Technische Hogescho01
AfdeIing der W e g - en W a t e r b o u w k u n d e
l
rinkwatervoorziening
TWEEDE VACANTIECURSUS
9-10
Januari 1950
M O O R M A N ' S PERIODIEKE P E R S - D E N H A A G
Technische Hogeschool
(Afdeling
der W e g - en Waterbouwkunde)
Tweede Vacantiecursus
geliouden op 9 en 10 Januari 1 9 5 0
te D e l t t
Vervaardiging van
buizen voor transport- e n
8
MOORMAN's PERIODIEKE PERS
-
DEN HAAG
VOOR WOORD
De vacantiecursussen in drink~ntervoorzieninghebben ten
doel, aan hen die op het gebied der drinkwatervoorziening
werkzaam zijn, in het bijzonder aan de academisch gevormden, gelegenheid te verschaffen om kennis te nemen van de
nieuwste ontwikkeling van wetenschap en techniek.
Tevens beogen zij, de band tussen hogeschool en maatschappij, onmisbare voorwaarde voor het welslagen van het
Hoger Onderwijs, te versterken.
De waardering voor dit streven kwam ook bij deze tweede
vacantiecursus tot uiting in de medewerking van de docenten,
de grote belangstelling van het Bestuur der Vakgroep Waterleidingbedrijven en dat van de Vereniging voor Waterleidingsbelangen in Nederland en de zeer bevredigende opkomst der
cursisten.
De cursus werd voorbereid door een commissie, waarin onder voorzitterschap van ondergetekende
zitting hadden
de heren Ir C. Biemond, voorzitter van de Vakgroep Waterleidingbedrijven, Ir A. F. Meyer, voorzitter van de Vereniging
voor Waterleidingsbelangen in Nederland en Ir J. Leeuwenberg, voorzitter van de Commissie Vakopleiding van de Vakgroep; het secretariaat werd vervuld door de student-assistent
G. P. van Nieuwkoop.
Gaarne betuigt ondergetekende zijn dank aan allen, die tot
het welslagen van de cursus hebben bijgedragen.
-
W.F.J. M.KRUL.
Delft, Voorjaar 1950.
door
Prof. W. F. J. M. Krul
5 l. Begripsomschrijving.
Onder hoofdleidingen zullen in deze cursus worden verstaan alle leidingen voor winning, transport en distributie
ten behoeve van de centrale watervoorziening, met uitsluiting van de dienst- en binnenleidingen.
Voorzover zuigleidingen en lagedrukleidingen op de pompstations en in machinekamers en andere bedrijfsruimten
speciale eisen stellen, zullen deze slechts terloops worden
behandeld.
De cursus zal zich dus in hoofdzaak bezighouden met de
transport- en distributieleidingen, en wel met de vervaardigingsmethoden, waarbij uiteraard rekening moet worden
gehouden met de aan het materiaal te stellen eisen. Deze
eisen wijken in de waterleidingtechniek vrij sterk af van die
voor andere toepassingen, b.v. in waterkrachtbedrijven en
bij het transport van gassen of andere vloeistoffen, zoals olie.
In deze inleiding wil ik die eisen wat nader formuleren en
daaraan de verschillende buissoorten toetsen. De andere
docenten zullen daarop uiteraard dieper ingaan.
5
2. Eisen, aan de buizen te stellen.
a. Sterkte.
I
I
m m
De moderne gasvoorziening over grote afstanden maakt
onderscheid tussen transport onder hoge druk en distributie
onder lage druk. De transportleiding, waarop geen huisaansluitingen voorkomen, krijgt daardoor een geheel ander
karakter dan de distributieleiding.
Zeer hoge drukken (80 atm. en hoger) worden toegepast
in de moderne olie-leidingen, die betrekkelijk geringe hoeveelheden over zeer grote afstanden vervoeren.
De hoge kosten, samenhangend met de eisen die aan het
buismateriaal worden gesteld, worden opgewogen door
besparing op de diameter, waardoor de buizen in vaak moeilijk begaanbaar terrein goedkoop kunnen worden vervoerd,
terwijl de prijs der grondstof voor de voortstuwing natuurlijk voor de oliemaatschappijen betrekkelijk laag is.
Voorts is een zo gering mogelijke investering in de transportleiding hier van belang in verband met de noodzakelijke
snelle afschrijving.
Geheel anders is het bij de drinkwatervoorziening gesteld,
die tot dusver geen transport onder zeer hoge druk kent.
Daarvoor zijn twee redenen aan te voeren:
le. Bij transport van betrekkelijk geringe hoeveelheden,
dus voor kleine en middelmatige bedrijven, alsmede bij
streekvoorzieningen, is het economisch, de transportleiding
tevens voor distkbutie te gebruiken. In een distributienet nu
mogen geen hoge drukken voorkomen met het oog op lekverliezen en hinderlijk geruis bij hoge stroomsnelheid in
betrekkelijk nauwe leidingen. Men voert de snelheid in een
distributieleiding liefst niet boven 1 m per sec. op, terwijl de
druk in het voorzieningsgebied niet hoger behoeft te zijn
dan 5 à 10 m boven het hoogste tappunt. Voor hoge gebouwen
kan men beter afzonderlijke drukverhoging ter plaatse toepassen. Zo komt men tot een werkdruk in de distributienetten tot ten hoogste 25 à 40 m boven maaiveld, terwijl men in
geaccidenteerde distributiegebieden gescheiden drukzônes
toepast.
2e. De steeds toenemende te vervoeren waterhoeveelheden
en de groter6 transportafstanden bij de moeilijker wordende
waterhuishouding leiden ertoe, dat bij steeds meer bedrijven
speciale transportleidingen woyden aangelegd, waarop geen
aansluitingen worden gemaakt.
Ook onder de hierbij heersende omstandigheden moeten
te hoge snelheden en te hoge drukken worden vermeden.
Bij grote te transporteren hoeveelheden toch is de massa,
die de ,,hoeveelheid van beweging" m v van het water
bepaalt, reeds groot, terwijl deze mu de voornaamste factor
is voor de drukverhoging bij het optreden van ,,waterslag9'.
Derhalve mag de snelheid v een maximum niet te boven
gaan. Daarbij moet nog in aanmerking worden genomen, dat
bij sterke verandering in het verbruik, b.v. bij buisbreuk of
bij te snelle afsluiting, op bepaalde punten der leiding een
onderdruk kan ontstaan, waardoor de watermassa plaatselijk een belangrijke snelheidsverhoging ondergaat, hetgeen
tot botsing en zeer hoge drukken kan leiden.
In de practijk der drinkwatervoorziening wordt dan ook
voor transportleidingen een maximale werkdruk van 8 à 10
atm. aangehouden en hierop zijn de gebruikelijke materialen
en constructies gebaseerd. Een normale loodverbinding b.v.
laat geen hogere druk toe, leidingen in gewapend beton worden bij hogere druk oneconomisch vanwege de toenemende
wanddikte.
Voorts ligt onder de gebruikelijke omstandigheden de
meest economische snelheid van het water in transportlei-,
dingen in de orde van grootte van 1 m/sec.
Moet onder bepaalde omstandigheden op extra hoge werkdrukken (b.v. in geaccidenteerd terrein) worden gerekend,
dan dienen bijzondere eisen aan het buismateriaal en aan de
verbindingen te worden gesteld.
Hetzelfde geldt voor de bijzongere uitwendige omstandigheden, waaronder buisleidingen verkeren in een slappe
bodem, zoals die op zeer veel plaatsen in het holocene deel
van Nederland aanwezig is. Hier vindt de beweegbare buisverbinding met toepassing van rubber steeds meer ingang.
In gebieden, waarin mijnverzakkingen kunnen optreden,
moet voorts bij de materiaalkeuze met het optreden van zeer
hoge buigbelastingen rekening worden gehouden.
Tenslotte zij nog gewezen op de speciale eisen, die aan de
leidingen voor distributienetten moeten worden gesteld met
het oog op de vele aanboringen en het grote aantal hulpstukken.
b. Afmetingen.
Terwijl aanvankelijk als kleinste diameter voor distributieleidingen 80 mm, in sommige gevallen zelfs 60 mm, werd
toegepast, geldt thans algemeen 100 mm als minimum, mede
op grond van de brandbluseisen. Leidingen van 80 mm worden slechts bij uitzondering nog gelegd bij streekwaterleidingen voor aansluiting van kleine complexen met gering verbruik.
De maximaal toegepaste diameters nemen steeds toe. De
aanvoerleiding van de Lek-Duinwaterleiding van 's-Gravenhage zal 1,40 m wijd zijn over een lengte van 40 km. De aanvoerleiding van de Lekstreek naar Amsterdam zal vermoede-
lijk een diameter van 1,20 m verkrijgen. Transportleidingen
tot 1 m wijdte komen in Rotterdam voor. Een diameter van
500 a 600 mm is een gangbare maat geworden.
De lengte der buizen van een transportleiding wenst men
in het algemeen zo groot mogelijk om het aantal verbindingen te beperken.
Aangezien echter aan de gestelde hoge eisen in het algemeen alleen door fabrieksproductie kan worden voldaan
stellen de inrichting der productie-machines en de transportmogelijkheid grenzen aan de buislengte.
c. Bescherming tegen aantasting.
