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Water Pipes

Kunststoffrohre ­ viel mehr als ,,nur Plastik"!

von CHRISTOF HAHN

Plastic Pipes: much more than simple Plastic

Since their market entrance in the mid-1950s, numerous innovations have boosted the market share of plastic pipes in Austrian water management to currently 60 percent

Seit der Markteinführung Mitte der 1950erJahre hat eine Vielzahl an Innovationen ihren Marktanteil in der österreichischen Wasserwirtschaft auf heute über 60 % gesteigert.

Auch im Kanalbau sind heute innovative Mehrschichtrohre, wie das ,,POLOECO plus" von Poloplast, häufig anzutreffen. Multi-layer pipes such as "POLO-ECO plus" by Polounststoffrohre sind heute aus plast are also der Gas- und Siedlungswascommonly ser-Wirtschaft nicht mehr used in sewer wegzudenken und haben mit dem construction.

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alltäglichen Werkstoff ,,Plastik" nur mehr wenig gemein. Der Weg zu den ,,smarten Röhren" unserer Zeit war vergleichsweise kurz, dafür aber umso innovativer und kann, vor allem hinsichtlich der immer besseren Materialeigenschaften, als geradezu sensationell bezeichnet werden. Ein gutes Beispiel dafür ist der Werkstoff Polyethylen (PE), der 1930 von Fawcett und Gibson fast zufällig entdeckt worden war. Dank Verwendung in der ersten Extrusionslinie der Firma ,,Symalen" (später ,,Salen", heute ,,Pipelife") 1954 oder durch die Arbeit der Forscher Ziegler und Natta (sie erhielten dafür 1963 den ChemieNobelpreis!) verfügen Polyethylene heute über einen multimodalen Polymeraufbau. Durch diesen gelingt es, widersprüchliche Eigenschaften

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wie hohe Zähigkeit, Risswachstumsbeständigkeit, gute Verarbeitbarkeit und Langzeitfestigkeit in einer einzigen Werkstoffgruppe zu vereinen. Diese Eigenschaften sind wiederum Vorbedingung für die modernen ,,graben- und sandbettlosen" Rohrverlegemethoden. Auf dem Sektor Kanal sind die heute deutlich aggressiveren Abwässer, Fließgefälle im Promillebereich, aber auch Rohrreinigungsverfahren, die hohe Drücke nutzen, Herausforderungen für moderne Kunststoffrohr-Systeme. Boom bei PE- und Polypropylenrohren In der Siedlungswasserwirtschaft kommen aber nicht nur PE-Rohre zum Einsatz. Üblich sind z. B. auch solche aus PVC (z. B. ,,PVC-hart" = ,,PVC-U"), Polypropylen (Gruppe der ,,Thermoplaste") und glasfaserverstärkte Polyester- und EpoxidRohre (Gruppe der ,,Duroplaste").

lastic pipes, meanwhile an intrinsic part of gas and water supply services, have very little in common with the plastic materials for daily use. Today's "smart pipes" can look back on a relatively short but highly innovative development which, with respect to the growing improvement of material properties, can be regarded as downright sensational. A case in point is polyethylene (PE), a material almost accidentally discovered by Fawcett and Gibson in 1930. Thanks to its use in the first extrusion line of the Symalen company (later renamed into Salen and now Pipelife) in 1954 as well as research undertaken by Ziegler and Natta (who in 1963 won the Nobel Prize in Chemistry for their achievement), polyethylene today has a multimodal polymer structure, allowing controversial properties such as viscosity, crack growth resistance, good working quality and durability to unite in one single material group. These properties in turn are indispensable for using PE pipes in today's trenchless, without-sandbed pipe installation technologies. In the sewer sector, modern plastic piping systems are increasingly challenged by highly aggressive effluents, flow gradients in the per-mille range and pipe cleaning techniques using much higher pressures. Not only PE pipes are used in urban water management; pipes may also be made of PVC, polypropylene (thermoplasts) and glass-fiberreinforced polyester and epoxide (duroplasts). PVC pipes are still mainly used for house service connections. The market share of duroplasts, used primarily in larger pipes, is more or less constant while polyolefin (including PE and polypropylene) pipes are virtually booming. The latter also account for the fact that in Austria plastic pipes have raised their market share from 40 to more than 60 percent over the last decade! In wastewater non-pressure applications, pipe diameters may currently assume up to two metres. This trend is also experienced in the foreign markets, as manufacturing figures of the three domestic pipe manufacturers Pipelife, Poloplast and Rehau, meanwhile among the big players worldwide, reveal. According to Heinz Dragaun, head of the plastics and environmental technology division of the Federal Institute of Technology ­ TGM (Vienna), another trend relates to the plastic pipe

