DE102018110533B4 - Sandwich laminate structure, its use and a method for using the sandwich laminate structure - Google Patents
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Abstract
Sandwichlaminatstruktur (1) mit einer ersten und einer zweiten Oberfläche, die einander gegenüberliegen, umfassend
ein Kernelement (4), das eine erste Oberfläche und eine der ersten Oberfläche gegenüberliegende zweite Oberfläche aufweist,
mindestens zwei Heizschichten (3), von denen mindestens eine Heizschicht (3) auf der ersten und mindestens eine Heizschicht (3) auf der zweiten Oberfläche des Kernelements (4) angeordnet ist,
und mindestens zwei Gewebelagen (2), von denen jeweils mindestens eine Gewebelage (2) jeweils auf der dem Kernelement (4) abgewandten Seite der mindestens zwei Heizschichten (3) angeordnet ist, wobei das Material des Kernelements (4) als Wabenvlies ausgebildet ist, welches Polyesterfasern, Polyamidfasern, Polyetherfasern und/oder deren Mischungen umfasst, wobei an den mindestens zwei Heizschichten (3) Anschlüsse für eine Spannungsquelle angeordnet sind und die mindestens zwei Heizschichten (3) als Leitfähigkeitssensoren zur Leckageüberwachung dienen.
Sandwich laminate structure (1) having a first and a second surface facing each other, comprising
a core element (4) having a first surface and a second surface opposite the first surface,
at least two heating layers (3), of which at least one heating layer (3) is arranged on the first surface and at least one heating layer (3) on the second surface of the core element (4),
and at least two fabric layers (2), of which at least one fabric layer (2) is arranged on the side of the at least two heating layers (3) facing away from the core element (4), wherein the material of the core element (4) is designed as a honeycomb fleece which comprises polyester fibers, polyamide fibers, polyether fibers and/or mixtures thereof, wherein connections for a voltage source are arranged on the at least two heating layers (3) and the at least two heating layers (3) serve as conductivity sensors for leakage monitoring.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Sandwichlaminatstruktur mit einer ersten und einer zweiten Oberfläche, die einander gegenüberliegen, welche ein Kernelement, das eine erste Oberfläche und eine der ersten Oberfläche gegenüberliegende zweite Oberfläche aufweist, mindestens zwei Heizschichten, von denen mindestens eine Heizschicht auf der ersten und mindestens eine Heizschicht auf der zweiten Oberfläche des Kernelements angeordnet ist, und mindestens zwei Gewebelagen, von denen jeweils mindestens eine Gewebelage jeweils auf der dem Kernelement abgewandten Seite der mindestens zwei Heizschichten angeordnet ist, umfasst. Weiterhin betrifft die Erfindung die Verwendung der Sandwichlaminatstruktur zum Auskleiden, Sanieren, Stabilisieren und/oder Rehabilitieren von Hohlräumen umgrenzenden Wänden und zur Leckageüberwachung. Zudem betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Auskleiden, Sanieren, Stabilisieren und/oder Rehabilitieren von Hohlräumen umgrenzenden Wänden und zur Leckageüberwachung von Hohlräumen umgrenzenden Wänden unter Verwendung der Sandwichlaminatstruktur.The present invention relates to a sandwich laminate structure with a first and a second surface that are opposite one another, which comprises a core element that has a first surface and a second surface opposite the first surface, at least two heating layers, of which at least one heating layer is arranged on the first surface and at least one heating layer on the second surface of the core element, and at least two fabric layers, of which at least one fabric layer is arranged on the side of the at least two heating layers facing away from the core element. The invention further relates to the use of the sandwich laminate structure for lining, renovating, stabilizing and/or rehabilitating walls that delimit cavities and for leakage monitoring. In addition, the present invention relates to a method for lining, renovating, stabilizing and/or rehabilitating walls that delimit cavities and for leakage monitoring of walls that delimit cavities using the sandwich laminate structure.
Die Sanierung stark medienbeanspruchter Beton-Pumpschächte, die aufgrund mechanischer und chemischer Einwirkungen im Verlauf ihrer Nutzung Undichtigkeiten am Schachtanschluss und Korrosion an der Schachtwandung aufweisen, stellt eine große technische Herausforderung dar. Die Hauptursache für diese Schäden ist biogene Schwefelsäurekorrosion. Das im Schacht gesammelte flüssige Medium enthält häufig organische und anorganische Schwefelverbindungen, aus denen durch Bakterien Sulfide entstehen, die im weiteren Verlauf zu einer Schwefelwasserstoff-Emission in den Gasraum führen. Durch Oxidationsprozesse wird Schwefelsäure gebildet, die das Schachtmaterial angreift. Um einen Austritt des flüssigen Mediums aus dem Schacht durch Schadstellen in die Umgebung zu verhindern, sind Sanierungsmaßnahmen von durch Beton umgrenzten Hohlräumen, wie beispielsweise Beton-Pumpschächten unerlässlich.The renovation of concrete pumping shafts that are subject to heavy media stress and that have leaks at the shaft connection and corrosion on the shaft wall due to mechanical and chemical influences during use represents a major technical challenge. The main cause of this damage is biogenic sulfuric acid corrosion. The liquid medium collected in the shaft often contains organic and inorganic sulfur compounds, from which bacteria form sulfides, which subsequently lead to hydrogen sulfide emissions into the gas space. Oxidation processes form sulfuric acid, which attacks the shaft material. In order to prevent the liquid medium from escaping from the shaft through damaged areas into the environment, renovation measures for cavities enclosed by concrete, such as concrete pumping shafts, are essential.
In § 60 Abs. 1 des Wasserhaushaltsgesetzes ist vorgeschrieben, dass Abwasseranlagen nach den allgemein anerkannten Regeln der Technik errichtet, betrieben und unterhalten werden. Dies bedeutet, dass Abwasseranlagen wasserdicht, standsicher, dauerhaft und korrosionsbeständig sind. Ziel einer Sanierung (Renovierung) eines Abwasser-Betonschachtes ist somit die Sicherstellung dieser Funktionen.Section 60,
Zur Sanierung von Betonschächten sind im Stand der Technik verschiedene Verfahren bekannt. Als mögliche Sanierungsverfahren für Abwasserschächte aus Beton sind beispielsweise Beschichtungsverfahren bekannt, zu denen Anschleuderverfahren (Spezialmörtel, Polyurethan-Flüssigharz), Aufspritzverfahren (Trocken-/Nassspritzverfahren, Spritzbeton, Polyurethan-Flüssigharz) und durch Handverarbeitung aufgebrachte Beschichtungen wie mineralische Mörtel, Kunststoff-modifizierte Mörtel und Bitumenbeschichtungen gehören.Various methods are known in the state of the art for the rehabilitation of concrete shafts. Possible rehabilitation methods for concrete sewage shafts include, for example, coating methods, which include spin-on methods (special mortar, polyurethane liquid resin), spraying methods (dry/wet spraying methods, shotcrete, polyurethane liquid resin) and coatings applied by hand, such as mineral mortar, plastic-modified mortar and bitumen coatings.
Die am Markt verfügbaren Sanierungsmethoden, die auf der Oberflächenbeschichtung von Betontragwerken basieren, verwenden üblicherweise styrolhaltige, polyesterharzperforierte Textillagen sowie die schweißtechnische Integration von thermoplastischen Kunststofflinern, wobei letztere vor allem bei geringen Schachtdurchmessern einen erheblichen Montageaufwand erfordern. Beide Ansätze lassen sich zwar ohne Abnehmen des Schachtkonus umsetzen, übernehmen jedoch keine tragende Funktion vor dem Hintergrund der Tragwerks-Rehabilitation. Die Sanierung von Pumpschächten mit bereits beeinträchtigter Tragfähigkeit gestaltet sich demgegenüber weitaus zeit- und kostenintensiver, da sie üblicherweise Tiefbaumaßnahmen wie den Rückbau des Schachtoberteils und von Teilen der Straße erfordert.The rehabilitation methods available on the market, which are based on the surface coating of concrete structures, usually use styrene-containing, polyester resin-perforated textile layers and the welding integration of thermoplastic liners, the latter requiring considerable assembly effort, especially for small shaft diameters. Both approaches can be implemented without removing the shaft cone, but do not take on a load-bearing function in the context of structural rehabilitation. The rehabilitation of pump shafts with already impaired load-bearing capacity, on the other hand, is far more time-consuming and costly, as it usually requires civil engineering measures such as the dismantling of the shaft top and parts of the road.
So beschreibt die
Generell können Instandsetzungsmaßnahmen in der Regel nur in den wärmeren Frühjahrs- und Sommermonaten durchgeführt werden. So lassen sich z.B. duroplastisch basierte Kunststofflösungen nur bei Temperaturen von über 10 °C verarbeiten, da die erforderliche Vernetzungsreaktion, welche letztendlich zum Aushärten der Schichten führt, unterhalb dieser kritischen Verarbeitungstemperatur nicht ablaufen kann. Ein weiterer erheblicher Nachteil der verfügbaren Lösungen besteht in der erforderlichen Demontage aller Einbauten (Pumpen, Halterungen, Leitern) sowie in Freilegung und Überarbeitung aller Anschlussstellen nach der Instandsetzung mit hohem manuellem Arbeitsaufwand.In general, repair work can usually only be carried out in the warmer spring and summer months. For example, thermosetting plastic solutions can only be processed at temperatures above 10 °C, as the necessary cross-linking reaction, which ultimately leads to the hardening of the layers, cannot take place below this critical processing temperature. Another significant disadvantage of the available solutions is the necessary dismantling of all installations (pumps, brackets, ladders) as well as the exposure and reworking of all connection points after repairs, which requires a high level of manual work.
Weiterhin werden häufig Auskleidungsverfahren eingesetzt, zu denen das Schacht-in-Schacht-System gehört, wobei Materialien wie Polyethylen/Polypropylen und Glasfaser-verstärkter Kunststoff (GFK) verwendet werden. Auch ist die Verwendung von GFK-Baukastensystemen und die Verwendung von Baukastensystemen aus Polyethylen hoher Dichte (PEHD) beschrieben.Furthermore, lining methods are frequently used, which include the shaft-in-shaft system, using materials such as polyethylene/polypropylene and glass fiber reinforced plastic (GRP). The use of GRP modular systems and the use of modular systems made of high-density polyethylene (PEHD) are also described.
Zudem werden Plattenauskleidungen verwendet, bei welchen geschweißte Polyethylenplatten und GFK-Platten eingesetzt werden. Weitere bekannte Verfahren nutzen Folienauskleidungen und sogenanntes Schacht-Lining.In addition, plate linings are used, which use welded polyethylene plates and GRP plates. Other well-known methods use film linings and so-called shaft lining.
Nachfolgend erfolgt eine kurze Beschreibung der wichtigsten im Stand der Technik bekannten Sanierungsverfahren.The following is a brief description of the most important remediation methods known in the state of the art.