1. I n w e n d i g e a a n t a s t i n g .
De keuze van het leidibgmateriaal en de eigenschappen
van het te vervoeren water houden ten nauwste met elkaar
verband.
De moderne techniek maakt het mogelijk, het leidingwater
zonder overmatige kosten een zodanige samenstelling te
geven, dat het geen afzettingen in de leidingen deponeert en
calciumverbindingen niet aantast.
Grotere moeilijkheden levert agressiviteit t.a.v. ijzer op,
omdat deze, behalve door de aanwezigheid van vrij koolzuur,
ook door het zuurstofgehalte wordt bepaald. Door chemische
behandeling kan men het water steeds in een toestand brengen, dat bij aanwezigheid van voldoende zuurstof de aantasting door vrij CO2 tot stilstand wordt gebracht door vorming
van een beschermende laag. In lange leidingen met geringe
doorstroming kan echter het O,-gehalte sterk teruglopen door
oxydatie van assimileerbare organische stof, van nature in het
water aanwezig of tijdens het transport toegevoegd, b.v. uit de
buisbekleding.
2. U i t w e n d i g e a a n t a s t i n g .
Aantastend bodemmateriaal komt vooral in streken met
hoge en veranderlijke grondwaterstand voor, waardoor aërobe
en anaërobe toestanden afwisselen.
Het holocene deel van Nederland is uit dien hoofde een zeer
ongunstig gebied.
Onder invloed van sulfaatreductie kan hier sterke aantas-
ting van metalen optreden, doch zure reactie van grondwater
en bodemmateriaal kan ook op niet-metalen buizen ongunstig
werken. Hier treedt het belang van een goede bekleding van
buizen en verbindingen op de voorgrond.
Materiaalsoorten.
In historische volgorde werden de volgende materialen voor
hoofdleidingen toegepast:
hout, gietijzer, staal, gewapend beton, asbestcement, terwijl
volledigheidshalve hierbij nog papier kan worden genoemd,
doch de toepassingsmogelijkheid hiervan verkeert nog in een
proefstadium.
Over hout wil ik in deze inleiding iets uitvoeriger zijn dan
over de andere materialen, omdat deze laatste uitgebreid in
de cursus worden behandeld.
Houten leidingen werden op grote schaal reeds eeuwen
vóór onze jaartelling, o.a. in China toegepast. Hout was naast
koper (Egypte), lood en ijzeraarde (Griekenland, Rome) tot
in de 17e eeuw het enige leidingmateriaal. Op grote schaal
werden houten leidingen tegen het einde van de 16e eeuw in
Engeland gelegd, in het bijzonder voor de voorziening van
Londen; eerst in 1850 waren te Londen alle houten leidingen
door gegoten ijzeren vervangen.
Deze pijpen waren alle axiaal uitgeboorde stammen, verbonden door een conisch afgedraaide spie in een conisch uitgedraaide mof. De waterdichtheid, vooral op de verbindingen,
liet veel te wensen over (Afb. 1 en 2).
Constantinopel werd gedurende meer dan twee eeuwen
geheel door houten leidingen van drinkwater voorzien.
Een geheel nieuwe vlucht heeft de toepassing van hout
genomen, sinds omstreeks 1860 in de Verenigde Staten een
nieuwe constructiewijze, nl. houten duigen, door banden bijeengehouden, werd toegepast. Sedertdien werd hout op grote
schaal toegepast in landen waar het materiaal overvloedig is
(Noord-Amerika, Noord-Europa, Duitsland, Oostenrijk, Rusland, Australië), in het bijzonder voor zeer wijde leidingen en
bij betrekkelijk lage werkdruk (7-8 atm.) en in onbegaanbare streken, waar het geringe gewicht voor het materiaaltransport zeer belangrijk is.
Echter komen ook nog wel nauwe transportleidingen en
distributieleidingen van hout voor.
3.
Afb. 1 Engelse machiwc voor het rcitboregz va96 boonzstammen. Beg&
I7e eeuw
(The Water SuppZg of L O T I ~ O
Metrop.
~ E , Water Board, 1949)
De waterdichtheid en de duurzaamheid zijn alleen verzekerd, wanneer de buiswand steeds met water doordrenkt is,
zodat de leidingen steeds onder druk moeten blijven.
Omdat hard hout niet voldoende water opneemt, komt
het niet voor leidingmateriaal in aanmerking, w61 zacht
rechtdradig hout met niet teveel hars en weinig kwasten. Aan
deze eisen voldoen eigenlijk alleen Amerikaanse en Australische houtsoorten (dennen, vuren, larix). Toch is Europees
hout reedg. op grote schaal toegepast. Voor irrigatieleidingen,
die niet altijd met water gevuld zijn, wordt het hout tevoren
geconserveerd (creosoteren, b.v.) .
Men rekent met een levensduur van 15 2i 25 jaar, hoewel
onder gunstige omstandigheden ook wel 50 jaar kan worden
bereikt.
In hoofdzaak komen twee constructies in aanmerking, n.l.:
le. axiaal uitgeboorde pijpen, versterkt door een spiraalomwikkeling van staaldraad en verbonden door conisch bewerkte
mof- en spie-einden; deze constructie is echter nagenoeg
geheel verdrongen door:
2e. uit duigen (staven) samengestelde pijpen, die door stalen
spiralen of Membeugels bijeen worden gehouden.
Hierbij kunnen nog worden onderscheiden:
2a. de mofbuis en
2b. de doorgaande buis.
1
Q,
Q
Q , .
Y
2
o
ig
g2
u L
&g
O
49
Lt.
3s
P)
='s
24
"0
.sau,
4
s
4%
@(l,
g4
Q
k
'Cf*
ge."
P)
.f
.g
i!
x
Afd. 8 Dubbele houten leldilig
(8 x
44")
Ot de AZtaZ (Ruslaq~d),1988
(Eltg. News Rec., Jan. 1935)
De duigen hebben in doorsnede de vorm van een ringsegment en worden in de radiale sluitvlakken met messing en
groef verbonden. De kopse einden liggen tegen elkaar; een
stalen plaatje wordt hier, ter dichting, in een zaagsnede in de
beide kopse vlakken gedrukt.
De weerstand tegen inwendige (en eventuele uitwendige)
druk ontleent de moderne houten buis aan de bewapening. In
de fabriek wordt deze op de draaiende buis als een spiraal van
rondijzer aangebracht. Bij de' in het terrein samengestelde
doorgaande leiding bestaat de wapening uit rondijzeren of
plaatstalen beugels, die in gietijzeren klernstukken worden
gespannen. Hoewel deze wapening door galvaniseren of asfalteren zo goed mogelijk tegen corrosie wordt beschermd, vormt
zij toch het zwakke punt der constructie; zeker zou dat in
onze agressieve bodems het geval zijn.
I n de doorgaande buizen verspringen de duigen in hun
kopse voegen (Afb. 3). De fabrieksbuizen worden meestal met
rechte einden afgeleverd; de verbinding geschiedt dan door.
houten overschuifmoffen, die - omdat zij niet met het te
transporteren water in aanraking komen - worden ge'ïmpreg-
neerd. Ook worden wel mofverbindingen aan de buis aangebracht door conische afschaving van het spie-eind en conische
uitholling van het mofeind.
Dichtingsmateriaal is overbodig, daar de opzwelling van het
hout tengevolge van de waterdruk voldoende dichting oplevert.
De doorgaande buis is in het bijzonder voor grote afmetingen en in moeilijk terrein geschikt, omdat het vervoer van de
losse duigen veel eenvoudiger is dan dat van de afgewerkte
buizen.
Waarom heeft de houten leiding tot dusver in Nederland
geen ingang gevonden?
Zeker is de bodemgesteldheid, voor de stalen beugels zo
ongunstig, daarbij een factor.
Maar tevens meen ik de oorzaak te ontdekken in het feit,
dat men bij dit materiaal geheel van het natuurproduct afhankelijk is, een product dat hier te lande niet voorhanden is,
en welks eigenschappen de wijze van verwerking geheel
bepalen.
Hier kan alleen door strenge materiaaleisen, gebaseerd op
kennis enerzijds van het hout, anderzijds van de speciale
bodemgesteldheid, en voorts op grote vakkennis, gegrond op
ervaring, een betrouwbare constructie worden verkregen.
Deze factoren konden tot dusver alleen door grote houtproducenten in samenwerking met de ingenieurs in de betrokken, reeds door mij genoemde, landen worden verwezenlijkt.
Gietzjxer is tot dusver het meest toegepaste materiaal. De
ontwikkeling van de techniek, die van de liggend gegoten via
de staand gegoten naar de centrifugaal gegoten pijp leidde,
verminderde de bezwaren van de heterogeniteit van het materiaal, de geringe fabricagelengte en de grote wanddikte, terwijl aan de geringe elasticiteit door de beweegbare buisverbinding werd tegemoetgekomen,
Ter bestrijding van aantasting onder ongunstige bodemomstandigheden werd voorts een steeds betere bekleding met
bitumen toegepast.
De stalen buis vond aanvankelijk haar meest uitgebreide
toepassing in het geaccidenteerde Limburgse mijngebied
(hoge drukken, bodemverzakking). Later werkte soms een
gunstige prijsverhouding t.o.v. gietijzer de toepassing ook
elders in de hand.
