herstellung

Info

Publication number: DE2330643B2
Application number: DE19732330643
Authority: DE
Inventors: Dieter 8433 Parsberg Kleinsteuber
Original assignee: Kleinsteuber & Co Fabrikation Synthetischer Drahtseile 8433 Parsberg
Current assignee: Kleinsteuber 2100 Hamburg De GmbH
Priority date: 1973-06-15
Filing date: 1973-06-15
Publication date: 1976-03-18
Also published as: DE2330643C3; DE2330643A1; DE2546391A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein geschleudertes, korrosionsfestes, wasserdichtes Kunstbetonrohr mit

ίο einem Anteil von maximal 10% an sich bekannten Kunststoffbindemittels und mit aus einem verhältnismäßig breiten Korngrößenbereich ausgewählten mineralischen Zuschlagstoffen einer Korngröße bis etwa 3 mm. Nachdem bereits bekannt ist (DT-OS 1944 761), Mörtelmischungen zur Herstellung von kunstharzgebundenen Baukörpern aus einer pastösen Mischung aus Kunstharz mit Härtern und Füllstoffen sowie mineralischen Zuschlagstoffen herzustellen und dabei etwa 3 bis 12% Kunstharz auf Epoxyd- und/oder Polyurethanharzbasis sowie Quarz und/oder Porzellanmehl zu verwenden und hierzu bei der Herstellung eines Estrichs vorzugsweise 7,6% Epoxydharz, etwa 70% Quarzsand einer Korngröße zwischen 0,1 und 0,4 mm und 30% Gesteinsmehl einer kleineren Korngröße zu verwenden, ist es auch bekannt (DT-Gbm 18 43 565), Behälter, wie Gehäuse. Rohre, Rohrschalen, unter Verwendung von Kunststoffen, wie Polyester-, Epoxyd- und Phenolharzen, sowie Zuschlagstoffen wie Schamotte, Basalt, Kalkstein, Granit, Quarz, durch Gießen der gießfähigen Mischung herzustellen. Dabei beträgt der Kunststoffanieil zwischen etwa 10 und 17% und wird auf eine hohe Packungsdichte Wert gelegt, die man durch Verwendung langspitziger Körner mit beinahe faserähnlicher Struktur zu erzielen sucht. Die Zuschlagstoffe werden aus einem Korngrößenbereich bis zu 0,7 mm ausgewählt und zwar hat die überwiegende Menge der Zuschlagstoffe eint Korngröße bis zu 0,35 mm. Da derartige Kunstbetonbauelemente insbesondere dann, wenn sie dynamischen Belastungen ausgesetzt sind, eine vielfach nicht genügende Dauerstandfestigkeit aufweisen (sofern nicht die Wandstärke außerordentlich groß gewählt wird, wodurch wiederum unvertretbar hohe Herstellungskosten entstehen), hat man die Bauelemente mit Armierungen aus Drähten u. dgl. "ersehen.

Dabei ist es beispielsweise bekannt (US-PS 36 30 237), Verstärkungsdrähte aus speziellen Alüininiumlegierungen in Kunstbeton einzubetten, der als Kunststoffbindemittel Polyesterharz neben mineralischen Zuschlagstoffen, wie gebrochenen Granit, Quarz, Aluminiumoxyd

u. dgl. aufweist. Bei einer verhältnismäßig großen Wandstärke von mindestens 5 cm streuen die Korngrößen der Zuschlagstoffe bis zur Hälfte der Wandstärke, d. h. mindestens 25 mm. Eine bevorzugte Zusammensetzung ist hierbei beispielsweise 10% Polyesterharz, 35% Zuschlagstoffe des Korngrößenbereichs von 19 bis 25 mm, 15% Zuschlagstoffe des Korngrößenbereichs von 2,4 bis 19 mm, 23% Zuschlagstoffe des Korngrößenbereichs von 0,15 bis 2,4 mm und 17% Zuschlagstoffe des Korr.größenbereichs unterhalb 0,15 mm. Die Verwendung solcher Armierungen ist jedoch nicht nur hinsichtlich der Rohstoff-, sondern vor allem auch wegen der Herstellungskosten höchst unerwünscht, da es Anliegen der Kunstbetonrohrhersteller ist, zwar bessere, aber möglichst nicht teurerer Rohre als klassische Rohre aus Steinzeug, Gußstahl od. dgl. herzustellen, die für die verschiedensten Anwendungszwecke in der Abwassertechnik od. dgl. Verwendung finden.

