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IKV-KAP-Praxisbeispiele-Bau

Praxisbeispiele Branchen: Bauwesen & Konstruktion

IKV-KAP-Praxisbeispiele-Bau© Gorlovkv
Kunststoffe spielen im Bauwesen eine unverzichtbare Rolle, sei es in Dichtungen, Rohren oder Dämmmaterialien.
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Lochbildungen

in Polycarbonat-Stegplatten

Lochbildungen in PC-Stegplatten IKV

Problemstellung

Hagelschlagschäden in Form von Lochbildungen an Lichtbändern auf Flachdächern von Industriehallen führen für Gebäudeversicherer jährlich zu sehr hohen Kosten. Die Schadensregulierung erfolgt hierbei oft vor dem vermeintlichen Widerspruch, dass sich der augenscheinlich zunächst als Hagelschlag darstellende Schaden gemäß Literaturangaben bzw. existierender Veröffentlichungen nicht mit den zu erwartenden, geringen kinetischen Energien entsprechend klein-skalierter Hagelkörner erklären lässt.

Methodik/Analytik:

Am IKV wurden umfangreiche Untersuchungen und Nachstellversuche angestellt, um die vorliegende Lochbildung in PC-Stegplatten mehrerer Hallenbedachungen schadensursächlich aufzuklären. Dies beinhaltete die Anfertigung eines Hagelschussprüfstands sowie die eingehende mikroskopische Untersuchung authentischer und nachgestellter Lochbildungen bzw. zugehöriger Stegplattensegmente mit unterschiedlichem Alterungszustand

Ergebnis:

  • außenseitig flächendeckende Rissbildungen (Einsatzdauer >20 Jahre)
  • oberflächlich freigelegte Elastomerpartikel
  • Wanddickenverlust von ca. 20%

Schussversuche konnten authentische Lochbildungen reproduzieren:

  • Projektildurchmesser 9 mm (PA12-Kugeln)
  • Projektilgeschwindigkeit 12 m/s
  • kinetische Projektilenergie 0,04 J
Hagelschussprüfstand IKV

Auf Basis der generierten Ergebnisse konnte der eingangs genannte Widerspruch für die untersuchten Fälle somit ausgeräumt werden, weil nachgewiesen wurde, dass die Schäden unter der offensichtlich gegebenen Überalterung des Materials durch Hagelschlag entstehen konnten. Die Untersuchungsergebnisse verdeutlichen zudem, dass im Zuge versicherungstechnischer Abwicklungen Aspekte des alterungsbedingten Werkstoffzustands in die schadensursächliche Bewertung vergleichbarer Schadensfälle mit einfließen sollten.

Materialauswahl

für Befestigungssysteme

Zu untersuchendes Befestigungssystem aus Kunststoff IKV

Problemstellung: Materialauswahl hinsichtlich der Lebensdauervorhersage

Äußere Einflüsse wie z.B. Temperatur, Luftsauerstoff und UV-Strahlung belasten Kunststoffe, was ihre Gebrauchsfähigkeit zunächst beeinträchtigt und darauffolgend zum Versagen des Bauteils führt. Für den Einsatz im Außenbereich muss das Material entsprechend ausreichend stabilisiert sein. Zum Zweck einer Materialauswahl für Befestigungssysteme im Außenbereich (ohne direkte UV-Einstrahlung) soll das Langzeitverhalten von drei Polyethylen-Typen („I“ bis „III“) beschrieben werden.

Methodik: Materialcharakterisierung nach beschleunigter Alterung

  • Beschleunigte Alterung durch thermo-oxidative Belastung bei höheren Temperaturen im Luftsauerstoff
  • Erfassung der Beständigkeit gegenüber Sauerstoff anhand der Rest-Stabilisierung über die Oxidationsinduktionszeit (OIT)
  • Nachweis der Materialschädigung durch Oxidation mittels infrarotspektroskopischer Analyse
  • Mechanisches Versagensverhalten über die Kennwerte Elastizitätsmodul, Streckspannung und Streckdehnung (Zugversuche)

Ergebnis: erhebliche Abweichungen hinsichtlich der Lebensdauer

Zwei Werkstoffe zeigen eine starke Abhängigkeit der OIT von der Lagerzeit. Das Material „I“ zeigt durch nahezu konstante Oxidationsinduktionszeiten, eine unveränderte Struktur sowie guten mechanischen Eigenschaften eine lange Lebensdauerprognose  an, während die Typen „II“ und „III“ sich durch eine geringe Stabilisierung (sinkende OITs), gefolgt von der Materialschädigung durch Oxidation (mittels IR) und Versprödung (Zugversuch) als frühzeitig alternd erwiesen.
Beständigkeit der beschleunigt gealterten Materialien IKV

Durch diese einfache Kombination aus thermischen, spektroskopischen und mechanischen Untersuchungen konnte der Werkstoff qualifiziert werden.