In het midden latende of staal op zichzelf sterker dan gietijzer aan cbrrosie bloot staat bij ongunstige bodemgesteldheid
- de meningen daarover lopen nog wel uiteen - geeft de
geringere wanddikte spoediger tot lekken ten gevolge van
corrosie aanleiding. Daartegenover staat, dat een perforatie
van een stalen buis van beperkte omvang blijft en gemakkelijk te dichten is, terwijl dit bij een gegoten leiding tot calamiteiten kan leiden. Vandaar dat in spoorbanen en bandijken de
stalen buis in het voordeel is.
Overigens heeft de steeds verbeterde bekleding van de stalen
buis de concurrentiemogelijkheid t.a.v. het gietijzer ook bij
ongunstige bodemgesteldheid vergroot; in distributienetten
met veel aanboringen moeten dan echter zeer hoge eisen aan
de uitvoering worden gesteld en de practijk leert, dat daaraan
niet altijd wordt voldaan.
Het gewapend beton is minder dan gietijzer of staal geschikt
voor nauwe leidingen en voor het maken van aansluitingen.
Het komt dan ook in het bijzonder in aanmerking voor transportleidingen van grotere diameter.
De asbestcementen leiding, de jongste onder haar zusters,
is voor grote diameters niet economisch. Daar zij zich zeer
goed voor het maken van aanboringen leent, is haar toepassingsgebied in het bijzonder de distributieleiding en de transportleiding van geringe diameter.
Zij heeft grote kwaliteiten voor lange distributieleidingen
met geringe waterverversing, zoals die bij de watervoorziening
ten plattelande voorkomen.
Vervaardiging
van gietijzereri buizen
door Ir
A.
Drijver
De invoering van de stedelijke gasvoorziening en de centrale
stedelijke watervoorziening heeft een belangrijke stoot gegeven aan de ontwikkeling van de gietijzeren buis. De bedoelde
toename van het gebruik van gietijzeren buizen voor transport
van gas en water valt ongeveer in het midden van de 19e eeuw.
Aanvankelijk werden de buizen gegoten in horizontale vormen of enigszins hellende vormen, maar deze methode komt
voor zover mij bekend voor de normale zwaartekrachtgieting
niet meer voos, vanwege daaraan klevende bezwaren van kans
op slecht oppervlak, poreusheid, ongelijke wanddikte en gebogen buis.
Men is er al vrij spoedig toe overgegaan om de buizen in
verticale vormen te gieten en heeft verdere rationalisatie
van het procédé gezocht in doelmatige constructie van de
vormen en in doelmatige circulatie van de vormen t.o.v. de
verschillende plaatsen van behandeling.
Deze methode, die lange tijd
P
voor alle maten van buizen als
de meest geschikte heeft gegolden is thans nog in hoofdzaak
in gebruik voor die diameters,
die nog niet volgens één van
de centrifugaal gietmethoden
gemaakt worden. Daarom zal
deze wijze van verticaal gieten
het eerst aan de hand van
enige afbeeldingen verduidelijkt worden.
-
Verticaal gieten.
Afb. 1 toont de gietvorm
(tweedelig) waarin tegen een
V o r n ~voor het verticaal gieten. van buizeli.
Afb. 1
centreerrand het mof-model is gespied en waarin vervolgens
het echachtmodel is geplaatst, zodat de overblijvende ringvormige ruimte overeenkomt met de zandvoering, die in de
vorm aangebracht moet worden.
Het vormzand, dat in de ruimte tussen vorm en model
gestort wordt, stampt men door middel van pneumatische
stampers vast. Wanneer men hiermede tot aan het spie-einde
is gevorderd, brengt men om het bovendeel van het schachtmodel nog een bus aan, die voor het vormen van het spie-einde
en de nodige ijzerinloopen dient.
Nadat mofmodel en schachtmodel verwijderd zijn, vindt
zwarten en drogen van de vorm plaats. Daarna kunnen mÒfen schachtkern geplaatst worden.
Hoewel men vroeger wel met het mofeinde boven gegoten
heeft, is het thans algemeen gebruikelijk dit moeilijkste deel
beneden te stellen, waar een betere materiaalkwaliteit gewaarborgd is. De mofkern staat hierbij bloot aan de van grote
hoogte neervallende ijzerstraal en draagt bovendien de
de schachtkern. Er moet dus de nodige zorg aan besteed worden, dat deze kern voldoende hard en stevig is.
Aan de schachtkern moet de eis gesteld worden, dat een
voldoende glad binnenoppervlak van de buis ontstaat, maar
dat anderzijds de kern voldoende doorlaatbaar voor gas is.
Tevens dient voldoende contractievermogen aanwezig te zijn
om de krimp van de buis te volgen en later de kern gemakkelijk te kunnen verwijderen. Bij buizen van grote diameter
gebruikt men in verband met de laatste eis samenklapbare
kerntrommels, waaromheen op gebruikelijke wijze de bekleding van leem etc. aaqgebracht wordt.
I
I
Wat de opstelling van de apparatuur voor behandeling der
vormen aangaat, onderscheidt men de twee gevallen, die in
afb. 2 in bovenaanzicht zijn aangegeven nl.
a) een draaibaar bordes voor buizen < 2 4 P, waaraan de
vormen aan de buitenomtrek zijn opgehangen en door
draaien van het bordes op de plaats gebracht worden, waar
een bepaalde behandeling moet gebeuren;
b) voor buizen > 2 4 P, geeft men meestal de voorkeur aan
transport van de vormen per kraan, daar de bordesconstructie dan te zwaar wordt en de vormen voldoende stabiel
zijn om zonder steun te blijven staan.
GIETKUIL VOOR BUIZEN>2L('O
Afb. I
GIETBORDES VOOR BUIZEN<Z~-d
< 24"
Bovenaa?~zicht va^ gietbordes voor buize?&
kuil voor buizew
24"
>
en giet-
De sub b) genoemde methode is meer flexibel t.a.v. de diversiteit van orders; voor de methode sub a) moet men over
voldoende orders van één maat beschikken, omdat het bezwaren geeft verschillende maten door elkaar te fabriceren.
I n vele opzichten heeft het verticaal gieten nog een belangrijke verbetering ondergaan door een mechanische inrichting
voor het aanstampen van het vormzand en door het vervoer
en distributie van het vormzand naar en in de vormmond met
mechanische middelen.
Bekend is de stampmachine van Ardelt, waarbij een ring
met stampers aan stangen hangt onder een electrisch gedreven mechanisme, dat boven de vorm gedraaid kan worden.
Aan de stootstangen laat men de stampers onderin de vorm
zakken en men voegt zand toe, terwijl de stampers een korte
op- en neergaande slag maken. Doordat de stangen via een
slipkoppeling op en neer bewogen worden, wijken zij naar
boven uit, naarmate de vastheid van het zand toeneemt.
Afb. 3 geeft een overzicht over het bordes van een verticaal
greterij, waarop de apparatuur-zandbunkers, stampmachine
en de kraan voor modellen en kernen temidden van een k r w s
van vormen te onderscheiden valt.
centrifugaal gieten.
Men kan zeggen dat de oorspronkelijke methode van verti-
Afb. 9
Overzicht vafl bordes van verticaal gieterij met Ardelt stampmachine
caal gieten nog in gebruik is voor zover deze niet verdrongen
is door het centrifugaal gieten van buizen. Deze meest
moderne wijze van gieten heeft aanzienlijke voordelen boven
de oude methode, waar het geldt de kleine buisdiameters. Het
centrifugaal gieten is echter allengs ook in gebruik gekomen
voor grotere buismaten, zodat men een zeker omstreden
gebied aantreft tot 48" P. Daarboven wordt nog uitsluitend
verticaal gegoten.
Het centrifugaal gieten berust op de omstandigheid, dat
wanneer vloeibaar gietijzer in een voldoende snel draaiende
vorm gebracht wordt, het door de centrifugaalkracht rondom
tegen de binnenwand gedrukt wordt en zodoende een hol
lichaam gevormd kan worden zonder gebruik te maken van
een kern. De kracht, waarmede het ijzer tegen de wand
gedrukt wordt is de resultante van de centrifugaalkracht
m m2 r en de zwaartekracht G. Deze resultante levert niet op
ieder punt van de omtrek een gelijke normaalkracht op en er
is dus enige neiging tot tangentiale stroming van het materiaal. Door de centrifugde versnelling groot te maken ten
opzichte van de zwaartekrachtversnelling- ca 70 X - wordt
Afb. I, Schentatekel~ilzg va)t Delu.uaud gietmaclzilte
hiervan geen hinder ondervonden en verkrijgt men na stolling
een gelijkmatige ringvormige doorsnede.
Het ligt voor de hand, dat men al spoedig getracht heeft
volgens dit beginsel buizen te gieten en in de vorige eeuw zijn
diverse patenten op dit gebied genomen. Behalve naar het
vermijden van de kern heeft men ook gezocht voor de centrifugaal gieterij een permanente vorm te gebruiken. Als materiaal voor deze vorm kwam staal of gietijzer in aanmerking.
