Zur grabenlosen Sanierung von Kanalsystemen haben sich GFK-Schlauchliner als eine zukunftsträchtige Technologie etabliert. Innerhalb der Branche dominieren hauptsächlich zwei Fertigungsverfahren: gelegte und gewickelte Schlauchliner. Die am Markt verfügbaren Produkte sind grundsätzlich für die meisten Standardfälle geeignet. Diese Standardfälle werden in den gängigen Produktregelwerken (z.B. RSV-Merkblatt 1-1, DWA-A 143-3) beschrieben und sichern die Produktqualität in diesem Rahmen für die Auftraggeber ab.

Erst bei Anforderungen über die Standardfälle hinaus treten einzelne Produkte oder Technologien in den Vordergrund. Ein Aspekt, bei dem die Systemgrenzen der Fertigungstechnologien auseinander gehen, ist die radiale Dehnbarkeit der Produkte. Im Normalfall liegt der Bereich der benötigten und ertragbaren Dehnung zwischen 3 und 8%. Damit werden erfahrungsgemäß die meisten Anforderungen in Bezug auf die mögliche Abweichung des Altrohr-Durchmessers abgedeckt. Es gibt jedoch auch Sonderfälle. Innerhalb der Haltung können Dimensionswechsel auftreten, Haltungen können große Bögen bilden oder es können Sondergeometrien auftreten. Teilweise können sogar andere Leitungen oder Strukturen die Haltung queren, was zu einer lokalen Querschnittsverengung führt (Abbildung 1).

Um diesen Anforderungen an lokale Dimensionsunterschiede gerecht zu werden, können verschiedene Maßnahmen getroffen werden. Eine Konfektionierung eines Liners ist mit sehr hohem Aufwand verbunden und bedeutet hohe Kosten und eine geringe Flexibilität in einem Baustellenumfeld, wo diese Flexibilität häufig gefragt ist. Soll die Sanierung mit einem GFK-Schlauchliner durchgeführt werden, der nicht speziell vorkonfektioniert werden muss, so kommen auf das Produkt hohe Anforderungen an die Dehnbarkeit zu. Bei Dehnungen über die gewöhnlich in den technischen Datenblättern erwähnten Dehnungen hinaus wird im Sprachgebrauch häufig von einer Überdehnung gesprochen. Doch genau in diesem Bereich der sogenannten Überdehnung finden flexible Schlauchliner ihre Anwendung. Auf Grund ihres produktionsbedingten Aufbaus sind gewickelte Schlauchliner in der Lage, bei richtiger Gestaltung des Aufbaus große Dehnungsbereiche abzubilden. Da diese Produkte deutlich über die Standardfälle hinaus eingesetzt werden, muss für die einbauenden Firmen und die Auftraggeber die Sicherheit gegeben sein, dass die Produkte die zu erwartenden Kennwerte erreichen.

Um die geforderten hohen Dehnungen abbilden zu können, bestehen einige technische Herausforderungen an die Materialien der einzelnen Komponenten sowie an den Gesamtaufbau der Produkte an sich. Für diese Fälle setzt die Firma Brandenburger Liner GmbH den BB2.5 Flex ein, der in seinen statisch relevanten Komponenten baugleich zum von dem DIBt zugelassenen BB2.5 (Nr. Z-42.3-490) ist. Die Schlauchliner BB2.5 sowie BB2.5 Flex sind im Wickelverfahren hergestellt. Beim Wickeln von Schlauchlinern werden um einen vorlaufenden Folienschlauch herum mit Harz vorimprägnierte Faserbänder umlaufend gewickelt. Dadurch entsteht ein mehrlagiger Laminataufbau mit definiertem Durchmesser und definierter Wandstärke. Bei gewickelten Schlauchlinern ist die Dehnung des Produkts eine Kombination aus kontrollierter Verschiebung der einzelnen Laminatlagen und der Dehnung der Glasmatte als Trägermaterial des Laminats an sich.

Es gilt nun nachzuweisen, dass durch die hohe Dehnung die mechanischen Kennwerte der Produkte, die von den Herstellern angegeben werden, weiterhin gewährleistet werden können. Ebenso ist zu zeigen, dass die strukturellen Kennwerte, insbesondere die Harzgehalte, auch bei hoher Dehnung innerhalb der produktspezifischen Grenzwerte bleiben. Am Markt halten sich Aussagen, dass eine sogenannte Überdehnung diese Kennwerte stark verschiebt und die Grenzwerte der Produktzulassungen verlassen werden. Diese These gilt es in diesem Beitrag zu überprüfen. Im Rahmen dieses Artikels wird die Dehnung wie folgt definiert:

Dabei ist ΔD die Differenz aus der realen Dehnung des Schlauchliners und dem Produktionsuntermaß D_0.

