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DE3041973A1 - Prodn. of cement linings in pipes by centrifugal method - using cement reinforced with mineral fibres - Google Patents

Prodn. of cement linings in pipes by centrifugal method - using cement reinforced with mineral fibres

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DE3041973A1
DE3041973A1 DE19803041973 DE3041973A DE3041973A1 DE 3041973 A1 DE3041973 A1 DE 3041973A1 DE 19803041973 DE19803041973 DE 19803041973 DE 3041973 A DE3041973 A DE 3041973A DE 3041973 A1 DE3041973 A1 DE 3041973A1
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mortar
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Bruno 4100 Duisburg Heinrich
Wilhelm Dipl.-Chem. Dr. Schwenk
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Vodafone GmbH
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Mannesmann AG
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Abstract

In the prodn. by the centrifugal rotation process of highly compressed cement linings in metal pipes, for protection against corrosion by water, the cement mixt. is reinforced with mineral fibres. The fibrous material is pref. resistant to attack by alkali, e.g. glass rich in silicate or contg. Zr oxide. The amt. is 1-5wt.%. The cement may contain a thinner, e.g. a melamine condensate resin, to improve the geometric alignment of the reinforcement. The chemical resistance of the cement may be improved by addn. of a dispersion of an alkali-resistant synthetic, e.g. an acrylic resin; the amt. of the synthetic is 3-30%. Distribution of the synthetic may be improved by addn. of 5-30% of a surfactant filler, esp. flue dust from a high temp. Fe refinery, obtd. at 1600-1700 deg.C, contg. about 90% glass, and having a pozzolanic effect of 115%. The linings are resistant to mechanical flexing, e.g. the flexural tensile resistance parallel to the pipe surface is of the order of 30 N/square mm.

Description

Verfahren zur Herstellung von Zementmörtel-Auskleidungen inProcess for the production of cement mortar linings in

Metallrohren mit hoher Beständigkeit gegen Rißbildung bei mechanischer Beanspruchung Es ist seit vielen Jahren bekannt, Wasserrohre mit Zementmörtel zum Korrosionsschutz auszukleiden. Im allgemeinenwirdhierbei ein Rotationsschleuderverfahren angewendet. So hergestellte Auskleidungen haben z. B. einen Wasserzementwert von etwa 0,4 bei einem Mischungsverhältnis von etwa 2,5. Anforderungen an solche Auskleidungen werden im DVGW-Arbeitsblatt W 342 (1978) beschrieben. Es können aber auch andere Verfahren angewendet werden, bei denen der Zementmörtel nachträglich eingeworfen oder eingemolcht wird, vgl.Metal pipes with high resistance to mechanical cracking Stress It has been known for many years to use cement mortar for water pipes Lining corrosion protection. In general, a rotary centrifugal process is used here applied. Linings produced in this way have e.g. B. a water cement value of about 0.4 with a mixing ratio of about 2.5. Requirements for such linings are described in DVGW worksheet W 342 (1978). But others can too Processes are used in which the cement mortar is thrown in afterwards or is pigged in, cf.

DVGW-Arbeitsblatt W 343 (Entwurf Juni 1980). Ein ähnliches Verfahren wird auch in der DOS 26 20 669 beschrieben.DVGW worksheet W 343 (draft June 1980). A similar process is also described in DOS 26 20 669.

Die normale Zementmörtelauskleidung ist gegen die meisten Wässer ausreichend oder vollständig korrosionsbeständig. Bei Transport und Montage aufgetretene kleine Risse in der Auskleidung können in Kauf genommen werden, weil sie im Betriebszustand durch chemische Reaktionen der Bruchflächen mit Komponenten des Wassers ausheilen, vgl.The normal cement mortar lining is sufficient against most types of water or completely corrosion resistant. Small ones that occurred during transport and assembly Cracks in the lining can be accepted because they are in operating condition heal through chemical reactions of the fracture surfaces with components of the water, see.