Deze combinatie van centrifugaal gieten in een stalen of
ijzeren vorm heeft de practische uitvoering van de gedachte
nogal bemoeilijkt] want vanwege de snelle afkoeling van het
vloeibare gietijzer in een dergelijke vorm, was een bijzondere
manier van ingieten noodzakelijk.
Delavaud methode.
De Braziliaan Delavaud heeft als eerste zodanige resultaten
bereikt, dat men de productie van centrifugaal gegoten buizen
op industriële schaal kon beginnen.
Dit is geweest in 1917 bij de National Iron Works Ltd of
Toronto. De meeste centrifugaal gegoten buizen worden thans
volgens dit procédé van Delavaud gemaakt en afb. 4 toont
een schema van de machines, zoals deze thans in gebruik zijn.
De vorm van chroommolybdeenstaal draagt aan beide einden in kogellagers in een omringende kast. Daar de tandwielen voor de aandrijving door middel van een motor en de
lagers zich buiten een waterdichte pakking bevinden, kan de
coquille door een watermantel tussen vorm en kast intensief
Afb. 5 Delasaud gietmachbae
Qi
bedrijf
gekoeld worden. In de stalen vorm brengt men een mofkern
aan. .
De gehele kast met toebeh0ren.i~over de lengte van de
schacht van de buis verrijdbaar, zodat de vaste goot, waarin de
pan met gietijzer geledigd wordt, omhuld kan worden door de
vorm, wanneer de kast in de figuur geheel naar rechts is
gereden, Zodra de mof volgegoten is, begint de kast met
draaiende vorm naar links te lopen met zodanige snelheid,
dat deze afgestemd is op de uit de goot stromende hoeveelheid
ijzer per tijdseenheid, waardoor een gelijkmatige spiraalsgewijze gegoten buis ontstaat.
Door de mofkern weg te nemen, de mof van de snelgekoelde
buis vast te klemmen en de kast wederom naar rechts te laten
rijden kan de buis uit de vorm verwijderd worden.
Del productie van dit soort machines is groot - tot 40 buizen van 6 per uur - en de vormen kunnen enige duizenden
gietingen uithouden.
Vanwege de snelle afkoeling van het gietijzer krijgt dit een
zeer harde structuur, die zoals bekend optreedt, wanneer de
koolstof in hoofdzaak in de vorm van karbid in het materiaal
voorkomt. De op deze wijze gegoten buis is door de slechte
bewerkbaarheid en de brosheid onbruikbaar en dient eerst nog
een gloeiing tot ca 950" C te ondergaan, waarbij de gebon-
den koolstof van het cementiet tot bolvormige grafiet omgezet
wordt. Toch bleek de slagvastheid van de uitgegloeide Delavaud buis nog niet bevredigend. Men is er in geslaagd daar
verdere verbetering in te brengen door tijdens het gieten vlak
voor de ijzerstroom een aantal fijne stralen lucht met Ferrosiliciumpoeder tegen de vormwand te blazen. Het is merkwaardig, dat een kleine hoeveelheid FeSi overeenkomende met een
laagdikte in de vorm van nog niet 1/100 mm reeds een behoorlijk effect heeft. Men neemt aan, dat ook de lucht, die voor
het transport van het FeSi dient, nog een rol speelt in de
vermindering van de warmteoverdracht. Op het detailbeeld
van afb. 4 is het aan de gietgoot bevestigde mondstuk voor
het inblazen van de nauwkeurig gedoceerde stofhoeveelheid
zichtbaar. De aldus gefabriceerde buis heeft men de naam
gegeven van ,,Super Delavaud". Deze betere methode waarbij nochtans het gloeien noodzakelijk is gebleven -wordt
algemeen toegepast en het merendeel van de centrifugaal
gegoten buizen wordt op deze wijze gemaakt (afb. 5). Nog
kort te vermelden valt, dat een oorspronkelijke medewerker
van Delavaud, genaamd Arens, zijn eigen weg is gegaan sinds
1914 en een gelijksoortig procédé tot practische bruikbaarheid
heeft gebracht, waarbij vormen van speciaal gietijzer in plaats
van staal worden toegepast.
Sandspun methode.
Toen het Delavaudprocédé nog door belangrijke patenten
beschermd werd, heeft men omstreeks 1923 in de Verenigde
Staten getracht een andere methode van centrifugaal gieten
te ontwikkelen, waarbij deze patenten omgaan werden. Deze
van Wood zijn met succes bekroond. Het procédé is
bekend geworden onder de naam ,,Sandspun", waarin het
essentiële verschil met Delavaud duidelijk wordt uitgedrukt.
In 1933 toen de Kon. Ned. Hoogovens & Staalfabrieken van
plan waren ook gietijzeren buizen te gaan fabriceren, stond
de maatschappij voor de mogelijkheid het recht van fabricage
van Delavaud buizen of van Sandspunbuizen te kopen. Men
heeft er echter de voorkeur aan gegeven, op basis van centrifugaal gieten in zand, een eigen systeem te ontwikkelen, dat
in vele opzichten mechanisch meer geperfectioneerd is dan
het Sandspunprocédé van Wood. Ik zal daarom voor beschrijving van een Sandspunprocédé de inrichting van Hoogovens
VORNEHOPSLAG
BUO'ZENGOETEWOn
A f b . ' 6 Plattegrond van de buizengieterg va98 Kon. Ned. Hoogovens en
Staalfabrieken
Afb. 7 Doorsnede van koepeloven met vulinrichting en voorhaard
Af b. 8 Gezicht op koepelovens en transportmiddelen voor grondstof f en
kiezen en waar gewenst op verschillen met de constructie van
Wood wijzen.
Als kepmerkend verschil tussen Delavaud en Sandspun
moeten wij in gedachten houden, dat bij de eerste methode de
gietmachine van een vorm voorzien is, die één geheel is met
de machine, terwijl bij de Sandspun methode voor iedere te
gieten buis een opnieuw geprepareerde vorm in de machine
gebracht moet worden. Men krijgt dus in het laatste geval,
dat een zeker aantal vormen in circulatie is. Voor rationele
fabricage is het van groot belang, dat deze vormencirculatie
en diverse neventransporten op logische wijze gebeuren, vandaar dat ik eerst Uw aandacht vraag voor de plattegrond van
de fabriek (afb. 6) waarop de verschillende fabrieksafdelingen
en de rondloop van de vormen -. - . - te zien is.
De dikke getrokken lijn geeft aan, op welk punt van de baan
het vloeibaar ijzer in de vormen treedt en waar de buizen de
vormen verlaten.
Van de op zichzelf normale koepelovens kan vermeld worden, dat zij geladen worden vanaf een doseerwagen met
bascule en dat het vloeibaar ijzer wordt opgevangen in een
VORM VOOR BUISfl300
VORM VOOR BUISfl100
m
UJ
L
p
p
-
Afb. 9
-
5500
Grootste e?&klei?iste bz6ismaat naet vornaea
-z.g. voorhaard van het ,,teapotV-typeom zoveel mogelijk slak
tegen te houden (afb. 7 en 8) .
De beide gietmachines zijn geschikt voor het gieten van
buizen van 100-300 mm, waarvoor 4 maten van vormen nodig
'zijn (afb. 9). Buizen van 200 mm 0 en dikker worden 6,5 m
lang gegoten, de dunnere 5,5 m lang. Wij zullen in de kringloop stappen op het punt, waar de vormen leeg zijn en van een
zandvoering voorzien moeten worden.
I n gieterijen van dit soort is het vormzand ook in omloop en
het systeem hiervoor vertoont afb. 10. Het synthetische vormzand wordt samengesteld uit drie componenten: oud zand,
nieuw zand en klei. I n de nabijheid van het gloeiende gietijzer
wordt de klei min of meer gebrand en verliest haar bindende
kracht, toevoeging van een zekere hoeveelheid nieuwe klei (ca.
8 %) is dus geregeld nodig en eveneens zand en klei om morsverliezen aan te vullen. Via een speciale menger en draaibunker wordt het mengsel in de voor dit doel verticaal gestelde
vorm gestort. Later in het proces, nadat de buis verwijderd is,
komt het zand weer in het systeem terug door de vorm op een
klaptafel leeg te schudden. Het zand wordt dan eerst gekoeld
in transportschroeven met watermantel en komt n a passeren van een grove zeef en pneumatisch transport in een
cycloon en windzeef terecht, waar de verwijdering van de
transportlucht tevens benut wordt voor de afzeving van stof
.
Afb. 10
Schema vam de xandkrivi.gzoop
en een deel van de onbruikbare klei. Afvoer van het restant
in de oud-zand bunker sluit deze kringloop.
Dezelfde tekening toont tevens in schema de draaispil met
twee vormen. De plaats aan de rechterzijde dient voor het
stampklaar maken van de vorm door inbrengen van schachtmodel en mofmodel. Ter linkerzijde vindt daarna het vullen
met zand onder gelijktijdig schudden van de vorm - ca 300
slagen per min. - plaats om vervolgens wederom rechts mofen schachtmodel te verwijderen.
Voor deze laatste manipulatie is een lier met 150 T trekkracht nodig.