Das RSV-Merkblatt 1-1 definiert die Dehnungszustände wie in Abbildung 2 beschrieben.

Mit der in diesem Artikel beschriebenen Arbeit wurde nun versuchsbasiert der Einfluss der Dehnung auf die mechanischen und strukturellen Kennwerte ermittelt und diese mit den produktspezifischen Grenzwerten verglichen.

Für die Versuche im Hause Brandenburger wurden Liner BB2.5 mit der Zulassung Z-42.3-490 in verschiedenen Produktionsnenndurchmesser gefertigt und diese auf der hauseigenen Teststrecke auf einen Rohrnenndurchmesser von DN 300 aufgedehnt. Es ergaben sich verschiedene Dehnungen zwischen -0,1 und +39[SS1] [DS2] % bezogen auf den Produktionsnenndurchmesser. Dabei wurde die Produktionswandstärke bei allen Dehnungsstufen so dimensioniert, dass bei dem zu erreichenden Nenndurchmesser näherungsweise die gleiche Wandstärke vorlag.

Die Aushärtung der Liner wurde mit einer hauseigenen Aushärteanlage nach den gängigen Angaben in den Aushärtetabellen durchgeführt. Die Beprobung und die Prüfung der Linerproben wurde durch das Labor im Hause Brandenburger durchgeführt. Es wurden verschiedenen Prüfungen durchgeführt und Kennwerte ermittelt:

Zur Validierung der Untersuchungen für andere Durchmesser wurden einzelne Ergebnisse von Testlinern mit hoher Dehnung herangezogen.

Es wurden die Ergebnisse der Scheiteldruckprüfung analysiert und die Abhängigkeit des kurzzeitigen Ring-Elastizitätsmoduls mit der Dehnung der Testliner untersucht.

Abbildung 4 zeigt den Kurzzeit-Ring-Elastizitätsmodul in Abhängigkeit der Linerdehnung. Zu sehen ist, dass in allen Dehnungsbereichen die Soll-Werte der DIBt-Zulassung des Produktes erreicht wurden. Bis zu einem Wert von 25,5% Dehnung ist eine annähernd lineare Erhöhung des Ring-Moduls um bis zu 15% zu sehen. Bei 25,5% Dehnung erreicht der Wert für den Ring-Elastizitätsmodul sein lokales Maximum. Der Wert des Ring-E-Moduls nimmt danach bis zum Erreichen der Dehnung von 39% wieder ab und erreicht ungefähr dasselbe Niveau wie bei einer Dehnung um ca. 10%.

Zusätzlich zu den Werten für den Ring-Elastizitätsmodul wurden auch die Biege-Elastizitätsmodule aus der Dreipunktbiegeprüfung ermittelt. Diese wurden ebenfalls mit der Linerdehnung ins Verhältnis gesetzt.

Abbildung 5 zeigt den Kurzzeit-Biege-Elastizitätsmodul als Funktion der Linerdehnung. In allen Dehungsbereichen wurden die Kennwerte der DIBt-Zulassung des Produktes erreicht. Bis zu einer Dehnung von ca. 10% bleiben die Werte für den Elastizitätsmodul ähnlich. Bei 16% Dehnung sind die Werte des Elastizitätsmoduls um 9% gegenüber den niedrigeren Dehnungswerten erhöht. Bei 26% Dehnung sinkt der Wert des Elastizitätsmoduls wieder ungefähr auf den Wert bei 9% Dehnung ab und erhöht sich bei 39% Dehnung wieder und erreicht sein Maximum. Die Streuung der Werte ist ab 16% Dehnung gegenüber den Werten kleiner 16% deutlich erhöht. Insgesamt ist zu beobachten, dass die Biege-Elastizitätsmodule gegenüber den Ring-Elastizitätsmodulen stärker streuen.

Bei den Untersuchungen wurden ebenfalls die Glas-/Harzgehalte der Linerproben bei den unterschiedlichen Dehnungszuständen ermittelt. Bei dem untersuchten Produkt sind nach DIBt-Zulassung 51 +/- 5% Harzgehalte erlaubt.