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Anschluss der Dachstein-Südwandhütte (1.910 m ü. d. Meer) ans Wasserleitungsnetz? Keine ,,Mission Impossible" dank flexibler Kunststoffrohre! Thanks to flexible plastic pipes no "mission impossible": connecting the DachsteinSüdwandhütte (1,910 m above sea level) to the water piping system.

PVC-Rohre sind bei Hausanschlüssen weiter dominant. Der Anteil, der vor allem im Großrohrbereich anzutreffenden Duroplaste ist mehr oder weniger konstant, während die Gruppe der Polyolefine ­ dazu zählen PE- und Polypropylenrohre ­ geradezu boomt. Sie haben dafür gesorgt, dass der Anteil der Kunststoffrohre in Österreich während der letzten zehn Jahre von 40 auf über 60 % gestiegen ist! Im drucklosen Abwasserbereich werden dabei heute bereits Durchmesser bis zu 2 m erreicht. Dass dieser Trend auch auf den Auslandsmärkten zu verzeichnen ist, beweisen die Produktionszahlen der drei heimischen Rohrerzeuger Pipelife, Poloplast und Rehau, die auch weltweit zu den ,,Big Players" zählen. Trend zu ,,Mehrschichtrohren" hält an ,,Ein weiterer Trend betrifft die Kunststoffrohrsysteme selbst", konstatiert Heinz Dragaun, Fachbereichsleiter Kunststoff- und Umwelttechnik der Staatlichen Versuchsanstalt ­ TGM (Wien), und spricht damit in erster Linie die Entwicklung mehrschichtiger Wandaufbauten an. Im Fall der Wasserversorgung sei es u. a. dadurch gelungen, den Kunststoffrohren Druckbereiche von bis etwa 40 Bar zu erschließen. In erster Linie kämen ,,Mehrschichtrohre" aber dann zum Einbau, wenn es gilt, die ,,Verletzungsgefahr" der Rohre in Zusammenhang mit den grabenlosen Verfahren (z. B. ,,Burst Lining") zu reduzieren, eine wirksame Barriere gegen eventuell aus dem Erdreich eindringende Kontaminationen aufzubauen (Trinkwasserbereich) oder dem Rohrqueraqua press

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schnitt mehr Stabilität zu verleihen. Ein gutes Beispiel für die streckenweise Verwendung von Mehrschichtrohren in der Trinkwasserversorgung stellt die im Sommer 2006 unter schwierigsten Bedingungen errichtete 2.750 m lange Wasserleitung (und Abwasserleitung) zur ,,Dachstein-Südwandhütte" in 1.910 m Seehöhe dar (vergl. Foto). Umgeben von steilen Hängen und Geröllhalden und eine gute halbe Stunde Fußmarsch von der Seilbahn entfernt, fiel die Wahl bald auf vergleichsweise leichte Polyethylen-Druckrohre PE 100 mit Nenndrücken bis PN40, die größtenteils mithilfe des grabenlosen Verfahrens ,,Einpflügen" verlegt wurden. Für besonders gefährdete Abschnitte (insgesamt 900 m) kam das genormte Polyethylen-Druckrohr mit einer zusätzlichen Außenschicht ,,PIPELIFE ROBUST PIPE" zum Einsatz. Dass mehrschichtige Rohrsysteme auch im Abwassersektor stetig auf dem Vormarsch sind, beweist die kurz vor dem Jahr 2000 vorgestellte Produktreihe ,,POLO-ECO plus" des oberösterreichischen Herstellers POLOPLAST. Das mineralstoffverstärkte Kanalrohrsystem aus Polypropylen besteht, so wie Mehrschichtrohre in der Wasserversorgung, aus einer schützenden Außenschicht und einer Kernschicht, die im Wesentlichen die Rohrcharakeristik bestimmt. Unterschiede gibt es jedoch bei der Innenschicht. Diese muss nicht nur teils chemisch aggressiven Abwässern widerstehen, sondern auch Schutz vor Inkrustationen bieten. Ihre helle Farbe kommt vor allem dann zum Tragen, wenn das Rohr mit einer Kamera zu befahren ist. Wie Heinz Dragaun, er wirkt