Terwijl andere Sandspun gieterijen gietijzeren en giektalen
vormen gebruiken, zijn die te IJmuiden gemaakt van naadloos
gewalste buizen met aan- en omgelaste gietstalen ringen. Deze
vormen zijn vanwege de geringere wanddikte veel lichter, hetgeen op tal van plaatsen van voordeel is. Afb. 12 (boven) geeft
die vorm met schacht- en mofmodel weer. (De vorm is sterk
verkort getekend en staat in werkelijkheid verticaal met het
rechtereinde beneden). Rechts is de pen aan het schachtmodel
te zien, waardoor de spie geslagen moet worden, die schachten mofmodel op het tafelblad van de schudmachine vasttrekt.
De vorm is op haar beurt met klapbouten aan het mofmodel
bevestigd. Er wordt opmerkzaam op gemaakt, dat het schachtmodel, dat uit een dikwandige naadloze stalen buis bestaat
aan de onderzijde enige verwisselbare stukken heeft om die
delen, die aan grotere slijtage onderhevig zijn en/of de nauwkeurige maattolerantie bepalen van speciaal staal te kunnen
maken en gemakkelijk te kunnen vernieuwen. De stampring
aan de linkerzijde wordt eerst geplaatst als de vorm geheel
met zand gevuld is. Een bijzonderheid is, dat deze stampring
zodanig gemodelleerd kan worden, dat de buis een aangegoten
VORM MET HULPSTUKKEN VOOR INSTAMPEN ZANDLAAG
Afb. 18
Vorm ntet sch.achtntode1 en vornz met spie e?t nl.ofkerii.
spiering verkrijgt, hetgeen bij het gieten in coquille niet mogelijk is. Nadat de modellen verwijderd zijn dient de vorm
~ezwarten gedroogd te worden. Een klaptafel (afb. 13) legt
haar daarna plat.
De spie- en mofkernen, die van oliezand zijn gemaakt, kunnen door middel van deksels met bajonetsluiting gemakkelijk
in de vorm bevestigd worden, die dan gietklaar is. Deze samenstelling toont afb. 12 beneden (met ingegoten buis).
De gietmachine moet gelegenheid geven de vorm snel rond
te draaien en er dan zo vlug mogelijk het ijzer in te gieten.
Hier is een principeel verschil met de Delavaud methode, waar
de gieting, spiraalsgewijze voortschrijdt. Bij Sandspun verdeelt het ijzer zich zeer snel over de gehele lengte van de buis.
In de lengterichting is derhalve de gelijkmatigheid van wanddikte groter dan bij Delavaud, waar men afhankelijk is van
de op ieder ogenblik correcte afstemming van gietsnelheid en
bewegingssnelheid van de vorm in langsrichting.
Wordt bij andere Sandspungieterijen de vorm aan de buitenomtrek ondersteund op twee paren rollen op enige afstand
'! ticaal stellen
eqz
van de einden en aangedreven door een motor met magneetkoppeling voor de kop van de vorm; te IJmuiden klemt men de
vorm, die aan de einden ringen met conische vlakken heeft,
verend tussen twee koppen met corresponderende conische
vlakken. De centrering kan zodoende zuiverder gebeuren in
kogel- en rollagers, die in goede conditie gehouden kunnen
worden. De kop aan de ingietzijde is axiaal verplaatsbaar om
Afb. 14 Scltenzatekewi~tgvat& de gietrnaclcine
ruimte voor invoeren- en uithalen van de vorm mogelijk te
maken. De andere kop is gecombineerd met de aandrijfmotor,
die alleen axiaal verplaatsbaar is voor het maken van buizen
van verschillende lengte. Voor de kop aan de ingietzijde, die
in het centraal een opening heéft voor de gietgoot, bevindt
zich een bascule met verrijdbare en kipbare gietpan, waarin
het verlangde buisgewicht als vloeibaar gietijzer nauwkeurig
wordt afgewogen. Afb. 14 geeft twee karakteristieke standen
van de gietmachine. Om de excentriciteit bij het centrifugeren
van de buis tot een minip.urn terug te brengen wordt tijdens
het draaien de vorm nog omsloten. en stevig gevat door een
viertal loze rollen. Vooral bij de awmen voor 100 mm buizen,
die boven hun kritische toerental draaien, zouden anders te
grote uitwijkingen optreden.
+
stollingstijd varieert van 1% tot 5 min bij een
De giettijd
snelheid van 1120 tot 670 omw. per minuut, afhankelijk van
de buisdiameter (afb. 15 en 16).
In het volgende vormenstation verwijdert men de oliekernen
Afb. 15
Afb. 16
Laden vapc de machinegietpali op basczde
Cietmachine (ingietzijde) met giethal op achtergrond
en worden de buizen in de vormen met geforceerde luchtstroom gekoeld (afb. 17). Daarna zorgt een speciale machine,
'IE
de buizenuitdrukmachine, ervoor dat door middel van twee
lansen met perslucht de zandlaag vernield wordt, zodat een
ram met stempel de buis uit de vorm in de afwerkerij voor
buizen kan duwen (afb. 18). Op de verdere bewerking van de
buis, die hoofdzakelijk bestaat in het aanbrengen van de verschillende corrosiewerende bekledingen, zal ik uit tijdsgebrek
niet ingaan. Hoewel de gietijzeren buis als zodanig beter tegen
corrosie bestand is dan de stalen buis, zijn de methoden van
aanbrengen van diverse beschermingsmiddelen in beide gevallen ongeveer gelijk.
Technische voordelen van centrifugaal gieten.
Na deze beschrijving van enige fabricagemethoden dien ik
nog het een en ander te zeggen over het effect, dat de methode
op het product heeft.
In de eerste plaats heeft het centrifugaal gieten in het algemeen het voordeel, dat het metaal een dichte structuur verkrijgt, dus niet poreus is en dat een reinigende werking plaats
heeft, doordat vanwege de centrifugaalkracht het ijzer de slak
en mogelijke onreinheden in sterke mate naar de binnenzijde
van de buis drijft. De Sandspun methode waarbij al het ijzer
tegelijk in de vorm wordt gebracht en de vulling langer vloeibaar blijft, biedt de beste gelegenheid tot deze afscheiding. Eeq
belangrijk effect van het centrifugaal gieten is, dat de vastheden - trek- en buigvastheid - van het materiaal aanzienlijk hoger zijn dan van de verticaal in zand gegoten buis.
Deze verbetering ligt meestal tussen 40-70 %.
Dit is mede een van de oorzaken, dat men voor bepaalde
doeleinden bij centrifugaalgieten tot het maken van kleinere
wanddikten over kon gaan. Temeer daar de centrifugaal gietmethode zich gemakkelijk voor een vrij grote variatie in wanddikte leent.
De meeste gieterijen leveren de buizen in 3 of 4 klassen,
afhankelijk van de werkdruk, die gevraagd wordt, met een
wanddikte variërende van 65-100 % .
Ter verkrijging van een taai en stevig buismateriaal is natuurlijk de analyse van het gietijzer van belang. Er zijn ver- prijsoverwegingen, die
schillende technische factoren naast
Afb. 19
CrafzetverdeZi?~ga a g z de bzcitenkant varz
Baw&pu?tbuis
de samenstelling van het ijzer bepalen en wel is .deze o.a,
afhankelijk van het procédé volgens welke de buizen vervaardigd worden, van de buisdiameter en van de gewenste viscositeit van het ijzer bij de giettemperatuur.
Wanneei: men met een laag schrotpercentage in de koepelovenzetting werkt, zal voor in zand gegoten buizen de analyse
ongeveer als volgt zijn:
C -t 3.5 %; Si 1,6 70; M n 0,75 %; P 0,75 %; S < 0,l %
Vooral het Si-gehalte en in mindere mate dat aan Mn, is
van belang in verband met de vorm waarin de koolstof in het
materiaal voorkomt.
Si is, zoals bekend, gewenst voor het verkrijgen van een perlitische structuur. Een verhoging van het Si-gehalte bewerkt,
dat de vorming van cementiet geremd wordt ten gunste van
afscheiding van de koolstof als grafiet. Mn daarentegen bevordert de vorming van cementiet. Het ligt dus voor de hand, dat
bij het gieten in coquille het Si-gehalte in de regel wat hoger
zal zijn en het Mn-gehalte wat lager. Er is zelfs een geval,
waar men met 2,75 % Si werkt, door toevoeging in de
'
pan, waardoor men zelfs bij in coquille gieten zodanige grafietvorming krijgt, dat men het niet noodzakelijk acht, de buis te
gloeien.
Een Si-verhoging treft men bij een Sandspun-gieterij (vooral wanneer het C-gehalte laag is) ook aan, waar het gieten
van kleine maten betreft (100 mm Iu), waarbij de afkoeling
door luchtcirculatie naar verhouding groter is.
M,n en P liggen meestal voor in zand gegoten buizen (met
kern) iets hoger om de gewenste trek- en buigvastheid te
bereiken. De grens van het percentage schrot, dat toegevoegd
kan worden wordt meestal begrensd, doordat het ijzer bij de
bereikbare giettemperatuur voldoende vloeibaar moet blijven.