Beschichtungsverfahrencoating process
Für die Renovierung von Schachtbauwerken kommen vorwiegend Mörtelbeschichtungen zum Einsatz. Bei Schachttiefen bis zu 3,5 m lassen sich diese noch wirtschaftlich per Hand ausführen. Daneben kommen auch nach einer erforderlichen händischen Reprofilierung Anschleuder- und Anspritzverfahren zum Einsatz. Mörtelbeschichtungen benötigen immer einen sicheren Schutz vor infiltrierendem Grundwasser auch in geringen Mengen (vorherige Injektionen) und gesicherte hohe Luftfeuchtigkeit ohne Zugluft bzw. eine Nachbehandlung zur schwindfreien und somit rissfreien Aushärtung.Mortar coatings are mainly used for the renovation of shaft structures. For shaft depths of up to 3.5 m, this can still be carried out economically by hand. In addition, after any manual reprofiling is required, spin-coating and spraying processes are used. Mortar coatings always require reliable protection against infiltrating groundwater, even in small quantities (previous injections) and guaranteed high humidity without drafts or post-treatment for shrinkage-free and therefore crack-free curing.
Daneben werden auch organische filmbildende Beschichtungen aus Polyurethan eingesetzt, welche im Aufspritzverfahren oder Sprüh-Schleuderverfahren angewandt werden. Hier sind meist umfangreiche Maßnahmen zur Sicherstellung eines trockenen Untergrundes und der Vermeidung von Tauwasser während des Auftrags und der Aushärtung erforderlich, um ein Aufschäumen des Materials bei Wasserkontakt zu vermeiden. Beschichtungsverfahren setzen somit einen hohen Anspruch an die Oberflächen und Bauwerksvorbereitung voraus und bedürfen eines hohen Qualitätsanspruchs bei der Maßnahmenausführung.Organic film-forming coatings made of polyurethane are also used, which are applied using the spraying or spray-spinning process. In this case, extensive measures are usually required to ensure a dry substrate and to avoid condensation during application and curing in order to prevent the material from foaming when it comes into contact with water. Coating processes therefore place high demands on the surfaces and building preparation and require high quality standards when carrying out the measures.
Betonschutz-Beschichtungen sind selbst säurefest und schützen als Trennlage das darunter liegende Betonbauteil des Schachtes, sofern die Beschichtung fest mit dem Untergrund verbunden bleibt. Unterschieden werden grundsätzlich dampfoffene und dampfdichte Beschichtungen. Durch letztere kann gasförmiges Wasser kaum oder nicht entweichen und es kann sich Kondenswasser unter der Beschichtung bilden. Dies kann über verschiedene komplexe chemische und/oder physikalische Prozesse (erhöhte Alkalikonzentration, Verseifung von Kunststoffbeschichtungen, osmotische Blasenbildung, Alkalitreiben, Frostabsprengungen) zur Ablösung der Beschichtung führen. Zusätzlich wirkt bei Schächten immer die Erdfeuchte auf das Bauteil ein. Bei biogener Schwefelsäure-Korrosion kann diese insbesondere unter aufgeplatzten Blasen und Ablösungen intensiv voranschreiten. Zudem sind lösungsmittelhaltige Beschichtungsstoffe nicht diffusions- bzw. osmosedicht, wodurch es infolge der SO4 2--Diffusion zu einer erneuten Ettringitbildung unter der Beschichtung kommen kann und die Zerstörung dieser verstärkt vorantreibt. Nachteilig ist bei diesen Verfahren, dass keine Tragwerkserhaltung oder Tragwerksaufwertung stattfindet. Weiterhin sind zur Sanierung alle Einbauten zu demontieren. Dies erfordert einen hohen manuellen Aufwand für Bauwerksvorbereitung, Durchführung und Nachbereitung. Weiterhin ist nachteilig, dass das Sanierungsverfahren jahreszeiten- bzw. temperaturabhängig ist, da die Arbeiten nur bei Temperaturen von mehr als 5 °C durchgeführt werden können. Insgesamt handelt es sich bei den Beschichtungsverfahren nicht um ein geschlossenes Fertigungsverfahren, weshalb umfangreiche Arbeits- und Gesundheitsschutzmaßnahmen erforderlich sind. Darüber hinaus ist nachteilig, dass keine integrierte Leckage-Detektion und damit Zustandsüberwachung vorhanden ist.Concrete protection coatings are themselves acid-resistant and protect the concrete component of the shaft underneath as a separating layer, provided the coating remains firmly attached to the substrate. A basic distinction is made between vapor-permeable and vapor-tight coatings. Gaseous water can hardly or not at all escape through the latter and condensation can form under the coating. This can lead to the coating detaching via various complex chemical and/or physical processes (increased alkali concentration, saponification of plastic coatings, osmotic blistering, alkali drift, frost heaves). In addition, in shafts, the component is always affected by the moisture in the ground. In the case of biogenic sulfuric acid corrosion, this can progress intensively, particularly under burst blisters and detachments. In addition, solvent-based coating materials are not diffusion- or osmosis-tight, which means that as a result of SO 4 2- diffusion, ettringite can form again under the coating and accelerate its destruction. The disadvantage of these processes is that there is no structural maintenance or structural improvement. Furthermore, all fittings must be dismantled for renovation. This requires a high level of manual effort for building preparation, implementation and follow-up. Another disadvantage is that the renovation process is dependent on the season and temperature, as the work can only be carried out at temperatures of more than 5 °C. Overall, the coating processes are not a closed manufacturing process, which is why extensive occupational health and safety measures are required. Another disadvantage is that there is no integrated leak detection and therefore no condition monitoring.
Auskleidungsverfahren, Schacht-Lininglining process, shaft lining
Zur Erzielung einer Abdichtung, und Sicherung des Oberflächenschutzes sowie der Verbesserung der Standfestigkeit werden ECR(electric corrosion resistant)-Glasfaserbahnen, welche mit einem lichthärtenden Kunstharz getränkt sind, in den gereinigten, reprofilierten und abgedichteten Schacht eingebracht und mittels UV-Strahlung ausgehärtet. Eingesetzt werden dabei ungesättigtes Polyesterharz (Typ 1140 Gruppe 3 nach DIN 18820-1) bzw. Vinylesterharz (Typ 1310 Gruppe 5 nach DIN 18820-1). Die Glasfaserbahnen mit einer Dicke von 0,7 mm werden in mehreren Lagen als nahtloser, einteiligen Schlauch gelegt, welcher von der Oberkante der Berme bis zur Straßenoberkante reicht. Die Konfektionierung des Schlauches erfolgt im Vorfeld der Baumaßnahme spezifisch für den Einzelfall. Der Schlauch wird ausgerichtet, mit Druckluft kalibriert und mittels einer UV-Strahlungsquelle gehärtet. Die Sanierung des Gerinnes und der Berme erfolgt händisch mit vorgefertigten Schachtunterteilen oder im Handlaminat. Der bei der Aushärtung entstehende Ringspalt wird mit einem EPDM-Gummiprofil abgedichtet. Die Maßnahmendauer für einen Betonschacht DN 1000 mit 3,5 M Tiefe wird mit ca. 3 Stunden angegeben. Mit diesem Verfahren können auch eckige Schächte und Schächte mit Querschnittsänderungen saniert werden. Auch bei diesem Verfahren ist wieder nachteilig, dass keine Tragwerkserhaltung oder Tragwerksaufwertung stattfindet und zur Sanierung alle Einbauten zu demontieren sind. Damit ist wieder ein hoher manueller Aufwand für Bauwerksvorbereitung, Durchführung und Nachbereitung verbunden. Auch ist dieses Sanierungsverfahren jahreszeiten- bzw. temperaturabhängig, da auch diese Arbeiten nicht bei niedrigen Temperaturen durchgeführt werden können und eine Minimaltemperatur von mehr als 5 °C erfordern. Weiterhin ist nachteilig, dass keine integrierte Leckage-Detektion und damit Zustandsüberwachung vorhanden ist.To achieve a seal and ensure surface protection as well as to improve stability, ECR (electric corrosion resistant) glass fiber sheets, which are impregnated with a light-curing synthetic resin, are inserted into the cleaned, reprofiled and sealed shaft and cured using UV radiation. Unsaturated polyester resin (type 1140
Schachtrehabilitation / Schacht-in-Schacht-Systemshaft rehabilitation / shaft-in-shaft system
Das System „Schacht + Trumme®“ basiert auf einzelnen Kunststoffelementen aus PEHD, welche im Baukastenprinzip konstruktiv zusammenpassen, aber auch einzeln verwendet werden können (partielle Sanierung). Die vorgefertigten, flexiblen Formteile für das Gerinne, Anschlüsse usw. wie auch die vor Ort anpassbaren Bauteile für die Schachtwandung lassen sich durch die Schachtöffnung einbringen und werden miteinander verschweißt. Die dichte Anbindung der Anschlüsse und Übergänge wird durch spezielle Stutzenlösungen gewährleistet. Hohlräume werden nach dem Verschweißen mit einem speziellen frühfesten Dämmmaterial ausgefüllt. Durch die Ankernoppen wird eine feste Verbindung mit dem Altschacht hergestellt.The "Schacht + Trumme®" system is based on individual plastic elements made of PEHD, which fit together in a modular design, but can also be used individually (partial renovation). The prefabricated, flexible molded parts for the channel, connections, etc. as well as the on-site adaptable components for the shaft wall can be inserted through the shaft opening and are welded together. The tight connection of the connections and transitions is ensured by special nozzle solutions. After welding, hollow spaces are filled with a special early-strength insulation material. The anchor studs create a firm connection to the old shaft.
Auch dieses Verfahren ist insofern nachteilig, als es keine Tragwerkserhaltung oder Tragwerksaufwertung bewirkt und alle Einbauten vorab demontiert werden müssen. Der manuelle Aufwand für die Bauwerksvorbereitung, Durchführung und Nachbereitung ist sehr hoch und auch hier sind Mindesttemperaturen von mehr als 5 °C erforderlich, damit das Verfahren durchgeführt werden kann. Auch wird keine integrierte Leckage-Detektion und Zustandsüberwachung möglich.This method also has the disadvantage that it does not result in structural preservation or structural improvement and all installations must be dismantled beforehand. The manual effort required for structural preparation, implementation and follow-up is very high and here too, minimum temperatures of more than 5 °C are required for the method to be carried out. Integrated leak detection and condition monitoring are also not possible.
Schachtrehabilitationshaft rehabilitation
Ebenfalls für die Anwendung an statisch tragfähigen Schächten geeignet ist die HOBAS Schachtrehabilitation® im Baukastensystem auf Basis von Glasfaserkunststoff (GFK). Gerinne und Anschlüsse können aus Halbzeugen vor Ort passend gemacht werden. Die Schachtwandung kann durch die Schachtöffnung eingebracht werden (keine Erdarbeiten). Diese wird dann verdübelt und Stöße und Kanten mit Faserspachtel verschlossen. Der Ringraum wird mit fließfähigem Mörtel verdämmt und somit kraftschlüssig verbunden. Auch dieses Verfahren weist die bereits bei obigen Verfahren genannten Nachteile auf. Es findet keine Tragwerkserhaltung oder -aufwertung statt, die Demontage aller Einbauten ist erforderlich, es ist ein hoher Aufwand für die Bauwerksvorbereitung, Durchführung und Nachbereitung notwendig. Es sind Temperaturen von mehr als 5 °C erforderlich und es ist keine Leckagedetektion und Zustandsüberwachung integriert.The HOBAS Shaft Rehabilitation® modular system based on glass fiber plastic (GRP) is also suitable for use on structurally load-bearing shafts. Channels and connections can be made to fit on site from semi-finished products. The shaft wall can be inserted through the shaft opening (no earthworks). This is then doweled and joints and edges are sealed with fiber filler. The annular space is dammed with flowable mortar and thus connected in a force-locking manner. This method also has the disadvantages already mentioned for the above methods. There is no structural maintenance or upgrading, all fittings must be dismantled, and a lot of effort is required for structural preparation, implementation and follow-up. Temperatures of more than 5 °C are required and no leak detection and condition monitoring are integrated.