systems proper: the development of multi-layer liners. In water supply applications, for instance, these allow to build plastic pipes withstanding pressures of up to 40 bar. Multi-layer pipes are primarily used in applications where the aim is to reduce the risk of pipe damage in connection with trenchless technologies (e.g. burst lining), to build an effective barrier against potential soil contaminants leaching into water (drinking water sector), or to add stability to the pipe section. The use of multi-layer pipes in stretches of the drinking water supply system is demonstrated by a project carried out in summer 2006. The goal then was to install a 2,750-metre-long water (and wastewater) pipeline up to Dachstein-Südwandhütte, a mountain hut located at 1,910 m sea level (see photograph), under extremely difficult conditions. For the hut, being surrounded by steep slopes and screes and half an hour's walk away from the cable car, lightweight PE 100 polyethylene pressure pipes with nominal pressures up to PN 40 were chosen. The pipes were installed by using trenchless technology. In the more critical stretches (in all 900 m) a standardised polyethylene pressure pipe furnished with an additional outer layer (PIPELIFE ROBUST PIPE) was used. The new POLO-ECO plus product series launched by Upper Austrian pipe manufacturer POLOPLAST shortly before 2000 shows that multi-layer pipe systems are also becoming increasingly popular for wastewater applications. Much like the multi-layer pipes in water supply applications, the mineral-reinforced polypropylene sewer pipe system comprises a protective outer layer and a core layer, which basically determines the pipe properties. The inside layer, however, is different: it must withstand chemically aggressive effluents as well as provide protection against incrustations; the bright colour is especially useful during pipeline video inspections. Heinz Dragaun, who is also the Austrian representative in the CEN Technical Committee TC 155 dealing with thermoplastic piping systems, believes that especially the core and outside layers of multi-layer pipes will have more surprises in store. While the aim of the core layer is to balance out the stability, rigidity and viscosity/plasticity of a pipe in order to make it suitable for individual needs, the protective outside layer is crucial for the service life of a plastic pipe. With respect to pipe life, plastic pipes have made considerable progress over the last two decades, so that life forecasts have been regularly outcompeted by real life! Despite the growing lifespans of modern plastic pipes used in urban water management, now is the time to start thinking about how to recover them once their service life expires. As products made of mineral oil, an increasingly scarce natural resource, they deserve extra attention. Therefore Austrian plastic pipe manufacturers have invested many years of effort

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Anerkannte Marke ,,tgm geprüft"

Die Entwicklung bei Kunststoffrohren verläuft überaus dynamisch. Neue Werkstoffe und deren Kombinationen werden in Österreich in der ,,Staatlichen Versuchsanstalt für Kunststoff- und Umwelttechnik" am tgm von unabhängigen Experten geprüft. Damit ist sichergestellt, dass neue Produkte den entsprechenden ÖNORMEN genügen, und ­ einzigartig in Europa! ­ bei der Produktion selbst stets der ,,State of the Art" eingehalten wird (jährliche Überprüfung). Außergewöhnlich am tgm ist auch die enge Verbindung zwischen Forschungs- und Lehrbetrieb. Diese sorgt dafür, dass Innovationen aus der Industrie auf kürzestem Weg zu den Studenten (Abschluss mit Reifeprüfungszeugnis) gelangen und diese im Gegenzug schon früh auf die Bedürfnisse der Industrie eingestimmt werden. Durch die Einbindung der Forscher/Lehrer des tgm in die europäische Normung (CEN) ist das altehrwürdige (130 Jahre!) tgm auch international stets am Puls der Zeit. Die Staatlichen Versuchsanstalten am tgm nehmen auch Prüfaufträge aus dem Ausland an.