Wanneer men de microfoto's van met een kern in zand
gegoten buizen vergelijkt met de centrifugaal in zand gegoten
buizen, dan is er een tamelijke overeenkomst. In beide gevallen is de structuur in hoofdzaak perlitisch met lamelaire grafiet, echter heeft de centrifugaal gegoten buis in het algemeen een fijnere pafietverdeling (afb. 19). De in coquille
gegoten buizen vertonen meestal na goede gloeiing eveneens
een zeer fijne korrel, maar de koolstofafscheiding .is meer
sferoidaal, zoals ontstaat bij de ontleding van cementiet.
Fabricagegrenzen.
Van de Amerikaanse buizengieterijen is het fabricage gebied
naar afmeting als volgt:
Verticale gieterijen
(5-10 % van de
Am. productie).
tot 84"
(2130 mm)
Delavaud
3" tot 30"
(76 mm-762
mm)
Sandspun
3" tot 48"
(76 mm-1240 mm)
P
'
P
-
3" + 12'
(76 mm-3,66 m)
4"-30" + 12' tot 18'
(101-762 mm)
(3,66 m-5,5 m)
16' tot 20'
m)
(4,88 nl-6,10
-
Wij constateren dus, dat qua diameter Sandspun belangrijk
verder gaat dan Delavaud en verder merken wij op, dat de
lengte van 6,5 m, die door Hoogovens gegoten wordt, aldaar
nog niet bereikt is.
Afb. 20 Mecltaìiical joirrt
(Uqiitecl States Pipe & F o ~ ~ ì b dry Co)
Schroef?>tofverbi?rdiìrg
(Dez~tscTte Eeise?zwerke AG,
Gelsenkirchen en Halbergerlviitte, Brebuch/rSaar)
Afb.21
Speciale buisverbindingen.
Tot slot nog een enkel woord over bijzondere buisverbindingen. Er zijn op dit gebied legio patenten. Het aantal bruikbare verbindingen in de handel is aanzienlijk minder, maar
er is toch een vrij grote verscheidenheid.
In U.S.A., waar men mij vertelde, dat de effectieve druk,
waarmede een leiding class 250 belast wordt, 100 Ibs per vierkante inch kan overschrijden, past men veel de z.g. mechanica1
joint toe. (Afb. 20).
In Europa is de schroefmof.(afb. 21) een bekende verbinding
en in Nederland wordt de B.G. rubbermof met spievlakken veel
gebruikt (afb. 22). Bij alle drie de constructies is men aangewezen op de wrijving van het spie-einde in de pakking, zodat
bij extreme drukken een speciale verankering nodig is.
Afb. 22
Rz~bber?~~ofverb.iqbdi?rg
Behalve de gemakkelijke wijze van montage is het voordeel
van deze speciale verbinding t.o.v. de loodmof, dat de flexibiliteit groter is, zonder dat lekkage ontstaat. Als een nadeel van
de tweede constructie in vergelijking met de andere moet
genoemd worden, dat de gewalst stalen bouten, die slecht
volledig te beschermen zijn in corrosieve grond, weinig fraai
zijn. Bij de andere verbindingen zijn alle delen van gietijzer.
Stalen buizen voor Transportleidingen
door
Zr
B. M . h7. BruTs
Inleiding.
Na de bevrijding moest de achterstand die op velerlei gebied
bestond, door gebrek aan materialen, zo spoedig mogelijk
ingehaald worden. De Staatsmijnen alleen hadden t 30.000
ton stalen buizen nodig voor de uitbreiding van hun wateren gastransportleidingen. Leveringen van deze hoeveelheden
waren moeilijk. Het was uitgesloten om in Nederland stalen
buizen in grotere diameters en hoeveelheden te maken. Voor
het aanschaffen hiervan was men dus vrijwel aangewezen op
het buitenland.
Met Amerikaanse buizenfabrieken werd contact opgenomen.
De lange levertijden waren echter een zeer groot bezwaar,
zodat verder niet op de aanbiedingen kon worden ingegaan.
Uit Engeland konden vrij snel t 6.000 ton stalen buizen
betrokken worden. Bij de fabricage kwamen verschillende
moeilijkheden voor, die opgelost moesten worden. Een vrij
ingewikkelde procedure was nodig om de rest van de benodigde buizen uit Duitsland te kunnen importeren. De Staatsmijnen moesten grondstoffen en energie ter beschikking
stellen in bepaalde hoeveelheden en kwaliteiten. Noodzakelijkerwijze moest men zich in materiaal- en fabricagekwesties
verdiepen. Hierdoor zijn wij verschillende ervaringen rijker
geworden en het zijn vooral deze ervaringen, die geleid hebben
tot de volgende meer algemene beschouwing over stalen
buizen.
Stalen buizen komen in alle soorten, grootten en lengten
voor. Naast Y2" gasleidingen met een bedrijfsdruk van enkele
mm WK, worden bij hydro-electrische centrales buizen gebruikt van 1-2 m doorsnede voor drukken van tientallen
atmosferen.
De behoefte aan stalen buizen in Nederland bedraagt in
orde van grootte 20-30.000 ton per jaar. Dit betekent een
kapitaal-investering op het ogenblik van ongeveer 15-20 millioen gulden, terwijl in totaal is geïnvesteerd 100-150 millioen
gulden.
Welk een belangrijke rol buizen vervullen spreekt nog
sterker in landen als Amerika, waar direct na de oorlog zes
millioen ton aan stalen buizen nodig waren. Het is bekend'
dat men in Duitsland de verplaatsing van totaal verwoeste
steden niet doorvoert, omdat in de bodem aanwezige buizen
en kabels een zo hoge waarde vertegenwoordigen, dat verplaatsing en nieuwbouw van deze steden economisch niet
verantwoord is.
Vroeger werden buizen gebruikt van keramisch materiaal.
Hiermede werden practisch alleen vloeistoffen getransporteerd, waarbij gebruik gemaakt werd van natuurlijk verval.
Later werden buizen gebruikt voor transport van water, gas,
olie, suspensies en stoffen in korrel- of poedervorm, waarbij de
transportdrukken verkregen werden door middel van compressoren of pompen. Het betrof hier altijd betrekkelijk korte
afstanden, hoogstens enkele tientallen kilometers. Op het
ogenblik echter zijn er natuurgasleidingen die gas transporteren van Texas naar New York over een afstand van ongeveer
4.000 km waarbij zich op bepaalde afstanden tussencompressorstations bevinden.
Na de invasie in Normandië werd benzine en olie getransporteerd vanuit Engeland naar het vaste land door middel
van buisleidingen die over de bodem van de zee werden gelegd
de zgn. ,,Pluto-job". Voorts is benzine en olie naar de fronten
gevoerd door middel van ,,petrol pipes" van de Middellandse
Zee naar de Duitse grenzen en vanaf Normandië door ons land
naar de Rijn. Uit de aard der zaak waren dit provisorisch
gelegde stalen leidingen. In Amerika is men echter op het
ogenblik bezig met de aanleg van een permanente olieleiding
langs de grenzen van de Verenigde Staten voor het transport
van olie. Havens en verbruikscentra worden hiermede verbonden.
Meer en meer blijkt dat in bepaalde gevallen een continu
transport door middel van leidingen economischer is dan
transport met behulp van b.v. spoorwegen of schepen. I n
Amerika is het vervoer van ruwe olie en benzine 40-65 76
lager in prijs bij vervoer door middel van leidingen dan per
spoor. Storingen treden practisch niet op. Men is onafhankelijk van weersomstandigheden. In oorlogstijd bieden de leidingen weinig trefkans.
Leidingen worden niet alleen gebruikt voor transport maar
.
ook voor berging. Zo heeft b.v. de Ruhrgas A.G. in Frankfurt
een H.D. gashouder gebouwd bestaande uit buizen voor een
bedrijfsdruk van 36 ato. De buizen met een diameter van
600 mm zijn in lengten van 500 m naast elkaar gelegd en verbonden. De inhoud bedraagt 175.000 m3 (ontspannen).
De Staatsmijnen zelf hebben een vrij uitgebreid H.D. gasnet
waarvan een gedeelte gebruikt zal worden als H.D. gashouder.
Hierin kunnen 300.000 m"as geborgen worden. Het is geen
toekomstfantasie wanneer men zich voorstelt dat naast de
grote autowegen, zich kanalen bevinden voor het aanbrengen
van alle soorten leidingen en kabels.
Het is vanzelfsprekend dat energiebedrijven met leidingen
gekoppeld zijn, waardoor mogelijkheden bestaan om energievormen uit te wisselen, te profiteren van accumulatie-mogelijkheden, pieken te nivelleren, kortom economischer energie
te produceren en af te leveren. In grote trekken is dit ook
van toepassing op waterleidingbedrijven. We zien dit b.v. in
Zuid-Limburg waar vrijwel alle waterleidingbedrijven gekoppeld zijn, hetgeen in de afgelopen droge zomer reeds verschillende malen zijn nut heeft bewezen.
Met de transport- en koppelleidingen kunnen voorts landstreken ontsloten worden voor industrialisatie.
Naast het belang voor het transport van bepaalde goederen
en berging van gassen en vloeistoffen, worden stalen buizen
zeer veel gebruikt voor constructie-doeleinden. I n chassisbouw,
als slagbomen, steunelementen, bij steigerbouw enz. enz.