3R-intern. 17, H. 7, S. 448/45F (1978). Bei kohlensäurereichen Wässern, bei sauren Industriewässern bzw. -abwässern und bei solchen Salzwässern, die zementaggressive Stoffe, z. B. hohe Gehalte an Magnesium- und Sulfationen enthalten, kann korrosiver Abrieb auftreten. Dabei können Bestandteile des Mörtels herausgelöst oder umgewandelt werden mit dem Ergebnis, daß die Mörtelstruktur gestört wird. Für solche Medien ist es erforderlich, mit Kunststoffdispersionen legierte Mörtel einzusetzen, die entweder nach der o. g.3R internal. 17, H. 7, p. 448 / 45F (1978). In carbonated waters, with acidic industrial water or wastewater and with such salt water that is aggressive to cement Substances, e.g. B. contain high levels of magnesium and sulfate ions can be more corrosive Abrasion occur. Components of the mortar can be dissolved or converted with the result that the mortar structure is disturbed. For such media it is necessary to use mortars alloyed with plastic dispersions that either according to the above

DOS 26 20 669 oder nach der Patentanmeldung P 3010525.0 eingebracht werden. Bei dem letzten Verfahren werden besonders dichte Mörtelstrukturen erreicht, die eine besondere Beständigkeit gegen aggressive Salzsolen haben. Solche legierten Mörtelauskleidungen würden bereits einen idealen Korrosionsschutz darstellen, wenn auch die mechanischen Eigenschaften das Auftreten von Rissen z. B. beim Transport und bei den Montagearbeiten sicher ausschließen würden Dies ist jedoch leider nicht immer der Fall, weil die Auskleidung bei einer Biege-Zug-Festigkeit von etwa 5 N/mm2 Dehnungen des Rohres bei hohen Belastungen, die auftreten können, nicht übernimmt. Dies ist bei Wasserrohren wegen des o. g. Selbstheileffektes technisch aber unwesentlich, bei Solen dagegen unzulässig. Klaffende Risse in der Auskleidung bei Salzsolen heilen nicht aus und führen zu Korrosionsschäden, vgl. den o. g. Bericht in 3R-intern., 1978.DOS 26 20 669 or according to the patent application P 3010525.0 introduced will. In the last process, particularly dense mortar structures are achieved, which have a special resistance to aggressive brine. Such alloyed Mortar linings would already represent ideal protection against corrosion, if also the mechanical properties the occurrence of cracks z. B. during transport and would certainly rule out the assembly work Unfortunately, this is not the case always the case, because the lining has a flexural tensile strength of around 5 N / mm2 Expansion of the pipe with high loads that can occur, does not take over. This is in the case of water pipes because of the above. Self-healing effect technically but insignificant, but not permitted in the case of brine. Gap cracks in the liner brine does not heal and leads to corrosion damage, see the above. report in 3R-intern., 1978.

Aus diesem Grund müssen solche Rohre sorgfältig gehandhabt und montiert sowie sorgfältig kontrolliert und gegebenenfalls ausgebessert werden. Diesen Nachteil könnte man beheben, wenn es gelingt, eine Auskleidung einzubringen, die wesentlich bessere mechanische Eigenschaften bei Biege-Zug-Beanspruchung aufweist. Dabei ist es wesentlich, daß bei Uberschreiten der Bruchdehnung der Auskleidung keine breiten klaffenden Risse entstehen. Viele sehr enge Risse können nämlich toleriert werden, weil sich solche zusetzen oder mit Korrosionsprodukten zuheilen können.Because of this, such pipes must be carefully handled and assembled and carefully checked and, if necessary, repaired. This disadvantage could be remedied if it is possible to introduce a lining that is essential has better mechanical properties when subjected to bending-tensile stress. It is it is essential that if the elongation at break of the lining is exceeded, no widths gaping cracks arise. Many very narrow cracks can be tolerated, because they can clog or heal with corrosion products.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die konventionellen normalen und legierten Mörtel für Rohrauskleidungen so abzuändern, daß auch bei Biege-Zug-Beanspruchung die Korrosionsschutzwirkung erhalten bleibt. Im wesentlichen geht es hierbei um die Verbesserung der Biege-Zug-Festigkeit. Da diese mechanischen Daten nur unwesentlich durch Änderung der Zementbasis oder des Mischungsverhältnisses beeinflußt werden können, kommen zur Eigenschaftsverbesserung nur mechanisch wirksame Zuschläge in Betracht.The present invention is based on the object of the conventional to modify normal and alloyed mortar for pipe linings so that also for Bending-tensile stress the corrosion protection effect is retained. Essentially it is about improving the flexural strength. Since these mechanical Data only insignificant due to a change in the cement base or the mixing ratio can be influenced, only mechanically effective properties can be improved Surcharges in consideration.

Zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften wurden vor kurzem im Schrifttum Verfahren beschrieben, die als Basis glasfaserarmierte Zemente mit und ohne Magerungsmittel verwenden, vgl. gwf gas/erdgas 121, H. 7, S. 292/297 (1980). Solche Beschichtungen werden für den Außenschutz von Gußrohren verwendet, wobei entsprechend diesem Anwendungszweck hohe mechanische Beständigkeit gegen Druck und Schlag, nicht aber gegen Biegung und Zug erreicht werden müssen.To improve mechanical properties recently Described in the literature procedure, which is based on fiberglass-reinforced cements and use without a lean agent, see gwf gas / erdgas 121, H. 7, p. 292/297 (1980). Such coatings are used for the external protection of cast iron pipes, with in accordance with this application, high mechanical resistance to pressure and Impact, but not against bending and pulling.

Bei den Anforderungen für die Außenbeschichtung kann die geometrische Ausrichtung der Armierung isotrop sein. Da andererseits für Bodenwässer keine extremen korrosionschemischen Eigenschaften verlangt werden, bestehen keine begründeten Anforderungen an die Verdichtung. Die Beschichtung geschieht durch bloßes Aufspritzen# und genügt den Anforderungen, solange sie dicht und ohne Fehler ist.In the case of the requirements for the external coating, the geometric Alignment of the reinforcement must be isotropic. On the other hand, there are no extreme ones for soil water chemical corrosion properties are required, there are no justified requirements to the compression. The coating is done by simply spraying on # and is sufficient the requirements as long as it is tight and without errors.

Es wurde nun überraschend gefunden, daß beim Auskleiden von Rohren mit faserarmierten Mörteln eine gleichzeitig dichte und anisotrop armierte Mörtelauskleidung erreicht werden kann. Diese Schicht hat die guten korrosionschemischen Eigenschaften der geschleuderten Mörtel und in der Richtung parallel zur Rohroberfläche außerordentlich gute Werte der Biege-Zug-Festigkeit in der Größenordnung um ~2 30 N mm . Die Wirkung der Faserarmierung kann noch verbessert werden, wenn die Isotropierung durch geeignetes Rütteln während des Schleuderprozesses verstärkt wird. Dadurch kann auch erreicht werden, daß in den inneren Schichten (Mörteloberfläche) eine Abreicherung und an den äußeren Schichten (Rohrwand) eine Anreicherung der Armierung entsteht, die die erhöhte mechanische Beständigkeit an der die Kraft vermittelnden Rohrwand begünstigt und anderes seits die gute Korrosionsbeständigkeit des Mörtels an der Oberfläche erhält, d. h. es ist an dieser Stelle eine mögliche Verschlechterung der Schutzeigenschaften durch die Faserstoffe nicht in Betracht zu ziehen.It has now surprisingly been found that when lining pipes with fiber-reinforced mortars a simultaneously dense and anisotropically reinforced mortar lining can be reached. This layer has good corrosion-chemical properties of the thrown mortar and extraordinary in the direction parallel to the pipe surface good flexural tensile strength values of the order of ~ 2 30 N mm. The effect The fiber reinforcement can still be improved if the isotropy is achieved by suitable Shaking is increased during the spinning process. This can also be achieved that in the inner layers (mortar surface) a depletion and on the outer layers (pipe wall) an enrichment of the reinforcement arises, which the favors increased mechanical resistance on the pipe wall transmitting the force and on the other hand the good corrosion resistance of the mortar on the surface receives, d. H. at this point there is a possible deterioration in the protective properties not to be taken into account due to the fibrous material.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung hochverdichteter armierter Zementmörtelauskleidungen kann wie folgt beschrieben werden: Zement und Sand der Körnung 0,1 bis 1,5 mm werden in einem Massenverhältnis 1:2,5 mit Zugabe von 1 bis 2 Massen-% Armierungsfaser gemischt. Die Zugabe von Anmachwasser richtet sich nach den Zusätzen von Verflüssigern oder Kunststoffdispersionen. Es gibt hier zu die folgenden Anhaltswerte: Zusatz (bezogen auf Zement) Wasser-Zement-Wert a) keinen : 0,50 b) etwa 1 % Verflüssiger (z.B. Melamin-Kondensationsharz) : 0,35 c) etwa 10 % Kunststoffidspersion (z.B. Acrylharz) : 0,32 Die Verarbeitungseigenschaften und der Aufbau des Mörtels können durch silikatische Füllstoffe von 5 bis 30 Massen-% bezogen auf Zement verbessert werden.The inventive method for the production of highly compressed reinforced Cement mortar linings can be described as follows: cement and sand the Grain size 0.1 to 1.5 mm are used in a mass ratio of 1: 2.5 with the addition of 1 to 2% by mass of reinforcement fiber mixed. The addition of mixing water depends on the addition of liquefiers or plastic dispersions. There are too those here the following reference values: Addition (based on cement) water-cement value a) none : 0.50 b) approx. 1% liquefier (e.g. melamine condensation resin): 0.35 c) approx 10% plastic dispersion (e.g. acrylic resin): 0.32 The processing properties and the structure of the mortar can be influenced by silicate fillers of 5 to 30% by mass in relation to cement can be improved.