Schacht-in-Schacht-Systemshaft-in-shaft system
Das Verfahren „Schacht-in-Schacht“ ermöglicht die Sanierung unter Übernahme der kompletten statischen Belastungen durch den neuen Baukörper. Eingesetzt werden hierbei vorgefertigte Schachtkörper aus GFK oder Polyethylen / Polypropylen, welche nach Rückbau des Schachtkonus in den Altschacht eingebracht und vermörtelt werden. Daraus folgert eine geringe Schachtdurchmesserreduzierung. Der Altschacht verbleibt als verlorene Schalung im Erdreich. Straßendecke und Schachtoberbau sowie Gerinne, Sohle und Steighilfen werden zurückgebaut. Es werden neue vorgefertigte Gerinne und Sohle eingesetzt, welche entsprechend der Einbausituation im vorgefertigten Schachteinsatz impliziert wurden. Die Anschlüsse der Zu- und Abläufe können vor Ort angepasst und mittels Handlaminat verbunden werden. Der Ringraum zwischen Neu- und Altschacht wird mit einem fließfähigen Betonmörtel verdämmt. Sehr nachteilig ist hierbei, dass die Demontage des Schachtkonus erforderlich ist und kostenintensive Tiefbauarbeiten im Straßenbereich nötig sind. Weiterhin ist auch die Demontage aller Einbauten aus dem Schacht erforderlich. Damit ist insgesamt ein hoher Aufwand verbunden. Die Arbeiten können nur bei Temperaturen über 5 °C durchgeführt werden und es ist keine integrierte Leckagedetektion und Zustandsüberwachung vorhanden.The "shaft-in-shaft" method enables renovation while the new structure takes over all static loads. Prefabricated shaft bodies made of GRP or polyethylene / polypropylene are used, which are inserted into the old shaft and mortared after the shaft cone has been dismantled. This results in a slight reduction in the shaft diameter. The old shaft remains in the ground as a permanent formwork. The road surface and shaft superstructure as well as the channel, base and climbing aids are dismantled. New prefabricated channels and base are used, which were incorporated into the prefabricated shaft insert according to the installation situation. The connections of the inlets and outlets can be adjusted on site and connected using hand laminate. The annular space between the new and old shaft is sealed with a flowable concrete mortar. A major disadvantage here is that the shaft cone has to be dismantled and costly civil engineering work is required in the road area. Furthermore, all fittings in the shaft have to be dismantled. This involves a lot of effort overall. The work can only be carried out at temperatures above 5 °C and there is no integrated leak detection or condition monitoring.
Nachfolgend werden im Stand der Technik bekannte Leckagesensor-Einheiten und Schadenserkennungssysteme diskutiert.In the following, known leakage sensor units and damage detection systems are discussed in the state of the art.
Permanent funktionierende Schadenserkennungssysteme für Abwasserpumpenschächte gibt es derzeit nicht. Die Kontrolle der Funktionsfähigkeit/Dichtigkeit von Schachtkörpern erfolgt in geregelten Fristen durch Inspektionen mit und ohne Begehung der Bauwerke durch Sichtprüfung und direkt nach Neubau/Sanierung der Schächte mittels aufwändiger Dichtheitsprüfung gemäß DIN EN 1610 sowie mit länderabhängigen Fristen für die Wiederholungsprüfung von 10 - 30 Jahren. Somit zeigt sich aktuell die effiziente Schadenserkennung bei den insgesamt 10 Millionen Schachtbauwerken in öffentlichen Verkehrsflächen auf Grund fehlender technischer Möglichkeiten als unzureichend. Neuere Methoden bedienen sich zwar digitaler Bilderkennungs- und -Bewertungs- und Auswertungssoftware, resultieren aber ebenfalls nur auf visuellen Momentaufnahmen des Bauwerkszustandes.There are currently no permanently functioning damage detection systems for sewage pump shafts. The functionality/tightness of shaft bodies is checked at regular intervals through inspections with and without access to the structures by visual inspection and directly after new construction/renovation of the shafts by means of complex leak testing in accordance with DIN EN 1610 and with country-specific deadlines for repeat testing of 10 - 30 years. Thus, efficient damage detection for the total of 10 million shaft structures in public traffic areas is currently inadequate due to a lack of technical options. Newer methods use digital image recognition and assessment and evaluation software, but also only result in visual snapshots of the structure's condition.
Lecküberwachungssysteme sind derzeit nach TRwS (Technische Regeln wassergefährdender Stoffe) beispielsweise für die Lagerung von Heizöl, Kraftstoffen und anderen wassergefährdenden Stoffe erforderlich. Die Lecküberwachung bei unterirdischen, doppelwandigen Lagerbehältern wird hier durch Leckanzeigegeräte gewährleistet, die einen Kontrollraum zwischen innerer und äußerer Tankwandung überwachen. Als Überwachungsmedium kann eine Leckflüssigkeit (Pegelüberwachung) oder auch ein vom Leckanzeigegerät erzeugtes Vakuum eingesetzt werden. Wird eine Leckage detektiert, erzeugt das Leckanzeigegerät einen Alarm.Leak monitoring systems are currently required according to TRwS (Technical Rules for Substances Hazardous to Water), for example for the storage of heating oil, fuels and other substances hazardous to water. Leak monitoring in underground, double-walled storage tanks is ensured here by leak detection devices that monitor a control space between the inner and outer tank walls. A leak fluid (level monitoring) or a vacuum generated by the leak detection device can be used as the monitoring medium. If a leak is detected, the leak detection device generates an alarm.
Die Sanierung von Abwasserschächten erfordert aber nicht die Herstellung eines doppelwandigen Schachtbehälters, der die Option der Erzeugung eines permanenten Vakuums oder die Einbringung einer Leckflüssigkeit ermöglicht. Der Einsatz solcher Systeme ist daher nicht möglich.However, the rehabilitation of sewage shafts does not require the construction of a double-walled shaft container that allows the option of creating a permanent vacuum or introducing a leakage fluid. The use of such systems is therefore not possible.
Eine weitere Option der Leckageüberwachung ist die Installation von Sensorkabeln oder Punktsensoren im Bereich des möglichen Wasseraustritts. Für Schachtbauwerke liegen diese im Fall einer Exfiltration von Abwasser im Bereich unterhalb des Bodens und der Außenseite benetzter Wandflächen. Diese sind bei der Sanierung bestehender Schächte nicht zugänglich. Infiltrationsereignisse können nicht ermittelt werden, da die Schachtinnenseite ohnehin feucht ist.Another option for leakage monitoring is the installation of sensor cables or point sensors in the area of possible water leakage. For shaft structures, in the case of exfiltration of wastewater, these are located in the area below the floor and the outside of wetted wall surfaces. These are not accessible when renovating existing shafts. Infiltration events cannot be detected because the inside of the shaft is wet anyway.
Feuchtemessung in Bauwerkenmoisture measurement in buildings
Eine weitere Option der Leckagedetektion kann die Feuchtemessung in Bauwerken sein. Gängige Methoden sind hierbei die Widerstandsfeuchtemessung und die kapazitive (dielektrische) Feuchtemessung. Diese ermöglichen die lokal begrenzte zerstörungsfreie Bestimmung der Feuchte auch in mineralischen Baustoffen. Bei der Widerstandsfeuchtemessung wird mit Hilfe zweier Elektroden der elektrische Widerstand eines Baustoffs bestimmt. Der Widerstand verändert sich in Abhängigkeit der Feuchte des Prüfstoffes und wird am Messgerät in herstellerspezifischen Einheiten (Digits) angezeigt.Another option for leak detection can be moisture measurement in buildings. Common methods are resistance moisture measurement and capacitive (dielectric) moisture measurement. These enable the local, non-destructive determination of moisture, even in mineral building materials. Resistance moisture measurement uses two electrodes to determine the electrical resistance of a building material. The resistance changes depending on the moisture content of the test material and is displayed on the measuring device in manufacturer-specific units (digits).
Baustoffspezifische Messwerttabellen der Hersteller sowie die langjährige Erfahrung der Techniker ermöglichen die Unterteilung der Messbereiche in trocken, feucht und nass, wobei die Berechnungsgrundlage der elektrische Widerstand des Baustoffs im Trockenzustand bildet. Die kapazitive Feuchtemessung ermöglicht Messungen von Baustoffen in Tiefen bis zu 7 cm. Ihre Anwendung eignet sich für alle Arten von Materialien und wird vor allem zur ersten Einschätzung bzw. Eingrenzung von Feuchteschäden genutzt. Bei der kapazitiven Feuchtemessung wird nun eigentlich die Kapazität eines Kondensators gemessen, der das Herz des Messgeräts darstellt. Je nach Dielektrikum (Trennmaterial der Kondensatorplatten) ändert sich die Kapazität des Kondensators. Wenn sich im Streufeld des Kondensators Material mit höherem Feuchtegehalt befindet, schlägt sich das in einer höheren Dielektrizitätskonstante nieder, woraufhin sich auch die Kapazität des Kondensators ändert.The manufacturers' building material-specific measurement tables and the technicians' many years of experience enable the measurement ranges to be divided into dry, damp and wet, with the electrical resistance of the building material in the dry state forming the basis for the calculation. Capacitive moisture measurement enables measurements of building materials at depths of up to 7 cm. Its application is suitable for all types of materials and is used primarily for the initial assessment or limitation of moisture damage. Capacitive moisture measurement actually measures the capacitance of a capacitor, which is the heart of the measuring device. The capacitance of the capacitor changes depending on the dielectric (separating material of the capacitor plates). If there is material with a higher moisture content in the stray field of the capacitor, this is reflected in a higher dielectric constant, which also changes the capacitance of the capacitor.
Für die Leckagedetektion in Schachtbauwerken sind beide Verfahren in ihrer herkömmlichen Anwendung nicht geeignet, da ein Schachtkörper innen auf Grund seiner Funktion Feuchtigkeit aus dem Medium Abwasser bzw. außen aufgrund anstehender Umgebungsfeuchtigkeit permanent feucht ist. Eine Erhöhung der Feuchtigkeit durch eine Leckage tritt nur lokal begrenzt auf und könnte nur direkt an der Schadstelle ermittelt werden. Eine flächendeckende Erfassung über den gesamten Schachtkörper ist aber nicht möglich.Neither method is suitable for leak detection in shaft structures in its conventional application, as a shaft body is permanently damp on the inside due to its function of absorbing moisture from the wastewater medium and on the outside due to ambient humidity. An increase in moisture caused by a leak only occurs locally and can only be detected directly at the damaged area. However, comprehensive detection across the entire shaft body is not possible.
