Prüfkörper
Tafel 1. Darstellung der Kurzzeiteigenschaften des PUR-Schaumstoffs (Bildquelle: IMA)
Bild 1. Prüfaufbau für die dynamischen Versuche (Bildquelle: IMA)
Für die Untersuchungen wurden Kunststoffmantelrohrsysteme DN 50/ 125 mm von zwei unterschiedlichen Herstellern verwendet. Dabei hatte das Mantelrohr ein Nennmaß von 125 · 3,0 mm, das Stahlrohr einen Nennaußendurchmesser von 60,3 mm. Die resultierende Dicke des PUR-Schaumstoffs betrug etwa 29 mm. Die Probenlänge für die dynamischen Prüfungen betrug 150 mm. Für die Berechnung der aufzubringenden Kraft wurden alle Probekörper separat vermessen. Um die beiden Hersteller zu unterscheiden, wurden die Rohre als Rohr A und Rohr B bezeichnet.
Zur Charakterisierung der Kurzzeiteigenschaften des PUR-Schaumstoffs wurden die Zugfestigkeit, die Druckfestigkeit, die Schaumstoffdichte und die axiale Scherfestigkeit an den beiden Kunststoffmantelrohrsystemen geprüft. Für die ausgewählten Eigenschaften wurden der Ausgangszustand (Nullwert) sowie der Zustand nach einer Konditionierung bei 140 °C über einen Zeitraum von drei Tagen ermittelt. Die Mittelwerte der Prüfergebnisse sind in Tafel 1 dargestellt. Für die dynamischen Versuche wurden die Prüfkörper für einen Zeitraum von sieben Tagen bei Temperaturen von 120, 140 und 160 °C konditioniert.
Versuchsdurchführung
Für die dynamischen Versuche wurde ein konstantes Spannungsverhältnis (Unterspannung zu Oberspannung) von R = -1 gewählt, das auch das kritischste Wechselspannungsverhältnis darstellt. Die Prüffrequenz von 1 Hz stellte einen Kompromiss aus verkürzter Versuchslaufzeit und der tatsächlichen und wesentlich geringeren Zyklenzeit in der Anwendung dar. Die Umgebungstemperatur von 30 °C entsprach annähernd einer durchschnittlichen Oberflächentemperatur am Mantelrohr in der Erdverlegung. Die gewählten Stahlrohrtemperaturen lagen bei 90 und 120 °C.
Die Stickstoffatmosphäre stellte den Luft- bzw. Sauerstoffausschluss am PUR-Schaumstoff sicher. Die Stauchung des PUR-Schaumstoffs von 1 % diente der Erdlastsimulation (Spannungs-Dehnungsverhältnis) und wurde in Absprache mit dem Projektpartner IPF Dresden gewählt. Die Prüfungen wurden mit Oberspannungen im Bereich von 0,10 bis 0,06 MPa sowie für das Rohr B mit der Vorkonditioniertemperatur 120 °C zusätzlich mit einer Oberspannung von 0,12 MPa durchgeführt. Für jede gewählte Oberspannung wurden drei Probekörper geprüft. Aus zeitlichen Gründen wurden die Prüfungen auf eine maximale Lastspielzahl von 1 000 000 begrenzt. Den Prüfaufbau für die dynamischen Versuche zeigt Bild 1.