Staatliche Versuchsanstalt ­ TGM, Fachbereich ,,Kunststoff- und Umwelttechnik", Prof. DI Dr. Heinz Dragaun; E-Mail: [email protected]; Internet: www.kunststoff.ac.at

"TGM-tested": an acknowledged brand In Austria, new working materials and their combinations undergo testing by independent experts at the TGM Federal Testing Centre of Plastics Technology and Environmental Engineering. This assures compliance of new products with the relevant ÖNORM standards and ­ unique in Europe ­ stateof-the-art conditions throughout manufacturing and production. Another particular advantage of TGM is the close relationship between research and education/training. By involving TGM researchers/trainers in European Standardisation (CEN) procedures, the longstanding institute (130 years' existence) always keeps abreast with the latest international developments. The Federal Testing Centres at TGM also take testing contracts from foreign clients. recovering and recycling old pipes and production residues from building sites. These activities are primarily carried out through the industry-founded national platform Österreichischer Arbeitskreis Kunststoffrohrrecycling/ÖAKR (also read API 4/2006, p. 32). Last year already more than 700,000 kg of collected discards ­ mainly PVC, polyethylene and polypropylene scraps ­ were introduced into the ÖAKR system. After being collected, sorted and recycled, they are converted into longlife extrusion products such as cable protection covers and cable housings. Poloplast points out that even multi-layer polypropylene pipes with their mineral particle core could be recycled.

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auch als Vertreter Österreichs im CEN-Normungsausschuss TC 155 ,,Thermoplastische Kunststoffrohrsysteme", erläutert, seien vor allem die Kern- und Außenschicht von Mehrschichtrohren auch noch in Zukunft für so manche Überraschungen gut. Gehe es bei der ersten immer um ein bestmögliches Austarieren der Größen Festigkeit, Steifigkeit und Zähigkeit für den jeweiligen Einsatzbereich, sei die schützende Außenschicht ein ganz wesentlicher Faktor für die Lebensdauer eines Kunststoffrohres. Was diese betrifft, haben Produkte aus so genannten ,,Massenkunststoffen" ­ und dazu zählen auch die Kunststoffrohre in der Siedlungswasserwirtschaft ­ in den letzten beiden Jahrzehnten derart große Fortschritte gemacht, dass alle Prognosen zur Lebensdauer stets von der Wirklichkeit überholt worden sind! Trotz der langen ,,Lebenserwartung" der Kunststoffrohre in der Siedlungswasserwirtschaft gilt es dennoch, sich schon heute Gedanken über deren Wiederverwertung zu machen. Als Produkte, die aus dem immer wertvoller werdenden Rohstoff Erdöl entstehen, kommt ihnen dabei doppeltes Augenmerk zu. Die österreichische Kunststoffrohrindustrie unternimmt daher seit Jahren große Anstrengungen, Altrohre und Verarbeitungsreste von Baustellen wiederzuverwerten. Dies geschieht in erster Linie über den von der Industrie ins Leben gerufenen, bundesweit agierenden ,,Österreichischen Arbeitskreis Kunststoffrohrrecycling"/ÖAKR (vergl. API 4/2006, S. 32).

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Im vergangenen Jahr wurden bereits mehr als 700.000 kg Sammelgut ­ hauptsächlich PVC-, Polyethylen- und PolypropylenReste ­ ins ÖAKR-System eingebracht! Nach dem Sammeln, Sortieren und Recyclieren entstehen daraus wieder langlebige Extrusionsprodukte wie zum Beispiel Kabelschutzrohre und Kabelabdeckplatten. Poloplast ergänzt, dass auch Mehrschichtrohre aus Polypropylen mit ihrer Mittelschicht aus Mineralpartikeln recycliert werden könnten. Last but not least ist festzustellen, dass Umweltschutz auch wesentlich mit der Dichtheit von Rohren im Krisenfall zusammenhängt. Ein gutes Beispiel dafür ist die japanische Stadt Kobe. Nach dem Erdbeben waren im Erdreich einzig die Rohrnetze aus Kunststoff heil geblieben!

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