Schadensüberwachung in VerbundwerkstoffenDamage Monitoring in Composite Materials
Mit Hilfe der Messung des elektrischen Widerstands ist es möglich, sowohl lastbedingte Dehnungsänderungen als auch Schädigungen in Kohlenstofffaser-verstärkten Kunststoffen aufzuzeigen. Die lasttragenden Kohlenstofffasern können also direkt als Sensoren für Faserversagen und Delaminationswachstum verwendet werden. Mit Hilfe der Elektrischen Impedanz Tomographie (EIT) ist bislang ein Weg aufgezeichnet worden, der es ermöglicht, in Bauteilen aus Kohlenstofffaser-verstärkten Kunststoffen nicht nur die Schädigung als solche sondern auch den Ort einer Schädigung zu detektieren. Diese Methode bedarf allerdings noch einer experimentellen und theoretischen Weiterentwicklung.By measuring the electrical resistance, it is possible to show both load-related strain changes and damage in carbon fiber reinforced plastics. The load-bearing carbon fibers can therefore be used directly as sensors for fiber failure and delamination growth. With the help of electrical impedance tomography (EIT), a path has been recorded that makes it possible to detect not only the damage as such but also the location of the damage in components made of carbon fiber reinforced plastics. However, this method still requires further experimental and theoretical development.
Die Sanierungsmaßnahmen des Standes der Technik sind unter anderem mit Nutzungseinschränkungen des Schachts und im Bereich der Schächte mit Sperrungen durch Baumaßnahmen verbunden.The state-of-the-art renovation measures are associated, among other things, with restrictions on the use of the shaft and, in the area around the shafts, with closures due to construction work.
Die im Stand der Technik momentan verwendeten Sanierungsverfahren sind zeit- und kostenintensiv und erfordern Tiefbauarbeiten mit hohem manuellem und körperlichem Aufwand. Auch sind diese Sanierungsverfahren jahreszeitenabhängig, weil sie Materialien und Verfahrensschritte umfassen, die nur bei bestimmten Mindesttemperaturen verwendet bzw. durchgeführt werden können. Weiterhin ist bei den Verfahren des Standes der Technik nachteilig, dass zwar eine Abdichtung der beschädigten Oberflächen durchgeführt wird, jedoch die ursprüngliche Stabilität des Schachts nicht wieder hergestellt oder verbessert wird. Diese Verfahren sind also nicht zur Tragwerksrehabilitation geeignet.The rehabilitation methods currently used in the state of the art are time-consuming and costly and require civil engineering work with a high level of manual and physical effort. These rehabilitation methods are also dependent on the season because they include materials and process steps that can only be used or carried out at certain minimum temperatures. Another disadvantage of the state of the art methods is that although the damaged surfaces are sealed, the original stability of the shaft is not restored or improved. These methods are therefore not suitable for structural rehabilitation.
Darüber hinaus wird im Zusammenhang der Sanierung im Stand der Technik keine integrierte Leckagedetektion und Zustandsüberwachung bereitgestellt.Furthermore, in the context of the renovation, the state of the art does not provide integrated leak detection and condition monitoring.
Mit herkömmlichen Methoden ist keine integrierte Leckage-Detektion und Zustandsüberwachung möglich und eine Schadenserkennung an Schachtbauwerken ist durch die visuelle Inspektion mit Begehung nur bedingt möglich. Die gängige, sehr aufwändige Dichtheitsprüfung wird nur nach Neubau, Sanierung oder innerhalb langer Fristen gefordert und durchgeführt und die Dichtheitsprüfung ermöglicht nur eine Gesamtaussage zum Bauwerk, eine Schadenslokalisierung oder örtliche Eingrenzung der Schadstelle ist nicht möglich.With conventional methods, no integrated leak detection and condition monitoring is possible and damage detection on shaft structures is only possible to a limited extent through visual inspection with on-site inspection. The common, very complex leak test is only required and carried out after new construction, renovation or within long periods of time and the leak test only allows an overall statement about the structure, a It is not possible to localize the damage or to isolate the area of damage.
Aus der
In der
Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile des Standes der Technik zu überwinden und Materialien und Verfahren zur Temperatur- und damit Jahreszeiten-unabhängigen Tragwerksrehabilitation im Bestand bereitzustellen, wobei Materialien und Verfahren kostengünstig und mit vergleichsweise geringem Aufwand bereitgestellt bzw. durchgeführt werden können.The object of the invention is to overcome the disadvantages of the prior art and to provide materials and methods for temperature- and thus season-independent structural rehabilitation in existing buildings, whereby materials and methods can be provided or carried out cost-effectively and with comparatively little effort.
Darüber ist es die Aufgabe der Erfindung ein System bereitzustellen, das eine integrierte Leckageüberwachung von Schacht- und Behältersystemen ermöglicht. Es besteht im Stand der Technik ein Bedarf an einer segmentierten Zustands-/Leckageüberwachung ohne Schachteinstieg durch das Inspektionspersonal, wodurch die Inspektionsdauer pro Schacht einschließlich Dichtheitsprüfung erheblich reduziert wird. Weiterhin sollte die Nutzung digitaler, kabelloser Datenübertragungssysteme möglich sein, um auch eine Fernüberwachung zu gestatten.Furthermore, the object of the invention is to provide a system that enables integrated leakage monitoring of shaft and container systems. In the state of the art, there is a need for segmented condition/leakage monitoring without the inspection personnel having to enter the shaft, which significantly reduces the inspection time per shaft including leak testing. Furthermore, the use of digital, wireless data transmission systems should be possible in order to also allow remote monitoring.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, durch die Bereitstellung von Materialien und eines Verfahrens eine Sanierung von Betonschächten, Rohren und Behältern zu ermöglichen. Dabei kann das bei der Sanierung erfindungsgemäß verwendete Material mindestens die statische Belastungen des ursprünglichen Systems tragen, bzw. bei Nutzungsänderung auch eine höhere Belastung tragen.The object of the present invention is therefore to enable the renovation of concrete shafts, pipes and containers by providing materials and a method. The material used in the renovation according to the invention can bear at least the static loads of the original system or, if the use changes, can also bear a higher load.
Die Aufgabe der Erfindung wird gelöst durch die Bereitstellung einer Sandwichlaminatstruktur und die Verwendung dieser Sandwichlaminatstruktur.The object of the invention is achieved by providing a sandwich laminate structure and the use of this sandwich laminate structure.
Die Aufgabe der Erfindung wird gelöst durch eine Sandwichlaminatstruktur mit einer ersten und einer zweiten Oberfläche, die einander gegenüberliegen: Die Sandwichlaminatstruktur umfasst ein Kernelement, das eine erste Oberfläche und eine der ersten Oberfläche gegenüberliegende zweite Oberfläche aufweist, mindestens zwei Heizschichten , von denen mindestens eine Heizschicht auf der ersten und mindestens eine Heizschicht auf der zweiten Oberfläche des Kernelements angeordnet ist, und mindestens zwei Gewebelagen, von denen jeweils mindestens eine Gewebelage jeweils auf der dem Kernelement abgewandten Seite der mindestens zwei Heizschichten angeordnet ist, wobei das Material des Kernelements als Wabenvlies ausgebildet ist, welches Polyesterfasern, Polyamidfasern, Polyetherfasern und/oder deren Mischungen umfasst, wobei an den mindestens zwei Heizschichten Anschlüsse für eine Spannungsquelle angeordnet sind und die mindestens zwei Heizschichten als Leitfähigkeitssensoren zur Leckageüberwachung dienen.The object of the invention is achieved by a sandwich laminate structure with a first and a second surface that are opposite one another: The sandwich laminate structure comprises a core element that has a first surface and a second surface opposite the first surface, at least two heating layers, of which at least one heating layer is arranged on the first surface and at least one heating layer on the second surface of the core element, and at least two fabric layers, of which at least one fabric layer is arranged on the side of the at least two heating layers facing away from the core element, wherein the material of the core element is designed as a honeycomb fleece that comprises polyester fibers, polyamide fibers, polyether fibers and/or mixtures thereof, wherein connections for a voltage source are arranged on the at least two heating layers and the at least two heating layers serve as conductivity sensors for leak monitoring.
Bevorzugt ist eine Sandwichlaminatstruktur, welche mindestens eine Sperrschicht umfasst, die auf einer der beiden Oberflächen der Sandwichlaminatstruktur angeordnet ist.Preferred is a sandwich laminate structure which comprises at least one barrier layer arranged on one of the two surfaces of the sandwich laminate structure.
Bevorzugt ist auch eine Sandwichlaminatstruktur, bei welcher die Heizschicht ein textiles Material ist, in oder auf welchem Heizleiter in Form von elektrisch leitenden Drähten und/oder Fasern angeordnet sind.Also preferred is a sandwich laminate structure in which the heating layer is a textile material in or on which heating conductors in the form of electrically conductive wires and/or fibers are arranged.
Vorteilhaft ist eine Sandwichlaminatstruktur, bei welcher die Gewebelagen Glasfaser, Kohlenstofffaser, Aramidfaser, Naturfaser und/oder deren Mischungen umfassen.A sandwich laminate structure is advantageous in which the fabric layers comprise glass fiber, carbon fiber, aramid fiber, natural fiber and/or mixtures thereof.
Besonders vorteilhaft ist eine Sandwichlaminatstruktur, bei welcher das Material der Sperrschicht ausgewählt ist aus Polyethylen, Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk, Tetrafluorethylen-Perfluorpropylen, Silikonkautschuk und deren Mischungen.Particularly advantageous is a sandwich laminate structure in which the material of the barrier layer is selected from polyethylene, ethylene-propylene-diene rubber, tetrafluoroethylene-perfluoropropylene, silicone rubber and mixtures thereof.
Weiterhin bevorzugt ist eine Sandwichlaminatstruktur, bei welcher die Sandwichlaminatstruktur ein ausgehärtetes Harzmaterial umfasst, das im Kernelement, den Heizschichten, den Gewebelagen und den Zwischenräumen der Schichten der Sandwichlaminatstruktur eingelagert ist.Also preferred is a sandwich laminate structure in which the sandwich laminate structure comprises a cured resin material which is embedded in the core element, the heating layers, the fabric layers and the spaces between the layers of the sandwich laminate structure.
Insbesondere vorteilhaft ist eine Sandwichlaminatstruktur, bei welcher das Harzmaterial ein wärmehärtbares Harzmaterial ist und ausgewählt ist aus Vinylesterharz, Cyanatesterharz, Epoxidharz, Polyesterharz, Phenolharz und deren Mischungen.Particularly advantageous is a sandwich laminate structure in which the resin material is a thermosetting resin material and is selected from vinyl ester resin, cyanate ester resin, epoxy resin, polyester resin, phenolic resin and mixtures thereof.