Nach dem Einbringen des Frischmörtels in das ruhende, sich dann langsam drehende Rohr wird die Rotation eingeleitet. Die Umdrehungsgeschwindigkeit wird in den ersten drei Minuten langsam erhöht und dann bei einem Höchstwert gehalten. Die Fliehkraft soll hierbei mindestens die zwanzigfache Erdbeschleunigung, vorzugsweise ein Vielfaches dieses Wertes haben. Zur Steuerung der Entmischung der Mörtelbestandteile und zur Optimierung der geometrischen Ausrichtung der Faserarmierung kann während des Hochfahrens und während des Schleuderns bei hoher Drehgeschwindigkeit Vibration aufgebracht werden. Die optimalen Vibrationskräfte richten sich hierbei nach den Rohrabmessungen und nach den dynamischen Eigenschaften der Schleuderanlage. Diese können zusammen mit dem ohnehin anlagenabhängigen optimalen Rotations-Zeit-Programm durch betriebliche Versuche ermittelt werden. Der Schleudervorgang wird schließlich wie beim Anfahren durch langsames Herunterfahren in 1 bis 3 Minuten beendet.After putting the fresh mortar into the resting, then slowly rotating pipe, the rotation is initiated. The speed of rotation becomes slowly increased for the first three minutes and then held at a maximum. The centrifugal force should be at least twenty times the acceleration due to gravity, preferably have a multiple of this value. To control the segregation of the mortar components and to optimize the geometric alignment of the fiber reinforcement can during during start-up and during spinning at high speed, vibration be applied. The optimal vibration forces are based on the Pipe dimensions and according to the dynamic properties of the centrifugal system. These can be used together with the system-dependent optimal rotation time program can be determined by operational tests. The spinning process will eventually like starting up by slow shutdown in 1 to 3 minutes.

Beispiel für eine Zementmörtelzusammensetzung mit hoher mechanischer Beständigkeit: Teile Stoff 220 Quarzsand 0,1 bis 1,5 mm, abgestuft nach Fuller-Kurve 50 Quarzsand H 31 6 Glasfaser 96 Portlandzement 45 F HS 12 EFA-Füller 44 Wasser Beispiel für eine Zementmörtelzusammensetzung mit hoher mechanischer und korrosionschemischer Beständigkeit: Teile Stoff 220 Quarzsand 0,1 bis 1,5 mm, abgestuft nach Fuller-Kurve 50 Quarzsand H 31 6 Glasfaser 96 Portlandzement 45 F HS 12 EPA-Füller 0,2 Melamin-Kondensationsharz 22 Acrylharz-Dispersion mit 50% Feststoff 22 WasserExample of a cement mortar composition with high mechanical Resistance: parts of fabric 220 quartz sand 0.1 to 1.5 mm, graded according to Fuller's curve 50 Quartz sand H 31 6 Glass fiber 96 Portland cement 45 F HS 12 EFA filler 44 Water Example of a cement mortar composition with high mechanical and corrosion-chemical properties Resistance: Parts of fabric 220 Quartz sand 0.1 to 1.5 mm, graduated according to Fuller curve 50 quartz sand H 31 6 glass fiber 96 portland cement 45 F HS 12 EPA filler 0.2 melamine condensation resin 22 acrylic resin dispersion with 50% solids 22 water