In allen Dehnungszuständen waren die Harzgehalte innerhalb der vorgegebenen Grenzwerte. Es zeigt sich eine leichte Tendenz zu niedrigeren Harzgehalten bei stärkerer Dehnung, so zeigt sich zwischen 0% und 39% Dehnung ein Unterschied im Harzgehalt von ca. 2,5%. Es zeigt sich generell eine sehr geringe Streuung der Werte des Harzgehalts ohne Zusammenhang zur Dehnung.

Zur Validierung der Ergebnisse in anderen Durchmesserbereichen wird exemplarisch ein Auszug aus Untersuchungen an Testlinern der Firma Brandenburger vorgestellt. Es wird auf eine Testaushärtung eines BB2.5 Flex, der in seinen statisch relevanten Komponenten dem BB2.5 baugleich ist, auf dem Gelände der Brandenburger Liner GmbH Bezug genommen. Dabei wurde ein BB2.5 Flex auf der Teststrecke in die Dimensionen DN 900, DN 1000, DN 1100 und DN 1200 expandiert und ausgehärtet.

Die folgende Abbildung zeigt den Harzgehalt der Proben des Testliners aufgetragen nach Ort der Entnahmestelle und nach den zu den Nenndurchmessern passenden Dehnungen.

Auch hier zeigt sich, dass die Harzgehalte weder in Abhängigkeit der Entnahmestelle noch in Abhängigkeit der Dehnung derart schwanken, dass die Grenzwerte der zu referenzierenden Produktzulassung Z-42.3-490 über- oder unterschritten werden. Bei den Werten zu Scheitel und Kämpfer lässt sich keine Dehnungsabhängigkeit des Harzgehaltes feststellen, lediglich bei den Proben aus der Sohle ist eine Abhängigkeit zu sehen, die der Abhängigkeit gezeigt in Abbildung 6 ähnlich ist.

Es wurden an dem gleichen Testliner ebenfalls Dreipunktbiegeprüfungen nach DIN EN ISO 11296-4 durchgeführt und der Kurzzeit-Biege-Elastizitätsmodul bestimmt. Wie in Abbildung 8 sichtbar wird, sind die Werte deutlich oberhalb der in der Produktzulassung geforderten Grenzwerte. Bei einer Dehnung von 28,8% erreicht der Liner einen Elastizitätsmodul von 16543 N/mm², und bei einer Dehnung von 40,5% werden 15504 N/mm² erreicht.

Diese Ergebnisse zeigen, dass sich die prinzipiellen Zusammenhänge, die in der Untersuchung an DN 300 durchgeführt wurden, auch in größeren Durchmesserbereichen Gültigkeit haben. Zahlreiche, durch konforme Proben nachgewiesene erfolgreiche Einbauten des Produkts weisen dies ebenfalls nach, ohne explizit in dieser Untersuchung erwähnt zu werden.

Die durchgeführte Untersuchung zeigt, dass die Dehnung von gewickelten Schlauchlinern, in diesem Fall nachgewiesen am Brandenburger Liner BB2.5, bis zu einem bestimmten Bereich keinen negativen Einfluss auf die mechanischen Kennwerte hat. Auch über die gängigen Dehnungsbereiche, die in Zulassungen und Regelwerken beschrieben sind, hinaus werden bei gewickelten Schlauchlinern die mechanischen und strukturellen Eigenschaften beibehalten.

Die These, dass bei Schlauchlinern mit großer Dehnung die Kennwerte, insbesondere die Harzgehalte aus den Zulassungsbereichen, fallen, konnte zumindest für gewickelte Schlauchliner widerlegt werden. Es konnte nachgewiesen werden, dass die Unterschiede im Harzgehalt, die sich bei verschiedenen Dehnungszuständen ausbilden, so niedrig sind, dass die Produkteigenschaften weiterhin vollumfänglich gewährleistet werden.

Explizit konnte für die gewickelten Schlauchliner der Firma Brandenburger Liner GmbH die Vergleichbarkeit der Werte der Produkte BB2.5 und BB2.5 Flex nachgewiesen werden.

Durch die Untersuchung kann für Anwender und Kommunen das Vertrauen in die Produktgruppe der Schlauchliner gestärkt werden. So können bei Sonderanwendungen, durch Nennweitenänderungen oder Hindernisse wie Querungen o.ä., Schlauchliner mit hoher Dehnbarkeit eingesetzt werden, die dieselben Kennwerte erreichen wie die zugelassenen Standardprodukte.

Autor:
Daniel Stelzer
Leitung Produkttechnik
E-Mail: d.stelzer@brandenburger.de

Brandenburger Liner GmbH & Co. KG