Besonders bevorzugt ist eine Sandwichlaminatstruktur, bei welcher die jeweiligen Heizschichten in zwei oder mehrere Teilbereiche untergliedert sind, wobei jeder einzelne Teilbereich der jeweiligen Heizschichten Anschlüsse für eine Spannungsquelle aufweist.Particularly preferred is a sandwich laminate structure in which the respective heating layers are subdivided into two or more sub-areas, wherein each individual sub-area of the respective heating layers has connections for a voltage source.
Weiterhin wird die Aufgabe der Erfindung gelöst durch die Verwendung der erfindungsgemäßen Sandwichlaminatstruktur zum Auskleiden, Sanieren, Stabilisieren und/oder Rehabiltieren von Hohlräumen umgrenzenden Wänden und zur Leckageüberwachung. Bevorzugt ist der Hohlraum ein Schacht, ein Rohr oder ein Behälter.Furthermore, the object of the invention is achieved by the use of the sandwich laminate structure according to the invention for lining, renovating, stabilizing and/or rehabilitating walls surrounding cavities and for leak monitoring. The cavity is preferably a shaft, a pipe or a container.
Darüber hinaus wird die Aufgabe der Erfindung gelöst durch die Bereitstellung eines Verfahrens zum Auskleiden, Sanieren, Stabilisieren und/oder Rehabilitieren von Hohlräumen umgrenzenden Wänden und zur Leckageüberwachung von Hohlräumen umgrenzenden Wänden unter Verwendung einer erfindungsgemäßen Sandwichlaminatstruktur, wobei man nacheinander
- a) Größe und Struktur des Hohlraums mit einem 3D-Erfassungssystem bestimmt, b) die Sandwichlaminatstruktur entsprechend der in Schritt a) ermittelten Abmessungen und Struktur zuschneidet und konfektioniert, c) die konfektionierte Sandwichlaminatstruktur in den Hohlraum einbringt, d) die Sandwichlaminatschicht im Hohlraum positioniert,
- e) in die Sandwichlaminatstruktur Harzmaterial einbringt und das Harzmaterial härtet und
- f) mittels der mindestens zwei Heizschichten den Zustand der ausgehärteten Sandwichlaminatstruktur überwacht.
- a) the size and structure of the cavity is determined using a 3D detection system, b) the sandwich laminate structure is cut and assembled according to the dimensions and structure determined in step a), c) the assembled sandwich laminate structure is introduced into the cavity, d) the sandwich laminate layer is positioned in the cavity,
- e) introducing resin material into the sandwich laminate structure and curing the resin material and
- f) the condition of the cured sandwich laminate structure is monitored by means of at least two heating layers.
Bevorzugt ist ein Verfahren, bei welchem man die Sandwichlaminatstruktur in Schritt d) positioniert, indem man an die Sandwichlaminatstruktur ein Vakuum anlegt.Preferred is a method in which the sandwich laminate structure is positioned in step d) by applying a vacuum to the sandwich laminate structure.
Vorteilhaft ist auch ein Verfahren, bei welchem man die Sandwichlaminatstruktur in Schritt d) positioniert, indem man einen Überdruck auf die Sandwichlaminatstruktur ausübt.Also advantageous is a method in which the sandwich laminate structure is positioned in step d) by exerting an overpressure on the sandwich laminate structure.
Die vorliegende Erfindung wird mit den beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:
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1 eine Explosionsdarstellung des schematischen Aufbau einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Sandwichlaminatstruktur; -
2a eine Explosionsdarstellung der erfindungsgemäßen Sandwichlaminatstruktur mit Wassereintritt in den Schacht; -
2b eine Explosionsdarstellung der erfindungsgemäßen Sandwichlaminatstruktur mit Wassereintritt in die Sandwichlaminatstruktur; -
3a - 3e eine schematische Ansicht der Verfahrensschritte einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens; -
4 ein schematische Darstellung des Verfahrens zur Herstellung einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Sandwichlaminatstruktur; -
5 einen Querschnitt einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Sandwichlaminatstruktur, und -
6a - 6c verschiedene Anordnungsvarianten der Heizschichten der erfindungsgemäßen Sandwichlaminatstruktur.
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1 an exploded view of the schematic structure of an embodiment of the sandwich laminate structure according to the invention; -
2a an exploded view of the sandwich laminate structure according to the invention with water ingress into the shaft; -
2b an exploded view of the sandwich laminate structure according to the invention with water ingress into the sandwich laminate structure; -
3a - 3e a schematic view of the method steps of an embodiment of the method according to the invention; -
4 a schematic representation of the process for producing an embodiment of the sandwich laminate structure according to the invention; -
5 a cross-section of an embodiment of the sandwich laminate structure according to the invention, and -
6a - 6c different arrangement variants of the heating layers of the sandwich laminate structure according to the invention.
Die erfindungsgemäße Sandwichlaminatstruktur besitzt eine erste und eine zweite Oberfläche, die einander gegenüberliegen. Das Kernelement besteht aus einem chemikalienbeständigen Material, das bevorzugt ein Glasfaserverstärktes Kunststoffmaterial ist. Um eine Aufnahme von Harzmaterial für den Härtungsschritt zu unterstützen, ist das Kernmaterial erfindungsgemäß ein Material, das Waben besitzt. Bevorzugt wird ein Wabenvlies aus Polyesterfaser als Kernmaterial verwendet. In weiteren Ausführungsformen besteht das Kernmaterial aus Polyamidfasern, Polyetherfasern und/oder deren Mischungen, auch als Mischungen mit Polyesterfasern.The sandwich laminate structure according to the invention has a first and a second surface which are opposite one another. The core element consists of a chemical-resistant material, which is preferably a glass fiber reinforced plastic material. In order to support the absorption of resin material for the curing step, the core material according to the invention is a material which has honeycombs. Preferably, a honeycomb fleece made of polyester fiber is used as the core material. In further embodiments, the core material consists of polyamide fibers, polyether fibers and/or mixtures thereof, also as mixtures with polyester fibers.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind alle Schichten der Sandwichlaminatstruktur, außer der optional vorhandenen Sperrschicht, bevorzugt aus Materialien gebildet, welche für ein Vakuuminfusionsverfahren vorbereitet sind. Dazu können diese Schichten zusätzlich Infusionskanäle umfassen. Weiterhin ist die Sandwichlaminatstruktur bevorzugt auf das Einführen von Infusionsleitungen für die Vakuuminfusion vorbereitet.In a preferred embodiment, all layers of the sandwich laminate structure, except for the optionally present barrier layer, are preferably made of materials that are prepared for a vacuum infusion process. For this purpose, these layers can additionally comprise infusion channels. Furthermore, the sandwich laminate structure is preferably prepared for the introduction of infusion lines for vacuum infusion.
Weiterhin umfasst die Sandwichlaminatstruktur 1 mindestens zwei Gewebelagen 2.
Das Material der Gewebelagen umfasst bevorzugt Glasfaser, Kohlenstofffaser, Aramidfaser, Naturfaser oder deren Mischungen. Bevorzugt wird ECR-Glasfaser-Material als korrosionsbeständiger und chemikalienbeständiger, Glasfaser-verstärkter Kunststoff verwendet.The material of the fabric layers preferably comprises glass fiber, carbon fiber, aramid fiber, natural fiber or mixtures thereof. ECR glass fiber material is preferably used as a corrosion-resistant and chemical-resistant, glass fiber reinforced plastic.
Die textilen Faserwerkstoffe bestehen bei der erfindungsgemäßen Sandwichlaminatstruktur bevorzugt aus einer Art oder einer Kombination von Endlosfasern (> 50mm) bzw. Lang- und Kurzfasern (< 50mm).The textile fiber materials in the sandwich laminate structure according to the invention preferably consist of a type or a combination of continuous fibers (> 50 mm) or long and short fibers (< 50 mm).
Die mindestens zwei Heizschichten sind bevorzugt Glasfasermaterialien, auf bzw. in welchen elektrisch leitende Drähte der Fasern angeordnet sind. Im Stand der Technik sind derartige Heizfolien bekannt und werden verbreitet durch Aufsticken von Kupferdraht auf Glasfasermaterialien erzeugt. Dadurch sind diese Heizschichten dünn, relativ flexibel und in Sandwichlaminaten verwendbar.The at least two heating layers are preferably glass fibre materials on or in which electrically conductive wires of the fibers are arranged. Such heating foils are known in the prior art and are widely produced by embroidering copper wire onto glass fiber materials. This makes these heating layers thin, relatively flexible and usable in sandwich laminates.
Die Heizschichten ermöglichen es, dass auch bei Umgebungstemperaturen unter der für das Aushärten des Harzmaterials erforderlichen Temperaturen ein Aushärten erfolgen kann. Hierzu werden die Heizschichten in Betrieb genommen und damit das Sandwichlaminat auf die Härtungstemperatur gebracht. Diese Heizschichten sind dafür mit Anschlüssen versehen, an welche eine Spannung angelegt werden kann.The heating layers make it possible for curing to take place even at ambient temperatures below the temperatures required for curing the resin material. To do this, the heating layers are switched on and the sandwich laminate is brought to the curing temperature. These heating layers are provided with connections to which a voltage can be applied.
Als weitere Funktion dienen die Heizschichten zur Feststellung des Zustandes des Sandwichlaminats, insbesondere zur Leckageüberwachung. Eine Beschädigung der Sandwichlaminatstruktur wird dann durch eine Messung des Widerstandes zwischen den Heizschichten bei angelegter Spannung feststellbar. Dies ermöglicht eine Überwachung des Zustandes der Heizschichten im Hohlraum und damit auch eine Überwachung des Zustandes des ausgehärteten Sandwichlaminats. Eine Beschädigung der Sandwichlaminatstruktur wird einhergehen mit einer Änderung der Leitfähigkeit der Heizschichten und damit mit einer Leckage.The heating layers also serve to determine the condition of the sandwich laminate, particularly for leak monitoring. Damage to the sandwich laminate structure can then be detected by measuring the resistance between the heating layers when voltage is applied. This enables the condition of the heating layers in the cavity to be monitored and thus also the condition of the cured sandwich laminate to be monitored. Damage to the sandwich laminate structure is accompanied by a change in the conductivity of the heating layers and thus by a leak.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine integrierte Leckageüberwachung zur Verfügung zu stellen. Gemäß der Erfindung sind Heizschichten auf beiden Seiten des Kernelements der Sandwichlaminatstruktur angeordnet. Zweck der Heizschichten ist es zunächst, die in die Sandwichlaminatstruktur eingebrachten Harze mittels Wärmezufuhr auszuhärten. Da die Heizschichten als verlorene Schichten in der dann ausgehärteten Sandwichlaminatstruktur verbleiben, werden diese erfindungsgemäß als Leitfähigkeitssensoren verwendet. Durch eine kontinuierliche Überwachung ist es daher möglich, drohende Undichtigkeiten frühzeitig festzustellen.A further object of the present invention is to provide an integrated leakage monitoring system. According to the invention, heating layers are arranged on both sides of the core element of the sandwich laminate structure. The purpose of the heating layers is initially to cure the resins introduced into the sandwich laminate structure by means of heat. Since the heating layers remain as lost layers in the then cured sandwich laminate structure, they are used according to the invention as conductivity sensors. Continuous monitoring therefore makes it possible to detect impending leaks at an early stage.