Mechanische Prüfung

von Netz-Komponenten

Branchenspezifische Prüf- und Analyseleistungen von Komponenten der Kunststoffverrohrung und Anbauarmaturen

Kunststoffkomponenten, die im Bereich von Versorgungsnetzen zum Einsatz kommen werden im Zentrum für Kunststoffanalyse und -prüfung (KAP) untersucht und bewertet. Die mechanischen Prüflabore stellen hierbei sehr unterschiedliche Testkonzepte zur Verfügung:

  • Torsionsscherversuche
  • Zug-, Druck-, Biegeversuche
  • Härteuntersuchung
  • Bestimmung der Schlagzähigkeit
  • Schlagbiegeprüfung bei hohen Belastungsgeschwindigkeiten
  • Druckverformungsrest Untersuchungen an Dichtungen
  • Kriechverhalten von Rohrwerkstoffen unter Medieneinfluß
  • Leckage-Analyse von mechanisch und medial belasteten Dichtungen
  • Untersuchung des Ermüdungsverhaltens unter dynamischer Belastung
  • Langzeitverhalten von Rohrwerkstoffen unter medialer Zusatzbelastung
  • mikroskopische Schweißnaht-Untersuchungen (Wärmeeinflusszone, Morphologie, Heizwendelverteilung)
  • Untersuchung von Schraub- und Quetschverbindern

Hierbei werden neben kunststofftechnischen DIN-Normen häufig Vorgaben aus branchenspezifischen Regelwerken nach DVGW und/oder DVS als Grundlage der Untersuchungen herangezogen. Darüber hinaus stehen Lösungen zu individuellen Testaufgaben mittels Adaption in bestehende Prüf- und Analysesysteme bereit.

Methodik: Torsionsscherversuche zur Bewertung der Schweißnahtqualität mittels mechanischer Belastung

Torsionsscherversuche zur Bewertung der Schweißnahtqualität |

Die Verbindung von Rohr und Muffe oder Anbauarmatur erfolgt heute häufig durch Kunststoffschweißprozesse. Die Qualität der Schweißverbindungen wird entsprechend geltender Richtlinien mittels mechanischer Belastung bis zum Versagen in Torsionsscherversuchen nachgewiesen. Hierzu werden Prüfkörper aus der Schweißverbindung herausgearbeitet und tordiert.

 

Ergebnis: Nachweis einer einwandfreien Schweißnahtqualität

Nur eine qualitativ hochwertige Schweißverbindung führt bei mechanischer Belastung zu einem duktilen Versagen im Grundwerkstoff der Muffe. Anderenfalls zeigt ein sprödes Trennen der Verbindungsfläche eine fehlerbehaftete Schweißung, die Ursache von Störungen in einem sonst sicheren Betrieb der Versorgungsnetze sein kann.

Untersuchung von

Haustechnik-Rohrleitungen

Rohrleitungen im Bauobjekt IKV

Problemstellung: Schweißfehler an Haustechnik-Rohrleitungen

Die Raumklimatisierung eines Neubauobjekts erfolgte über Kunststoff-Rohrleitungssysteme in hohlen Böden, abgehangenen Decken sowie unter Putz. Bei der Installation wurden ca. 20 Kilometer Rohrleitung unterschiedlichster Durchmesser verlegt und über einige hundert Schweißungen miteinander verbunden. Augenscheinliche Mängel, insbesondere der Fügeverbindungen (Stumpf- und Muffenschweißen) ließen eine nicht fachgerechte Ausführung gemäß geltender Richtlinie DVS 2202 vermuten.

Methodik: Baubegehung und mikroskopische Dünnschliffuntersuchungen

  • Begutachtung des  Bauobjekts vor Ort, inklusive Dokumentation und Entnahme repräsentativer Schweißverbindungen für Laboruntersuchungen
  • Dünnschliffpräparation im Fügebereich von Schweißverbindungen
  • Polarisationsmikroskopische Untersuchung der Dünnschliffe

Ergebnis: unzureichende Fügequalität

Die Rohrleitungen zeigten vor Ort neben Schweißversatz teilweise gravierende Winkelabweichungen von bis zu 10° (zulässig max. 2° gemäß Bewertungsgruppe „II“). Im gesamten Leitungsnetz fehlte die Anzeichnung der vorgeschriebenen Rohreinschubtiefe (Muffenschweißungen). Weiterhin waren unzulässige Abweichungen von geltenden Verlegerichtlinien erkennbar (Verlegung unter mechanischer Spannung / Rohrfixierpunkte / Schaffung von Ausgleichsbögen).

Dünnschliffaufnahme einer Stumpfschweißnaht IKV

Die mikroskopischen Untersuchungen ließen teilweise große Hohlräume im Fügebereich erkennen, die Merkmal einer mangelhaften Verschweißung sind. Eine dauerhafte Fügefestigkeit ist nicht zu erwarten.