Het gebruik van stalen buizen biedt zeer vele voordelen
waar hoge eisen aan treksterkte en rek, gesteld worden. De
toepassing is noodzakelijk waar een absolute dichtheid van de
verbindingen voorgeschreven is. Sinds 1929 worden stalen
leidingen met gelaste verbindingen gebruikt bij het transport
vanuit de Mijnstreek door Limburg naar Brabant. Bodemstoringen en verzakkingen in het Mijngebied van Zuid-Limburg deden besluiten tot het gebruik van stalen buizen, voor
waterleidingen, die van 1936 af ook met gelaste verbindingen
uitgevoerd worden en het is hieraan te danken dat het z.g.
,,onzichtbare lekverlies" tot een minimum is teruggebracht.
Uit deze algemene inleiding moge het belang van stalen
buizen blijken.
I n het volgende zal het grondmateriaar voor de fabricage
van stalen buizen nader beschouwd worden.
Buizenstaal
- Koolstofstaal.
Het uitgangsmateriaal bij de vervaardiging van staal is
ijzererts, dat met behulp van cokes en toeslagen in de vorm
van kalk in hoogovens gereduceerd wordt tot ijzer. Bij deze
reductie ontstaat ruwijzer dat voor + 90 % uit ijzer, voor 3 tot
5 % uit koolstof bestaat en voor de rest de elementen mangaan, silicium, phosphor en zwavel bevat. Ruunjxer op zich
zelf is onzuiver en niet bewerkbaar en dient als grondstof voor
de gietijzer- en staalfabricage. In beide gevallen moet het ruwijzer nog een raffineringsproces ondergaan.
In het ene geval blijft gietijzer over dat een koolstofgehalte
van 1,7-3,O % bevat en niet smeedbaar is. In het tweede geval
moet men ter verkrijging van smeedbaar staal het koolstofpercentage sterk verminderen. Dit gebeurt door de oxydatie van
de koolstof en wel:
1. volgens het convertorproces.
2.
volgens het open-haardproces.
Het convertorproces.
Bij het convertorproces wordt het vloeibare ruwijzer zoals
het uit de hoogovens komt in een niet verwarmde convertor
gedaan en met lucht doorblazen. Bij het blazen verbranden
hoofdzakelijk koolstof, mangaan, silicium, phosphor en
zwavel. De bij de verbranding vrijkomende warmte is zo groot,
dat de inhoud van de convertor vloeibaar blijft.
Hierbij brengt de verbranding van mangaan en koolstof
slechts een geringe temperatuurstijging met zich mee. Deze
zijn dus voor het temperatuurverloop in de convertor van
weinig belang. Anders is het bij de verbranding van silicium
en phosphor. Deze veroorzaken bij verbrandingshoeveelheden
van 1 % een temperatuurstijging van 150" C bij ijzertemperaturen van 1500" C.
Nadat het koolstofgehalte teruggebracht is tot het vereiste
percentage b.v. 0,5 % wordt het oxydatieproces afgebroken, de
vereiste legeringen toegevoegd en het staal gegoten. Voor
buizenstaal wordt practisch alleen gekalmeerd staal gebruikt.
Dit bereikt men door desoxyderen met hulp van aluminium,
mangaan of geringe silicium-bijvoegingen.
_+
Er zijn twee soorten convertor-processen:
a. het Thomas proces;
b. het Bessemer procédé.
De aard van de te gebruiken processen hangt af van de ter
beschikking staande ertsen en de gewenste staalkwaliteit. Het
Thomasproces is gebaseerd op phosphorrijke ertsen. Wanneer
men deze ertsen gebruikt bij de fabricage van ruwijzer verkrijgt men ruwijzer met een hoog phosphorgehalte en het is
deze phosphor die bij de oxydatie de grootste warmtebron is
en de convertorinhoud in vloeibare toestand moet houden.
Bij het Bessemer procédé, waar de silicium, dus ,,zuren
voering van de convertor, verhindert dat phosphor verbrandt
of opgenomen wordt door de slakken, gaat men noodgedwongen uit van phosphor-arme ertsen, die duurder en moeilijker
verkrijgbaar zijn dan phosphor-rijke ertsen. De voornaamste
warmtebron bij de oxydatie is dan silicium.
Het Thomasproces werkt daarentegen met een basische
bekleding van de convertor bestaande uit dolomiet en/of
magnesiet. Het in de hand hebben van de Phosphorgehalten
boven 0,l <ro is zeer belangrijk omdat het staal dan bros wordt.
Bij de vervaardiging van Thomasstaal ging men van de
gedachte uit phosphorrijke ertsen te verwerken, waarbij men
niet zo zeer lette op de staalkwaliteit, terwijl men juist bij het
Bessemerprocédé kwaliteitsstalen tracht te verkrijgen uitgaande van phosphorarme ertsen.
Hef open-haard proces.
Bij het open-hearth of Sienzens Martin procédé strijkt de
vlam over het in de oven liggende materiaal.
Bij het convertor-procédé gebruikte men als uitgangsmateriaal ruwijzer. Het staalafval werd niet gebruikt en hoopte
zich meer en meer op. In een Siemens Martin-oven nu is het
mogelijk staalafval te smelten. Men doet dit als volgt:
Eerst wordt ruwijzer gesmolten dat met een hoger koolstofgehalte een lager smeltpunt heeft en daarna voegt men staalschroot bij. Men werkt dus met mengsels schroot en ruwijzer;
I
de verhoudingen varieren van 1 : 1 en 4 : 1.
Verder kan staal verkregen worden in electro-ovens waarbij
men voornamelijk schroot (90 %) en ruwijzer (10 k) ge-
bruikt. Electro-ovens worden gebruikt voor speciale staallegeringen.
Op het ogenblik kunnen Frankrijk, België, Luxemburg en
Duitsland vrij gemakkelijk over goedkope phosphorrijke ijzerertsen beschikken en maken dus vrij veel Thomasstaal, in
Frankrijk + 80 %, in Duitsland +- 50 %.
In Amerika beschikt men niet over goedkope phosphorrijke
ertsen. In geringe mate wordt daar nog gebruik gemaakt van
het Bessemerprocédé voor het maken van kwaliteitsstalen.
Het Bessemerstaal raakt hiervoor echter op de achtergrond en
is practisch vervangen door electrostaal, bereid in electroovens. De normale kwaliteiten worden zowel in Engeland als
in Amerika volgens het Siemens Martin-procédé gemaakt dat
dus verband houdt met de aanwezigheid van schroot.
In totaal bezien bedraagt op het ogenblik de productie aan
S.M. staal +- 80 % van de totale wereldproductie.
Staaleigenschappen.
De voornaamste eigenschappen die de staalkwaliteit bepalen zijn:
1. treksterkte;
2. rek;
3. strekgrens;
4. kerf-slagwaarde;
5. verouderen;
6. krimpgrens;
7. vermoeidheidsvastheid;
8. bestendigheid tegen interkristal1i;jne corrosie.
o
-m
In afb. 1, 2 en 2a zijn de treksterkten uitgezet bij verschillende koolstof-, mangaan-, silicium- en phosphorpercentages.
De grafieken zijn gebaseerd op de Empirische formule van
Onitiu voor koolstofstalen in normaal gegloeide toestand, dus
n a het walsen of smeden. Met behulp hiervan is het mogelijk
vóór de fabricage van staal de samenstelling zodanig te kiezen
dat de gewenste treksterkte nauwkeurig verkregen wordt.
De treksterkte in kg/mm2 =
26,l + 53 C
(11,6
40,8 C2)Mn
11 Si
77,3 P.
waarbij C. Mn, Si en P de verschillende percentages zijn. De
formule is van kracht voor treksterkten van 35-85 kg/mm2
+
+
+
+
Afb. 1
Treksterkte ilt afltankelijkheid vavt C en MN %
en benadert de werkelijke treksterkte tot op waarden die ongeveer 2,5 kg per mm2 verschillen van de uit de formule berekende waarde. De grafieken zijn zodanig uitgezet, dat de
waarden uit de verschillende grafieken opgeteld moeten worden ter verkrijging van de juiste treksterkten.
Uit de grafieken blijkt dat bij normale koolstofstalen het
koolstof en mangaangehalte de grootste invloed hebben op
de treksterkte.
De rek neemt af bij toenemend koolstofgehalte. De afhankelijkheid van rek en C % is uitgezet in afb. 3. De gestippelde
lijn geeft de toename van de strekgrens aan. Op de overige
ifb. 2
Treksterkte ita afhatikel~klteidwatt
P %
.
Afb.
2n
Treksterkte in afhatzkeliikheid
vati. Si %
REK
,
,
,
,STREKGRENS
--
---------34
29
20
---------
!
z
26
---------
-23!V)
17-
-4
m
m
m
X
X
I,
n
m
z
Z
$! 14-
In
I
x
e
3
NI
I
10-
I
I
,
35
-
i
1
i
1
l
l
!
l
"
i
~
~
45
-
V
\
CT 35
MAX. 0.15 CO/o
Afb. 3
~
.
~
,
l
l
l
55
h
,
l
l
65
cI
,l , , , L
75
t
ST 45
CT 55
MAX. 0.3 Colo
MAX. 0.4 G %
-kg/mm2-i-
ST 65
MAX. 0.5 cO/o
Rek i?a afha?i,keZgkheid va?!. trektsterkte eta C 9%
43
1
l
l
.
eigenschappen wil ik niet verder ingaan, alleen het verouderen nog aanstippen omdat deze eigenschap - het brosworden
na koudvorming - vooral voorkomt bij staalsoorten met een
laag C %.