Gemäß einer Ausführungsform ist es weiterhin vorgesehen, neben der integrierten Leckageüberwachung auch eine präzise Leckageortung zur Verfügung zu stellen. Damit ist es möglich, den Bereich einzugrenzen, in welchem ein Leck aufgetreten ist. Dies erleichtert die Reparatur des ausgekleideten Schachts, da das Leck schneller zu finden ist. Um dies zu ermöglichen ist es gemäß einer Ausführungsform vorgesehen, die jeweiligen Heizschichten in mehrere Teilbereiche zu untergliedern. Im Gegensatz zu den Schichten der erfindungsgemäßen Sandwichlaminatstruktur, die für die Abdichtung sorgen, müssen die Heizschichten nicht ganzflächig in der Sandwichlaminatstruktur angeordnet sein.According to one embodiment, it is further provided to provide precise leak detection in addition to the integrated leak monitoring. This makes it possible to narrow down the area in which a leak has occurred. This makes it easier to repair the lined shaft, as the leak can be found more quickly. To make this possible, according to one embodiment, the respective heating layers are divided into several sub-areas. In contrast to the layers of the sandwich laminate structure according to the invention, which ensure sealing, the heating layers do not have to be arranged over the entire surface of the sandwich laminate structure.
In der
In der
Jede einzelne Heizschicht 3 ist mittels elektrischer Leitungen mit einem Überwachungssystem (nicht dargestellt) verbunden. Derartige Überwachungssysteme sind dem Fachmann bekannt. Die Überwachung und Steuerung der Systeme erfolgt vorzugsweise mittels geeigneter, rechnergestützter Vorrichtungen, welche dem Fachmann ebenfalls an sich bekannt sind.Each
Das in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendete Harzmaterial ist ein wärmehärtbares Harzmaterial. In einer bevorzugten Ausführungsform ist dieses Harzmaterial mit einer niedrigen Viskosität auf Vakuuminfusion angepasst. Als Harzmaterial wird eine Kombination aus Harz und Härtern verwendet. Dieses Harzmaterial ist im Handel erhältlich. So können beispielsweise Epoxidharze der Firma GURIT verwendet werden, die Harzmaterial zur Vakuuminfusion für verschiedenste Anwendungen bereitstellen. Weiterhin können als wärmehärtbares Harz Vinylesterharz, Cyanatesterharz, Epoxyharz, Polyesterharz, Phenolharz und deren Mischungen verwendet werden. In der vorliegenden Erfindung wird in einer bevorzugten Ausführungsform Vinylesterharz als Harzmaterial verwendet.The resin material used in one embodiment of the present invention is a thermosetting resin material. In a preferred embodiment, this resin material is adapted to vacuum infusion with a low viscosity. A combination of resin and hardeners is used as the resin material. This resin material is commercially available. For example, epoxy resins from GURIT can be used, which provide resin material for vacuum infusion for a wide variety of applications. Furthermore, vinyl ester resin, cyanate ester resin, epoxy resin, polyester resin, phenolic resin and mixtures thereof can be used as the thermosetting resin. In the present invention, vinyl ester resin is used as the resin material in a preferred embodiment.
Die optional vorhandene Sperrschicht dient dazu, die Sandwichlaminatstruktur luftdicht zum Innenbereich des Hohlraums hin abzudichten, damit an die Sandwichlaminatstruktur - ohne Drucksack - ein Vakuum angelegt werden kann. Bevorzugt ist das Material der Sperrschicht ausgewählt aus Polyethylen, Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk, Tetrafluorethylen-Perfluorpropylen, Silikonkautschuk und deren Mischungen.The optional barrier layer serves to seal the sandwich laminate structure airtight to the interior of the cavity so that a vacuum can be applied to the sandwich laminate structure - without a pressure bag. The material of the barrier layer is preferably selected from poly ethylene, ethylene-propylene-diene rubber, tetrafluoroethylene-perfluoropropylene, silicone rubber and their mixtures.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird ein Drucksack bereitgestellt, der zur Positionierung der Sandwichlaminatstruktur im Hohlraum dient. Der Drucksack wird entsprechend der Geometrien des Hohlraums hergestellt. Hierzu werden die Daten der 3D-Erfassung des Hohlraums verwendet. Besonders vorteilhaft ist hierbei, dass auch der Drucksack derart hergestellt ist, dass er auf etwaige Einbauten im Hohlraum angepasst ist. So wird der Drucksack Einbuchtungen aufweisen, wo im Hohlraum Einbauten aus der Wand herausragen. Die Einbuchtungen des Drucksacks entsprechen dann den Abmessungen und der Position der Einbauten. Als Materialien für den Drucksack eignen sich Kunststofffolien, die dehnbar und reißfest sind. Bevorzugt sind Folien aus Polyethylen, Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk, Tetrafluorethylen-Perfluorpropylen, Silikonkautschuk und deren Mischungen.In a further preferred embodiment, a pressure bag is provided which serves to position the sandwich laminate structure in the cavity. The pressure bag is manufactured according to the geometry of the cavity. The data from the 3D capture of the cavity is used for this purpose. It is particularly advantageous here that the pressure bag is also manufactured in such a way that it is adapted to any fittings in the cavity. The pressure bag will have indentations where fittings protrude from the wall in the cavity. The indentations of the pressure bag then correspond to the dimensions and position of the fittings. Plastic films that are stretchable and tear-resistant are suitable materials for the pressure bag. Films made of polyethylene, ethylene-propylene-diene rubber, tetrafluoroethylene-perfluoropropylene, silicone rubber and mixtures thereof are preferred.
Eine schematische Darstellung des Verfahrens zur Herstellung einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Sandwichlaminatstruktur ist in
Parallel dazu erfolgt an Position 19 die Herstellung der Heizfolie. Die Heizfolien können jedoch auch von bekannten Anbietern bezogen werden. Die Heizfolien werden gemeinsam mit dem Materialzuschnitt von Position 13 in Position 14 gestackt. Die Materialien werden in Position 15 miteinander vernäht. Zu den vernähten Schichten werden der in Position 21 hergestellte Drucksack und die in Position 22 zugeschnittenen Infusionsleitungen geführt und diese Elemente gemeinsam in Position 16 konfektioniert. Das Sandwichlaminat mit Drucksack wird in Position 17 verpackt und es erfolgt der Transport, der mit Position 18 gekennzeichnet ist. Der Materialzuschnitt des Drucksacks erfolgt in Position 20 und die Fertigung des Drucksacks in Position 21.At the same time, the heating foil is manufactured at
In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Sanierungsverfahren für Hohlräume, beispielsweise Silos, Bereiche in Biogasanlagen, Kanalrohre, Kläranlagen und Industriebehälter. Auch wenn nachfolgend die Erfindung am Beispiel von Pumpenschächten beschrieben wird, ist sie nicht auf deren Sanierung beschränkt. Die Erfindung kann generell zur Rehabilitierung und Tragwerksregeneration von unter- und oberirdischen medienbelasteten Schächten bzw. Behältern aus Beton oder anderen beliebigen Werkstoffen (Kläranlagen, Biogasanlagen) verwendet werden. Neben der Anwendung im Bereich der Abwasserbehandlung können die erfindungsgemäße Sandwichlaminatstruktur und das erfindungsgemäße Verfahren ebenfalls bei der Rehabilitation von Tanks und Silos für Treibstoff, Chemikalien, Schüttgüter, Baustoffe und Lebensmittel im stationären als auch im mobilen Sinne, wie z. B. im Güterverkehr über Straße, Schiene oder Seeweg eingesetzt werden.In a further aspect, the invention relates to a rehabilitation process for cavities, for example silos, areas in biogas plants, sewer pipes, sewage treatment plants and industrial containers. Even if the invention is described below using pump shafts as an example, it is not limited to their rehabilitation. The invention can generally be used for the rehabilitation and structural regeneration of underground and above-ground media-loaded shafts or containers made of concrete or any other material (sewage treatment plants, biogas plants). In addition to the application in the field of wastewater treatment, the sandwich laminate structure according to the invention and the method according to the invention can also be used in the rehabilitation of tanks and silos for fuel, chemicals, bulk goods, building materials and food in a stationary as well as mobile sense, such as in freight transport by road, rail or sea.
In einer Ausführungsform der Erfindung wird die Bereitstellung eines Faser-Kunststoff-Verbundmaterials zur Auskleidung einer Hohlrauminnenwand, also beispielsweise einer Schachtinnenwand, offenbart. Bereitgestellt wird ein aktiver Sandwichaufbau mit tragender Wirkung, der vor Ort in den Hohlraum integriert und in einer Ausführungsform der Erfindung mittels des wirtschaftlichen Vakuuminfusionsverfahrens dort verfestigt, also gehärtet wird.In one embodiment of the invention, the provision of a fiber-plastic composite material for lining the inner wall of a cavity, for example the inner wall of a shaft, is disclosed. An active sandwich structure with a load-bearing effect is provided, which is integrated into the cavity on site and, in one embodiment of the invention, is solidified, i.e. hardened, there by means of the economical vacuum infusion process.
Die Erfindung ermöglicht eine flexible und kurzfristige Tragwerksrehabilitation von beispielsweise sanierungsbedürftigen Beton-Pumpschächten im Bestand. An Schächten aus Betonfertigteilen können aufgrund mechanischer sowie chemisch-biologischer Belastung Schäden entstehen, welche die Tragfähigkeit und Funktion des Gesamtaufbaus beeinträchtigen. Durch das Verfahren sollen die beschädigten Beton-Pumpschächte ohne einen Austausch derselben vollständig rehabilitiert werden, sodass gleichzeitig die ursprüngliche Tragfähigkeit und die damit verbundene Lebensdauer des Systems wiederhergestellt wird.The invention enables flexible and short-term structural rehabilitation of, for example, existing concrete pumping shafts that are in need of renovation. Mechanical and chemical-biological stress can cause damage to shafts made of precast concrete elements, which can impair the load-bearing capacity and function of the overall structure. The process is intended to completely rehabilitate the damaged concrete pumping shafts without replacing them, so that the original load-bearing capacity and the associated service life of the system are restored at the same time.