Claims (10)

Verfahren zur Herstellung von Zementmörtel-Auskleidungen in Metallrohren mit hoher Beständigkeit gegen Rißbildung bei mechanischer Beanspruchung. Process for the production of cement mortar linings in metal pipes with high resistance to cracking under mechanical stress. PatentansprUche: 1. Verfahren zur Herstellung von hochverdichteten, mechanisch biegezugfesten Zementmörtel-Auskleidungen in Metallrohren zum Korrosionsschutz gegen Wässer, dadurch gekennzeichnet, daß im Rotations-Schleuder-Verfahren die Mörtel-Mischung mit mineralischen Fasern armiert eingebracht wird.Claims: 1. Process for the production of high-density, Mechanically flexurally resistant cement mortar linings in metal pipes for corrosion protection against water, characterized in that the mortar mixture in the rotary centrifugal process is introduced reinforced with mineral fibers. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Gehalt an Mineralfasern 1 bis 5 Massen-# des Feststoffes ist.2. The method according to claim 1, characterized in that the content of mineral fibers is 1 to 5 mass # of the solid. 3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Fasermaterial eine erhöhte Beständigkeit gegenüber alkalischem Angriff hat (z.B. silikatreiche oder zirkonoxidhaltige Gläser).3. The method according to claim 1 and 2, characterized in that the Fiber material has an increased resistance to alkaline attack (e.g. silicate-rich or zirconium oxide-containing glasses). 4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß während des Schleuderns innerhalb eines definierten Drehzahlbereiches zur geometrischen Ausrichtung der Armierung Vibratoren zum Einsatz kommen.4. The method according to claim 1, characterized in that during of the spin within a defined speed range to the geometric Alignment of the reinforcement vibrators are used. 5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Schleudern und der Einsatz der Vibratoren bei stufenweiser Anderung der Drehzahlen innerhalb bestimmter Taktzeiten erfolgt.5. The method according to claim 4, characterized in that the spinning and the use of vibrators when the speeds are gradually changed within certain cycle times takes place. 6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß dem Mörtel bei einem kleinen Wasserzementwert Betonverflüssiger (z.B. Melaminkondens sationsharz) zur Verbesserung der geometrischen Anordnung der Armierung beigegeben werden.6. The method according to claim 1 to 5, characterized in that the Mortar with a low water-cement value concrete liquefier (e.g. melamine condensate sation resin) to improve the geometric arrangement of the reinforcement will. 7. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß dem Mörtel bei einem kleinen Wasserzementwert Kunststoffdispersion hoher Alkalibeständigkeit (z.B. Acrylharz) zur Verbesserung der chemischen Beständigkeit des Mörtels zugegeben wird.7. The method according to claim 1 to 5, characterized in that the Mortar with a low water-cement ratio, plastic dispersion with high alkali resistance (e.g. acrylic resin) added to improve the chemical resistance of the mortar will. 8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststoffgehalt 3 bis 30% des Zementgehaltes entspricht.8. The method according to claim 7, characterized in that the plastic content 3 to 30% of the cement content. 9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verbesserung der Kunststoffverteilung oberflächenaktive Füller mit einer Konzentration von 5 bis 30%, bezogen auf den Zementanteil, zugesetzt werden. 9. The method according to claim 8, characterized in that for improvement the plastic distribution surface-active filler with a concentration of 5 up to 30%, based on the cement content, can be added. 10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß als Füller Flugstäube aus Hochtemperatur-Schmelzfeuerungen, welche bei Temperaturen von 1600 bis 1700 0C gewonnen werden und einen Glasanteil von etwa 90% enthalten sowie einen puzzolanischen Effekt von 115% aufweisen, zum Einsatz kommen.10. The method according to claim 9, characterized in that as a filler Flue dust from high-temperature melting furnaces, which are produced at temperatures of 1600 to 1700 0C and contain a glass content of about 90% as well as a have a pozzolanic effect of 115%.
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