Um die Nachteile ungeschützter Flächen aus Steinzeug, Gußstahl u.dgl. hinsichtlich ihrer Wasserdurchlässigkeit, Korrosionsunbeständigkeit u.dgl zu vermeiden, ist es auch bekannt, solche Rohre mit Überzügen zu versehen, was jedoch ebenfalls zusätzliehe Herstellungskosten verursacht. Hierbei ist es auch bekannt, ein Rohr aus Beton mit ei.iem Überzug aus kunstharzgebundenen mineralischen Zuschlagstoffen zu versehen, um den Betonkern des Rohres ?u schützen (US-PS 29 62 052). Hierbei besteht der Schutzüberzug .ο vorzugsweise aus einer Polyesterharz-Sandmischung. Die Zuschlagsstoffe dieser Überzugssrhicht weisen vorzugsweise 65% Zuschlagstoffe einer Korngröße zwischen 0,3 und 0,4 mm und 35% Zuschlagstoffe einer Korngröße zwischen 0,1 und 0,2 mm auf. Es hat sich jedoch gezeigt, daß solche mehrschichtige Rohre unter Verwendung von Kunstbeton bei dynamischen Belastungen oder auch starken Temperaturunterschieden zwischen innen und außen so großen Spannungen ausgesetzt sind, daß sie an den Grenzschichten zwischen dem Betonkern und dem Kunstbetonüberzug reißen, wodurch sich deren Qualität nach mehr oder weniger langer Gebrauchsdauer stark vermindert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Kunstbelonrohre zu verbessern. So sollen sieh Kunstbetonrohre bei niedrigen Herstellungskosten durch gute Eigenschaften, insbesondere hinsichtlich der Festigkeit, Beständigkeit, Wasseraufnahmefähigkeit bzw. Wasserdichtigkeit, Alterungsbeständigkeit, Verlegbarkeit auszeichnen.

Die Erfindung besteht darin, daß die mineralischen Zuschlagstoffe, wie Quarz und hydrophobierte Kreide, folgende Korngrößenverteilung aufweisen:

Korngröße um 2 mm:
25 bis 30%

Korngröße um 1 mm:
27,5 bis 32.5%

Korngröße um 0,1 mm:
25 bis 30%

Korngröße von weniger als 0,01 mm:

3 bis 8%

Überraschenderweise hat sich gezeigt, daß die obengenannte Aufgabe auch bei Verwendung üblicher Bindemittel in einem geringen Anteil von beispielsweise nur 7,5 bis 10% (in Gewichtsprozent) gelöst werden kann, wenn lediglich die Korngrößenverteilung in Abkehr von der üblicherweise verwendeten Korngrößenverteilung ausgewählt wird. Dies ist um so überraschender, als die erfindungsgemäße Auswahl der Korngrößen von den berechenbaren Werten einer optimalen Packungsdichte abweicht. Während die Fachwelt bei dieser nicht unbeträchtlichen Aüwekhung mit einer Verschlechterung wichtiger technischer Werte rechnen mußte, ist es erstaunlicherweise auch ohne Verwendung zusätzlicher Armierungen möglich, Rohre mit einer Ringbiegezugfestigkeit (nach DiNl 230) in der Größenordnung von 300 kp/cm³ und einer Wasseraufnahme (nach DlN 1230) von 0,00 bei Rohren einer Baulänge von etwa 2 m und einer Nennweite von etwa 15 cm und seiner so relativ geringen Wanddicke von nur etwa 1,8 cm zu erzielen. Die Scheiteldruckkraft beträgt mit beispielsweise 4560 kp/m wesentlich mehr als die erforderliche Scheiteldruckkraft von 2400 kp/m. Diese Vorzüge sind auch bei Rohren mit größerer Nennweite mit vielen Dezimetern erzielbar. fi.s

Das erfindungsgemäße Kunstbetonrohr zeichnet sich auch durch hervorragende andere Festigkeiten, wie Druck- und Zugfestigkeit, insbesondere Ringbiegezugfestigkeit, aus. Als Anhalt mag für die letztgenannte bei einem Rohr gleicher Abmessungen wie oben genannt eine Ringbiegezugfestigkeit vor. etwa 360 kp/cm² dienen.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß trotz der Anwendung des Schleuderverfahrens eine verhältnismäßig gute Homogenität des Rohrquerschnitts in radialer Richtung vorhanden ist, was sich bei der Beanspruchung des Rohres unter Druck, Temperatur usw. vorzüglich auswirkt, da Spannungen soweit wie möglich vermieden und — sofern sie auftreten — relativ gleichmäßig verteilt werden, so daß die bei klassischen Betonrohren festgestellten Spannungsrisse bis zu weitaus größerer Belastung vermieden werden können.