Das erfindungsgemäße Sanierungsverfahren umfasst, einschließlich der Herstellung und Anpassung der Sandwichlaminatstruktur, die folgenden Schritte: Im ersten Schritt erfolgt die Analyse des Ist-Zustandes des Schachts 9, Rohres oder Behälters mittels eines 3D-Formerfassungssystems 7. Hierbei wird die Innenkontur des Hohlraums erfasst. Weiterhin werden etwaige Einbauten und Schadstellen, wie beispielsweise Abplatzungen, lokalisiert und digital erfasst. An die Erfassung der digitalen Geometriedaten schließt sich deren Aufbereitung an. Dies ist schematisch in
Bevorzugt wird der Schacht 9 oder ein anderer Hohlraum vorab gereinigt, um Fremdkörper vor der 3D-Formerfassung zu entfernen. Es folgt die Planung und Auslegung der Instandsetzung. Hierbei werden der für die Sanierung erforderliche und gewünschte Oberflächenausgleich und dessen Umsetzung geplant. Der erforderliche Materialbedarf und die Zuschnittgeometrien der erfindungsgemäßen Sandwichlaminatstruktur werden berechnet. Ergänzend können Arbeitsanweisungen zur Montage bereitgestellt werden. Dann werden die Komponenten der erfindungsgemäßen Sandwichlaminatstruktur, nämlich die Fasertextilien, Heizfolien und weitere Folien, zugeschnitten. Der Zuschnitt erfolgt bevorzugt endkonturnah, beispielsweise mittels CNC-Programmen. Es folgt die Kennzeichnung und das Fügen der Sandwichlaminat-Segmente. Im Anschluss wird das Sandwichlaminat konfektioniert und zum Einsatzort transportiert.Preferably, the
Im zweiten Schritt wird die für den zu sanierenden Schacht 9 oder Behälter individuell bereitgestellte Sandwichlaminatstruktur 1 im Hohlraum, also im Schacht 9, Rohr oder Behälter, platziert und anschließend positioniert. Dies zeigt
Im dritten Schritt wird die Sandwichlaminatstruktur 1 optimal im Hohlraum ausgerichtet, indem sie mit den Innenwänden des Hohlraums derart in Kontakt gebracht wird, dass der für einen Wandbereich vorgefertigte Bereich des Sandwichlaminats 1 auch an dem entsprechenden Bereich der Hohlraumwandung 5 anliegt und diesen auskleidet. Dies bedeutet, dass die an die Geometrien des Hohlraums angepasste Sandwichlaminatstruktur 1 auch mit dem dafür vorgesehenen und auf den entsprechenden Teil der Wand angepassten Teilbereich an der Wand anliegt. Dieses Positionieren und Ausrichten der Sandwichlaminatstruktur 1 folgt in einer bevorzugten Ausführungsform durch Ausüben eines Überdrucks auf die Sandwichlaminatstruktur 1, wodurch diese an die Hohlrauminnenwände gepresst wird. Der Überdruck kann in dieser Ausführungsform der Erfindung beispielsweise durch das Aufblasen eines an die Hohlraumgeometrie angepassten Drucksacks 10 erfolgen. Bei dieser Ausführungsform ist der Drucksack 10 kein integraler Bestandteil der Sandwichlaminatstruktur 1. Die Anfertigung des Drucksacks 10 erfolgt entsprechend der im ersten Schritt erfassten Geometriedaten des Hohlraums. Das schrittweise Aufpumpen des Drucksacks 10 ermöglicht eine flexible Positionierung der Sandwichlaminatstruktur 1 im Hohlraum und ermöglich damit eine optimale Ausrichtung der Sandwichlaminatstruktur 1 entsprechend der Geometrie des Hohlraums. Den Verfahrensschritt unter Verwendung eines Drucksacks 10 zeigt
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst die im Hohlraum positionierte Sandwichlaminatstruktur mindestens eine Sperrschicht, die auf einer der Oberflächen der Sandwichlaminatstruktur angeordnet ist. Bei dieser Ausführungsform der Erfindung wird die Sandwichlaminatstruktur derart im Hohlraum positioniert, dass die Sperrschicht auf den Innenbereich des Hohlraums gerichtet ist. Das Positionieren der Sandwichlaminatstruktur erfolgt bei dieser Ausführungsform durch Anlegen eines Unterdrucks an den Bereich zwischen Sperrschicht und Hohlraumwand.In a further preferred embodiment of the invention, the sandwich laminate structure positioned in the cavity comprises at least one barrier layer which is arranged on one of the surfaces of the sandwich laminate structure. In this embodiment of the invention, the sandwich laminate structure is positioned in the cavity such that the barrier layer is directed towards the interior of the cavity. In this embodiment, the sandwich laminate structure is positioned by applying a negative pressure to the area between the barrier layer and the cavity wall.
Im vierten Schritt wird die Sandwichlaminatstruktur 1 auf den Härtungsschritt vorbereitet, um eine gehärtete Sandwichlaminatstruktur 1 im Hohlraum zu erzeugen. Bei der Ausführungsform, bei welcher ein Drucksack 10 verwendet wird, wird dieser zum Vakuumsack umfunktioniert, indem der Randbereich des Drucksacks 10 am Hohlraum, beispielsweise am Schachtkonus, mit einem anwendungsspezifischen Dichtband abgedichtet wird. Dies ist in
Bei der Ausführungsform, bei welcher kein separater Drucksack verwendet wird, wird die mindestens eine Sperrschicht des Sandwichlaminats am Randbereich des Hohlraums mit einem Dichtband abgedichtet.In the embodiment in which no separate pressure bag is used, the at least one barrier layer of the sandwich laminate is sealed at the edge region of the cavity with a sealing tape.
Im fünften Schritt wird die Härtung der Sandwichlaminatstruktur 1 durchgeführt. Dazu wird Harzmaterial in das Laminat eingebracht. Das Einbringen des Harzmaterials erfolgt in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung mittels Vakuuminfusion. So wird im Anschluss an die Positionierung der Sandwichlaminatstruktur 1 eine Evakuierung des Bereichs zwischen Drucksack 10 und Hohlraumwand, also des Bereichs, in dem die Sandwichlaminatstruktur 1 angeordnet ist, durchgeführt. Harzmaterial wird durch den Unterdruck in die Sandwichlaminatstruktur 1 eingebracht. Das Matrixmaterial (Harz) wird der Sandwichlaminatstruktur 1 zugeführt und mit Hilfe der Unterdruckkräfte infiltriert. Eine schematische Darstellung dieses Verfahrensschritts zeigt
In einer bevorzugten Ausführungsform sind in der Sandwichlaminatstruktur integrierte Leitungskanäle vorhanden.In a preferred embodiment, cable channels are integrated into the sandwich laminate structure.
Wurde ein separater Drucksack verwendet, so kann dieser nach der Aushärtung des Harzes entfernt werden. Damit dieses Entfernen des Drucksacks ohne Beschädigung der gehärteten Laminatstruktur möglich ist, ist das Material des Drucksacks derartig gewählt, dass es vom ausgehärteten Harzmaterial ablösbar ist.If a separate pressure bag was used, it can be removed after the resin has hardened. To ensure that the pressure bag can be removed without damaging the hardened laminate structure, the material of the pressure bag is selected in such a way that it can be removed from the hardened resin material.
Das Aushärten des Harzmaterials erfolgt bei wärmehärtendem Harzmaterial unterstützt durch Wärme, die durch integrierte Heizschichten erzeugt werden kann.In the case of thermosetting resin material, the curing of the resin material is assisted by heat, which can be generated by integrated heating layers.
Nach Abschluss des Aushärtens der Sandwichlaminatstruktur liegt im Hohlraum ein fertigungstechnisch optimierter Sandwichaufbau vor, der die Hohlraumwandungen nicht nur auskleidet, sondern auch stützt. Der Effekt der Stützung kann durch die in der verwendeten Sandwichlaminatstruktur gewählten Materialien individuell eingestellt werden. So kann die gehärtete Sandwichlaminatstruktur die Stabilität aufweisen und den Hohlraumwandungen verleihen, die der ursprünglichen, unbeschädigten Struktur entspricht. Once the sandwich laminate structure has cured, the cavity contains a sandwich structure that has been optimized for production, which not only lines the cavity walls but also supports them. The support effect can be individually adjusted by the materials selected in the sandwich laminate structure used. This means that the cured sandwich laminate structure can have the stability and give the cavity walls the same stability as the original, undamaged structure.
Aufgrund der erfindungsgemäßen Integration eines Heizsystems ist eine Temperatur- und damit Jahreszeiten-unabhängige Sanierung der Wandungen von Hohlräumen möglich. Dazu besitzt das Sandwichlaminat Anschlüsse, an welche eine Spannungsquelle angeschlossen werden kann.Due to the inventive integration of a heating system, it is possible to renovate the walls of hollow spaces regardless of temperature and therefore season. The sandwich laminate has connections to which a voltage source can be connected.
Die erfindungsgemäße Sandwichlaminatstruktur ermöglicht neben der Auskleidung, Stützung und Sanierung des Schachts, Behälters oder des Rohrs auch eine aktive Zustandsüberwachung in Bezug auf die Dichtigkeit des Systems, also beispielsweise des Schachts. Hierzu wird eine Zustandserfassung der Heizschichten der Laminatstruktur durchgeführt. Eine Beschädigung der den Hohlraum umgebenden Wandungen, die mit der Sandwichlaminatstruktur ausgekleideten sind, wird detektiert, wenn sich diese Beschädigung auf die Leitfähigkeit der Heizschichten auswirkt.In addition to lining, supporting and renovating the shaft, container or pipe, the sandwich laminate structure according to the invention also enables active condition monitoring with regard to the tightness of the system, for example the shaft. For this purpose, the condition of the heating layers of the laminate structure is recorded. Damage to the walls surrounding the cavity, which are lined with the sandwich laminate structure, is detected if this damage affects the conductivity of the heating layers.
Erst eine Beschädigung, die sich in die Tiefe der Sandwichlaminatstruktur ausbreitet, wird letztendlich auch in Bezug auf eine Leckage relevant werden. Damit erlaubt die Feststellung der Beschädigung der Heizschichten auch einen Rückschluss auf eine bevorstehende oder bereits eingetretene Leckage des Schachts, Behälters oder Rohres.Only damage that extends into the depth of the sandwich laminate structure will ultimately become relevant in relation to a leak. This means that determining damage to the heating layers also allows conclusions to be drawn about an impending or already occurring leak in the shaft, container or pipe.
Zur Leckagedetektion und damit zur Leckageüberwachung wird der Zustand der Heizschichten überwacht, indem Widerstandsmessungen zwischen den mindestens zwei Heizschichten durchgeführt werden. Eine Beschädigung der Heizschichten wird durch eine Widerstandsänderung festgestellt. Dazu besitzt das Sandwichlaminat Anschlüsse, an welche eine Spannungsquelle angeschlossen werden kann.To detect leaks and thus monitor leaks, the condition of the heating layers is monitored by carrying out resistance measurements between at least two heating layers. Damage to the heating layers is detected by a change in resistance. For this purpose, the sandwich laminate has connections to which a voltage source can be connected.