Ferner ist die äußere und auch innere Oberfläche des erfindungsgemäßen Kunstbetonrohres verhältnismäßig glatt, so daß es für übliche Anwendungsfälle nicht nötig ist, die Rauhheit durch einen zusätzlichen glättenden Überzug zu vermeiden.

Auch die Korrosionsfestigkeit ist vorzüglich. So wurden erfindungsgemäße Kunstbetonrohre unter Verwendung von Polyester als Kunststoffbindemittel hergestellt und 1/2 Jahr lang wechselnden Beanspruchungen durch Flüssigkeiten mit pH-Werten von 1,5 bis 11,5 ausgesetzt; dabei wurden alle 14 Tage die pH-Werte zwischen diesen Grenzwerten gewechselt. Die Oberflächenbeschaffenheit blieb trotz einer etwas dunkleren Färbung nach der Lagerung gegenüber vor der Lagerung bei diesen extremen und lang dauernden Wechselbeanspruchungen gleich glatt und porenfrei. Der Elastizitätsmodul und die Zugfestigkeit der Proben unterschieden sich nach dem Test nicht von denen vor dem Test und auch die Biegefestigkeit und die Schlagzähigkeit führte nur zu einer Verminderung der hohen Anfangswerte von weniger als 2%. Insotern ist das erfindungsgemäße Kunstbetonrohr auch als alterungsbeständig anzusehen.

Für die Herstellung der Rohre empfiehlt es sich, die Ausgangssubstanzen für dieselben in eine Schleuderform einzuschütten und unter Rütteln zu schleudern. Hierbei ist es zweckmäßig, die Schleuderform zuerst auf hohe Drehzahl zu bringen und das Rütteln einzuleiten, ehe die Ausgangssubstanzen eingefüllt werden.

Im Rahmen der erfindungsgemäßen Korngrößenverteilung empfiehlt sich die folgende ganz besonders:
Korngröße zwischen 1,5 und 2,4 mm:

27,7% Quarzsand
Korngröße zwischen 0,7 und 1,2 mm:

30,5% Quarzsand

Korngröße unter etwa 0,01 m (das entspricht einem Sieb von 4200 Maschen je cm²):

27,7% Quarzmehl
Korngröße von 4 bis 5 μηι:
5,5% hydrophobierte Kreide

Die Angaben über die Korngröße entsprechen den normierten Richtlinien gemäß der Häufigkeitsverteilung, und die Prozentangaben entsprechen Gewichtsprozenten.

Entgegen theoretischen Ei Wartungen der Fachwelt zeichnen sich die erfindungsgemäßen Rohre selbst noch bei so beträchtlichen Nennweiten wie 150 cm Durchmesser und darüber und Baulängen von mehreren Metern durch zahlreiche hervorragende Eigenschaften aus. Trotz Serienfertigung kann eine gleichbleibende Qualität gewährleistet werden, wodurch der Ausschuß vernachlässigbar gering bleibt. Eine Ursache dafür ist der Umstand, daß die genannten Gewichtsanteile der

Mischung immer im gleichen Verhältnis aufrechterhalten werden können, auch wenn die Menge des gemischten Ansatzes von Herstellungsserie zu Herstellungsserie sehr variiert. Entmischungseffekte sind daher praktisch nicht zu befürchten.

Insbesondere bei der Verwendung von hochviskosem Kunststoff, darunter vor allem hochviskosem ungesättigtem Polyesterharz, ist die Herstellungszeit verhältnismäßig kurz und die Topfzeit der Mischung beträgt etwa 15 Minuten und die Aushärtung bis zur Entformung etwa 25 Minuten. Das bedeutet, daß trotz einer Topfzeit von 15 Minuten bereits 10 Minuten nach Beendigung des Formgebungsverfahrens durch insbesondere Schleudern entformt werden kann. Die Rohre haben dann zwar noch nicht ihre volle Festigkeit erreicht, die erst nach Aushärtung nach etwa einem Tag erzielt ist. sie sind jedoch 10 Minuten nach dem Formen bereits so weit ausgehärtet, daß sie aus der Form entnommen werden können, so daß diese bereits nach kurzer Zeit wieder für einen nächsten Formvergang zur Verfügung steht. Sofern geschleudert wird, genügt eine Schleuderzeit von etwa 3 Minuten, was gegenüber der Schleuderzeit beispielsweise eines aus Beton hergestellten Rohres von 25 Minuten und einer Aushärtezeit von Betonrohren in der Form bis zu etwa 6 Stunden vergleichsweise außerordentlich gering ist. Demgemäß sind auch die Herstellungskosten niedrig.

Hinzu kommt, daß der Kunststoffanteil außerordentlich niedrig ist, so daß die Materialkosten gegenüber beispielsweise Betonrohren gleicher Scheiteldrucklast keineswegs erheblich höher sind, da das Gesamtgewicht des erfindungsgemäßen Rohrs etwa 50% geringer ist. Außerdem ist überraschend, daß sich trotz Anwendung des Schleuaerverfahrens bei der Rohrherstellung die Körner größter Korngröße nicht bevorzugt in den radialen Außenbereichen ansammeln, sondern eine einigermaßen gleichmäßige Kornverteilung — von den Randbereichen abgesehen — erzielbar ist.

Es versteht sich, daß dem Kunststoff, insbesondere hochviskosem ungesättigtem Polyesterharz, Beschleuniger und Härter in geringen Anteilen und auch andere Beimengungen, wie Pigmente, zugesetzt werden können. Der hohe Füllstoff, insbesondere Quarzanteil verbessert gerade in Verbindung mit diesem Polyesterharz die Resistenz gegenüber chemisch aggressiven Medien sogar über die Resistenz von Betonrohren hinaus.

Es hat sich gezeigt, daß die Durchführung eines kombinierten Schleuder-Rüttelverfahrens zu besonders günstigen Ergebnissen führt, indem nicht nur das Material verdichtet und dadurch die Festigkeit verbessert, sondern außerdem Kunststoffanteile schneller an die radial innersten Wandbereiche, d. h. die Innenwandung des Rohres, gelangen und dort einen gleichmäßigen glatten Film bilden, der in der Glätte einem glasierten Steinzeugrohr entspricht und wesentlich glatter ist als die bisher üblichen bestqualitativen Schleuderbetonrohre. Zu diesen Zweck wird die Schleuderform während des Schleuderns der Ausgangssubstanzen gerüttelt. Dabei empfiehlt es sich im übrigen, die Schleuderform bereits auf hohe Drehzahlen zu bringen und zu rütteln, ehe das Einfüllen der Ausgangssubstanzen beginnt.

Sehr vorteilhaft ist im übrigen die Verwendung eines elastisch dehnbaren Schlauches, in den die Ausgangssubstanzen beim Formgeben eingefüllt werden, so daß sich dieser zwischen die Ausgangssubstanzen und die Innenwandung der Form legt. Der Schlauch bildet dadurch ein Trennmittel, so daß das Entformen erleichtert wird. Darüber hinaus dient der Schlauch gleichzeitig als Verpackung des fertigen Rohres. Eine solche Kunststoffumhüllung besieht beispielsweise aus Polyvinylchlorid (PVC); besonders bevorzugt ist eine _ schlauchförmige Umhüllung aus Zellglas einer Dicke | von etwa 0,1 mm. i

ίο Das erfindungsgemäße Rohr eignet sich zur Verwen-1 dung bei Abwasseranlagen insbesondere auch in der | chemischen Industrie, in der mitunter sehr aggressive J Abwasser abgeleitet werden müssen. Hierbei empfiehlt j es sich, das Rohr innen noch mit einer Auskleidung j (Liner) aus Kunststoff zu überziehen, die etwa 0,5 bis \ 0,7 mm dick ist. Es empfiehlt sich, Kunstharz zu j verwenden, daß im pH-Bereich von 1,0 bis 14 resistent \ ist. Diese Auskleidung wird zweckmäßigerweise in das Rohr eingeschlcudert.

Eine weitere Verwendung des Rohres ist eine solche als Druckwasserleitungsrohr, insbesondere dann, wenn die Auskleidung aus lebensmittelgeeignetem Polyesterharz besteht. Sofern das Kunststoffbindemittel des Rohres selbst derartige Eigenschaften aufweist, ist es überflüssig, eine solche Auskleidung anzubringen.

Die oben bereits erwähnte, als Trennmittel und Verpackung dienende Umhüllung kann auch beim Verlegen der Rohre an diesen verbleiben und bietet dann einen zusätzlichen Schutz gegen aggressive Einwirkungen von Huminsäure od. dgl. auf das Rohr, wenn dieses beispielsweise in Moorböden verlegt wird.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel für die Erfindung näher erläutert. Darin zeigt

F i g. 1 schematisch einen Schnitt durch ein Rohr, F i g. 2 einen Ausschnitt aus dem Teilbereich A von Fig. 1 des Rohres und

F i g. 3 die Verhältnisse einer besonders bevorzugten Verteilung der mineralischen Füllstoffe.