Insgesamt ist es also vorteilhaft, dass unter Verwendung der erfindungsgemäßen Sandwichlaminatstruktur eine kurzfristige Sanierung von Schächten, Rohren und Behältern im Bestand, also ohne Tiefbauarbeiten, möglich ist. Das erfindungsgemäße Verfahren unter Verwendung der erfindungsgemäßen Sandwichlaminatstruktur ermöglicht die Temperatur- und Jahreszeiten-unabhängige Sanierung und Tragwerksrehabilitation. Das vorgeschlagene Vakuuminfusionsverfahren ermöglicht, dass die Sanierung durchgeführt werden kann, ohne dass die mit der Sanierung betrauten Mitarbeiter mit Harzmaterial und Lösemitteln in Kontakt kommen. Es wird damit ein geschlossenes und umweltfreundliches Sanierungsverfahren bereitgestellt.Overall, it is therefore advantageous that using the sandwich laminate structure according to the invention enables short-term renovation of existing shafts, pipes and containers, i.e. without civil engineering work. The method according to the invention using the sandwich laminate structure according to the invention enables renovation and structural rehabilitation independent of temperature and season. The proposed vacuum infusion method enables the renovation to be carried out without the employees entrusted with the renovation coming into contact with resin material and solvents. This provides a closed and environmentally friendly renovation method.
Weiterhin ist vorteilhaft, dass kostengünstige und leichte Werkstoffe eingesetzt werden, die mit geringen Transportkosten und einfacher Handhabung zum Ort der Sanierung gebracht werden können. Auch sind hier keine Vorsichtsmaßnahmen in Bezug auf den Umgang mit Chemikalien erforderlich, weil unbehandeltes, also nicht vorimprägniertes Sandwichlaminat bereitgestellt wird. Dadurch wird eine Verringerung von manueller und risikobehafteter Arbeit ermöglicht.Another advantage is that inexpensive and lightweight materials are used, which can be brought to the site of renovation with low transport costs and easy handling. Also, no precautions are required with regard to handling chemicals, because untreated, i.e. not pre-impregnated sandwich laminate is provided. This enables a reduction in manual and risky work.
Es entstehen insgesamt deutlich kürzere Prozess- und Nacharbeitungszeiten, weil die Sandwichlaminatstruktur individuell an die Geometrie des Hohlraums angepasst ist und Einbauten bereits bei der Herstellung der Sandwichlaminatstruktur berücksichtigt werden.Overall, the process and rework times are significantly shorter because the sandwich laminate structure is individually adapted to the geometry of the cavity and fittings are already taken into account during the production of the sandwich laminate structure.
Positiv auf die Kosten der Sanierung durch das erfindungsgemäße Verfahren wirkt sich auch aus, dass eine individuelle Anpassung des Materialbedarfs an die zu sanierende Struktur ermöglicht wird. Verschnitt kann dadurch vermieden werden.The method according to the invention also has a positive effect on the costs of renovation because it allows the material requirements to be individually adapted to the structure to be renovated. This means that waste can be avoided.
Die integrierte Leckageüberwachung kann mit Unterstützung drahtloser Datenübertragung als Life-Time-Monitoring erfolgen, indem Widerstandswerte ermittelt und drahtlos an ein Datenerfassungssystem übertragen und dort ausgewertet werden. Es erfolgt hier in einer bevorzugten Ausführungsform die Integration von Smart-Technologies.The integrated leakage monitoring can be carried out with the support of wireless data transmission as lifetime monitoring by determining resistance values and transmitting them wirelessly to a data acquisition system where they are evaluated. In a preferred embodiment, smart technologies are integrated here.
Besonders vorteilhaft ist, dass eine höhere Nutzungsdauer des sanierten Schachts gegenüber mittels herkömmlicher Auskleidungsverfahren sanierter Schächte erreicht wird.A particular advantage is that the rehabilitated shaft has a longer service life than shafts rehabilitated using conventional lining methods.
Wesentliche Aspekte der Erfindung werden nun in Diskussion eines verbreiteten Verfahrens des Standes der Technik nochmals kurz zusammengefasst.
Im Gegensatz dazu wird beim erfindungsgemäßen Verfahren der zu sanierende Schacht (beispielsweise Pumpschacht oder allgemein Bauwerk) mit Hilfe eines 3D-Laser-Scanners gescannt. Aus diesen Daten werden digitale Flächenmodelle generiert, welche die Innenfläche des Schachtes präzise darstellen. Auf Grundlage dessen werden die textilen Faserwerkstoffe mittels CNC-Verfahren individuell und passgenau zugeschnitten. Die einzelnen Zuschnitte werden im Anschluss näh- und klebetechnisch gefügt. Dabei ist zu beachten, dass im Gegensatz zum Verfahren des Standes der Technik alle Faserwerkstoffe vollkommen trocken, d. h. ohne Matrix (Harz), vorliegen. Weiterhin ist zu wesentlich, dass die erfindungsgemäße Sandwichlaminatstruktur aufgrund des Scannens ideal auf den vorliegenden Schacht angepasst ist. Im Patent
In dem Patent
Nach dem
In einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine trockene Sandwichlaminatstruktur verwendet. Nachdem diese im Schacht positioniert und evakuiert ist, wird das Matrixmaterial im Harzinfusionsprozess über Infusionsleitungen injiziert. Dabei wird das Fasermaterial vollständig imprägniert. Die Aushärtung des Matrixmaterials kann dabei mit oder ohne Temperierung erfolgen. Jedoch beschleunigt eine Temperierung den Aushärtevorgang und ist somit wirtschaftlicher. Die Temperierung der Faserstruktur und des Matrixmaterials erfolgt mit Hilfe des integrierten Heizsystems (Heizschichten). Vorteilhaft ist bei dieser Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, dass das Harzinfusionsverfahren ein geschlossener und unter Vakuum durchgeführter Prozess ist, bei dem das Harz an keiner Stelle in Kontakt mit der Umwelt oder Personen kommt. Der Aushärteprozess kann gezielt bzw. lokal durch die Steuerung der elektrischen Leistung durch die Heizschichten beeinflusst werden. Die strukturelle Belastbarkeit des Bauwerks wird durch das Verfahren der
Bei einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens kann durch die im 3D-Scan erfassten Daten der Anteil und die Ausrichtung der Faserverstärkung auf Grundlage von Finite Elemente Methode (FEM) individuell für jedes Bauwerk berechnet und ausgelegt werden. Dabei kann je nach Belastungsfall (z.B. Lage und Tiefe des Bauwerkes, struktureller Zustand, Umweltverhältnisse) die Sandwichlaminatstruktur hinreichend steif gestaltet werden. Darüber hinaus wurde der Laminataufbau in Form einer Sandwichkonstruktion gewählt, da diese hohe Steifigkeiten und Festigkeiten bei geringem Materialeinsatz bietet. Vorteilhaft hierbei ist auch, dass genau die Menge an Material verbaut wird, die auch benötigt wird und somit die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens erheblich verbessert.In one embodiment of the method according to the invention, the proportion and orientation of the fiber reinforcement can be calculated and designed individually for each structure using the data recorded in the 3D scan based on the finite element method (FEM). Depending on the load case (e.g. location and depth of the structure, structural condition, environmental conditions), the sandwich laminate structure can be designed to be sufficiently rigid. In addition, the laminate structure was chosen in the form of a sandwich construction, as this offers high rigidity and strength with low material usage. Another advantage here is that exactly the amount of material that is needed is used, thus significantly improving the cost-effectiveness of the process.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist aufgrund der Heizschichten in der Sandwichlaminatstruktur jahreszeitlich unabhängig. Die Sandwichlaminatstruktur ist aufgrund ihrer Flexibilität durch Standardschachtöffnungen einführbar und eine Demontage des Schachtkonus ist nicht erforderlich. Kostenintensive Tiefbauarbeiten im Straßenbereich sind nicht erforderlich. Aufgrund der objektspezifischen, rechnergestützten Vorkonfektionierung der flexiblen Sandwichlaminatstruktur im Baukastensystem ist das Verfahren ohne Demontage aller Einbauten durchführbar. Weiterhin wird durch die Verwendung der erfindungsgemäßen Sandwichlaminatstruktur im erfindungsgemäßen Verfahren eine hohe Dichtigkeit, Dauerhaftigkeit, BSK(biogene Schwefelsäurekorrosion)-Beständigkeit des Schachts gewährt. Der In-Situ-Harz-Eintrag ohne Personeneinstieg in den Schacht ist in Bezug auf den Arbeitsschutz ein weiterer positiver Effekt. Das erfindungsgemäße Verfahren zur Sanierung ist in einem kürzeren Zeitraum durchführbar, verglichen mit den Verfahren des Standes der Technik. So sind beispielsweise auch die Nacharbeiten deutlich reduziert, weil kein Nachlaminieren bzw. Schweißen der Anschlüsse und Materialübergänge, Stöße und Kanten erforderlich ist. Dadurch wird der Zeitraum der Nutzungseinschränkung aufgrund von Mediensperrung verringert. Und die Funktionsintegration, nämlich die Integration der Leckagedetektion und Zustandsüberwachung, ist ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Sandwichlaminats und Verfahrens.The method according to the invention is independent of the season due to the heating layers in the sandwich laminate structure. Due to its flexibility, the sandwich laminate structure can be inserted through standard shaft openings and dismantling the shaft cone is not necessary. Costly civil engineering work in the road area is not required. Due to the object-specific, computer-aided prefabrication of the flexible sandwich laminate structure in the modular system, the method can be carried out without dismantling all of the fittings. Furthermore, the use of the sandwich laminate structure according to the invention in the method according to the invention ensures a high level of tightness, durability and BSK (biogenic sulphuric acid corrosion) resistance of the shaft. The in-situ resin introduction without people entering the shaft is another positive effect in terms of occupational safety. The method according to the invention for renovation can be carried out in a shorter period of time compared to the prior art methods. For example, the rework is also significantly reduced because no re-lamination or welding of the connections and material transitions, joints and edges is required. This reduces the period of usage restriction due to media blockage. And the functional integration, namely the integration of leak detection and condition monitoring, is a further advantage of the sandwich laminate and method according to the invention.
Bezugszeichenlistelist of reference symbols
- 11
- Sandwichlaminatstruktursandwich laminate structure
- 22
- Gewebelagefabric layer
- 33
- Heizschichtheating layer
- 44
- Kernelementcore element
- 55
- Betonwandungconcrete wall
- 66
- Schadstelledamaged area
- 77
- Formerfassungssystemshape detection system
- 88
- StraßeStreet
- 99
- Betonschachtconcrete shaft
- 1010
- Drucksackpressure backpack
- 1111
- Harzinfusionresin infusion
- 1212
- Verfahrensschritt Materialzufuhrmaterial supply process step
- 1313
- Verfahrensschritt Zuschnittcutting process step
- 1414
- Verfahrensschritt Stackenstacking process step
- 1515
- Verfahrensschritt Vernähensewing step
- 1616
- Verfahrensschritt Konfektionierenassembly process step
- 1717
- Verfahrensschritt Verpackungpackaging process step
- 1818
- Verfahrensschritt Transporttransport process step
- 1919
- Verfahrensschritt Bereitstellung HeizschichtProcess step Provision of heating layer
- 2020
- Verfahrensschritt Zuschnitt DrucksackProcess step cutting printed bag
- 2121
- Verfahrensschritt Fertigung DrucksackProcess step manufacturing pressure bag
- 2222
- Verfahrensschritt Zuschnitt InfusionsleitungenProcess step cutting infusion lines
- 2323
- Sperrschichtbarrier layer
- 100100
- gehärtete Sandwichlaminatstrukturhardened sandwich laminate structure
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