Gemäß Fig. 1 ist das Rohr 1 einer Nennweite von

150 mm und einer Länge von 2 m innen mit einer 0,6 mm

dicken Auskleidung 12 aus Polyesterharz versehen. Die

Außenwand des Rohres ist mit einer Umhüllung 13 umgeben, mit der die nicht dargestellte Schleuder-Rüt-

tel-Form ausgekleidet war. Diese Umhüllung 13 besteht aus Zellglas.

Gemäß F i g. 2 ist ersichtlich, daß sich mineralische Füllstoffe, hier Quarzsand 5 nicht nur im Bereich der radial äußeren Rohrwandungsteile großer Korngröße angesammelt haben, dort sind auch mineralische Füllstoffe in weitaus kleinerer Korngröße, hier Quarzmehrpartikel 6 anzutreffen. Das Korngefüge ist verhältnismäßig gleichmäßig verteilt bis auf die äußeren Randbereiche, an denen sich fast nur Kunstharz befindet und daher glatte Außenwände bildet. Die hydrophobierte Kreide dient vor allem als Gleitmittel bei der im Rahmen des Herstellungsverfahrens erfolgenden Bewegung der Zuschlag- bzw. Füllstoffteilchen.

Gemäß F i g. 3 sind etwa 27,7% Quarzsand aus einem

Korngrößenbereich zwischen 1.5 und 2,4 mm, 30,5%

Quarzsand eines geringeren Korngrößenbereichs zwi

sehen 0,7 und Umm, 27,7% Quarzmehl eine; Korngrößenbereichs unter 0,1 mm bzw. einer Siebgröße

von 4200 Maschen und schließlich 5,5% hydrophobierte Kreide aus einem Korngrößenbereich zwischen 4 unc 5 μηι vorhanden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Geschleudertes, korrosionsfestes, wasserdichtes Kunstbetonrohr mit einem Anteil von maximal iO°/b •n sich bekannten Kunststoffbindemittels und mit aus einem verhältnismäßig breiten Korngrößenbereich ausgewählten mineralischen Zuschlagstoffen einer Korngröße bis etwa 3 mm, dadurch gekennzeichnet, daß die mineralischen Zuschlagstoffe, wie Quarz und hydrophobierte Kreide, folgende Korngrößenverteilung aufweisen:

Korngröße um 2 mm:

25 bis 30%
Komgiößeum 1 mm:

27,5 bis 32,5%
Korngröße um 0,1 mm:

25 bis 30%

Korngröße von weniger als 0,01 mm:
3 bis 8%.

2. Kunstbetonrohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mineralischen Zuschlagstoffe folgende Korngrößenverteilung aufweisen:

Korngröße zwischen 1,5 und 2,4 mm:

25 bis 30%
Korngröße zwischen 0,7 und 1,2 mm:

27,5 bis 32,5%
Korngröße unter 0,1 mm:

25 bis 30%

Korngröße zwischen 4 und 5 μπι:
5 bis 6%

3. Kunstbetonrohr nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an sich bekanntes hochviskoses ungesättigtes Polyesterharz als Bindemittel dient.

4. Kunstbetonrohr nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine schlauchförmige Umhüllung (13) aus Kunststoff oder Zellglas.

5. Kunstbetonrohr nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Umhüllung (13) aus Polyvinylchlorid besteht.

6. Kunstbetonrohr nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine an sich bekannte Auskleidung (12) aus Kunststoff.

7. Kunstbetonrohr nach Anspruch 6 zur Verwendung als Wasserleitungsrohr, dadurch gekennzeichnet, daß die Auskleidung (12) aus lebensmittelgeeignetem an sich bekannten Polyesterharz besteht.

8. Kunstbetonrohr nach Anspruch 6 zur Verwendung als Kanalrohr für aggressive chemische Abwasser, dadurch gekennzeichnet, daß die Auskleidung (12) aus einer etwa 0,5 bis 0,7 mm dick eingeschleuderten Kunstharzschicht besteht, die im pH-Bereich von 1 bis 14 bes'ändig ist.

9. Verfahren zur Herstellung eines Kunstbetonrohrs nach einem der vorhergehenden Ansprüche im Schleudergußverfahren mittels einer Schleuderform, dadurch gekennzeichnet, daß die Schleuderform während des Schleuderns der Ausgangssubstanzen gerüttelt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Schleuderform auf hohe Drehzahl gebracht und gerüttelt wird und anschließend die Ausgangssubstanzen eingefüllt werden.

11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß in die Schleuderform vor dem Schleudern und Einfüllen der Ausgangssubstanzen ein elastisch dehnbarer Schlauch eingebracht wird, in den dann die Ausgangssubstanzen für das Rohr eingefüllt werden, so daß sich der Schlauch den innenkonturen der Schleuderform anpaßt.