Na de bepaling van treksterkte, rek en trekgrens kan men,
indien de chemische analyse bekend is met vrij grote nauwkeurigheid de staalkwaliteit vaststellen.
Wanneer men de chemische analyses vergelijkt van normale
koolstofstalen met verschillende treksterkten dan blijkt dat
de percentages mangaan, silicium, zwavel en phosphor practisch bij de verschillende treksterkten gelijk zijn en wel voor
mangaan liggen tussen 0,2-0,8 %, voor silicium 0-0,4 %,
voor zwavel 0,05 010 en voor phosphor eveneens 0,05 Y .
Zwavel en phosphor kunnen een zeer gevaarlijke rol spelen.
Bij 0,2 010 S is ijzer reeds niet meer wals- of smeedbaar. 0,2 %
mangaan is echtei' voldoende om de uitwerking van S te niet
te doen. Het onaangename echter is, dat S een sterke segregatie neiging vertoont waardoor plaatselijk veel hogere percentages voorkomen, Phosphor vertoont deze eigenschap niet.
Een uitvloeisel van een te hoog phosphorgehalte (boven
0,15 % P) is de koudbrosheid. De trekvastheid wordt echter
gunstig beïnvloed.
Naast buizen uit ongelegeerd koolstofstaal worden voor
speciale doeleinden, dus niet voor normale transportleidingen,
ook buizen gemaakt van gelegeerde staalsoorten. Voor het
legeren van staal wordt naast mangaan en silicium gebruik
gemaakt van koper, aluminium, nikkel, chroom, vanadium,
titan, tantal en niob.
Door het bijvoegen van een of meer van deze legeringsmetalen in bepaalde verhoudingen, worden de technologische
eigenschappen van het materiaal wezenlijk veranderd; allen
behalve aluminium, verhogen de treksterkte en strekgrens,
terwijl de rek slechts weinig verminderd wordt.
Door toevoeging van koper, molybdeen, chroom, nikkel,
titan, tantal of niob worden metalen beter bestand tegen corrosie. Hittebestendige staalsoorten bevatten chroom.
Met behulp van deze legeringen worden staalsoorten gemaakt wier eigenschappen tot bedrijfstemperaturen van 500600" C niet merkbaar veranderen. Normaal niet gelegeerd koolstofstaal is alleen bruikbaar voor bedrijfstemperaturen beneden 350" C omdat de strekgrens boven 350" dan sterk daalt.
Gelegeerd staal kan geproduceerd worden volgens het
Siemens Martin-procédé. Men gaat echter meer en meer tot
electro-ovens over waardoor een grotere mate van zuiverheid
verkregen wordt. Resumerend kan vastgesteld worden, dat in
het algemeen voor stalen transportleidingen buizen gebruikt
worden, gemaakt van Siemens Martin of ,,open-hearth" staal
met treksterkten varierend van 35-65 kg/mm2 en een C Ció
van 0,15-0,5 waarbij voor gasleidingen en waterkrachtcentrales, dus in het algemeen waar hoge ärukken optreden, de
tendens bestaat om staalsoorten te gebruiken met hogere treksterkten. Hierdoor kan men aanzienlijke materiaalbesparingcn verkrijgen, daar men kan volstaan met geringere wanddikten. Indien de buizen gelast moeten worden was dit voor
enkele jaren slechts mogelijk bij gebruik van C-stalen, met een
laag C
De tegenwoordige stand van de lastechniek heeft
het mogelijk gemaakt koolstofstalen met een hoog C 70 te
gebruiken welke immers een hogere treksterkte hebben, met
de daaraan verbonden voordelen.
$j.
Fabricage van buizen.
Na deze uiteenzetting over de materialen die bij de fabricage van buizen gebruikt worden, moet de fabricage nader
bekeken worden.
Twee soorten buizen zijn te onderscheiden, die uit de vorengenoemde staalsoorten gemaakt kunnen worden: naadloxe e n
niet-naadloxe buizen.
Onder naadloze buizen zijn die buizen te verstaan, die uit
één blok of zware plaat gemaakt worden en dus geen rond- of
langsnaad vertonen.
Voor de naadloze buizen is in het algemeen het uitgangsmateriaal het stalen ronde blok, waaruit de buis gemaakt
wordt.
Het walsen van een naadloze buis verloopt bij practisch alle
procédé's in twee etappes. Eerst wordt uit. het blok een holle
cylinder gemaakt, die nog een grote wanddikte heeft. Daarna
wordt de holle cylinder omgevormd tot een dunwandige buis.
De blokken worden verwarmd in gas- of oliegestookte ovens
en op een temperatuur gebracht van + 1300" C. Bij laag koolstofgehalte op 135O0,bij een hoogkoolstofgehalte op 1250". Dit
is duidelijk wanneer men het ijzerkoolstofdiagram bekijkt. De
smelttemperatuur wordt lager bij hoger C 7%.
6
'
6
8 8
C C
D D
Afb.
EE
FF
CiG
4
De ovens die + 30 m lang zijn, zijn zo uitgevoerd, dat het
blok langs de hellende vloer, naar de ovenmond gebracht
wordt. Het hol maken of ,,piercingv van het blok gebeurt bij
de tegenwoordige installaties:
a. in de ,,plug-mill" of ,,Schragwalze-", afb. 4;
b. in de kegel- of schgvenwals;
c. in de holpers.
Welke methode toegepast wordt is afhankelijk van de
gewenste buisdiameter. Voor grote diameters-tot 600 mix
gebruikt men de ,,Schragwalze", die aan twee zijde11 gelagerd
is en daarom grotere walskrachten kan opnemen dan de eenzijdig gelagerde kegel- of schijvenwals.
Deze laatste worden gebruikt tot diameters van 250 mm.
De holpers wordt nog slechts zelden gebruikt. Bij het ,,Schragwalzen" wordt het blok tussen twee walsen gebracht, waarvan
de lengte-assen elkaar onder een kleine hoek kruisen. De walsen zelf hebben een dubbel-conische vorm en draaien in
dezelfde richting.
Door de kneedwerking van de licht divergerende conussen
en de daardoor optredende radiaalkrachten ontstaan in de
kern van het blok dat door de walsen rondgedraaid wordt een
holte. De trekkrachten die ontstaan door het verschil in
omtreksnelheden bij de convergerende conus stulpen de buitenkant van het blok over de doorn. De doorn maakt het
inwendige van het holle blok glad.
Afb. 6
Op dezelfde werking' berust het hol maken bij het kegel- of
schijvenwalswerk. Men verkrijgt dan een holle dikwandige
cylinder met een wanddikte van + 5 cm. Voor het uitwalsen
van deze holle cylinder zijn twee procédé's ontwikkeld, waarvan het ,,PilgerschrittVof Mannesmannprocédé voornamelijk
in Duitsland en het ,,automaticy'walsen of ,,Stopfenwalsverfahren" in Amerika wordt toegepast. Beide in combinatie met
een der beschreven methodes voor het holmaken van het blok.
Bij het ,,Pilgerwalxen" (afb. 5) wordt de nog warme holle
cylinder over de niet gekoelde chroom-nikkel stalen doorn
geschoven en hiermede tussen de walsen gebracht.
Afb. 6
De gietstalen watergekoelde ,,Pilgerwalz" heeft slechts over
de helft van haar omtrek de eigenlijke smeedwals, de andere
helft van de omtrek heeft een uitsparing die overeenkomt met
de buitendiameter van het holle blok. Het walsen gebeurt
telkens bij gedeelten. Het blok wordt met behulp van een
hydraulische inrichting tussen de kalibers gebracht.
De walskabilers van de in tegengestelde richting draaiende
walsen nemen telkens een strook, die uitgewalst en glad gewalst wordt, en drukken het blok weer terug. De walsen
draaien verder. De uitsparingen in de walsen maken het
mogelijk het blok weer terug te drukken en 90" te draaien.
Het blok wordt iets verder naar voren gestoten als bij de
vorige slag en het proces begint opnieuw.
De voeding, het naar voren brengen van het blok en
draaien over de juiste afstand gebeurt automatisch. De holle
cylinders worden dus telkens over een klein gedeelte uitgesmeed over de doorn.
De walssnelheid bedraagt afhankelijk van de verschillende
diameters + 1 à 1,5 m per min. De walsdruk bedraagt +- 100
à 150 ton.
Bij het ,,automatic" walsen (afb. 6 ) wordt het blok na het
hol maken over een doorn gedrukt en tussen rondwalsen gebracht. Er liggen twee walsparen achter elkaar, die beurtelings aangedrukt of gelost worden en in tegengestelde richting
draaien waardoor het blok heen en weer gewalst wordt.
Naast dit walsen in twee étappen, dus hol maken en walsen,
worden in Duitsland nog buizen met kleinere diameters
direct geperst uit een vierkant blok. Het warme blok wordt in
een verticale pers gebracht. De doorn van een stempel drukt
door het blok heen, dat nu rond wordt - de inhoud van het
oorspronkelijk vierkante blok met de doorn is gelijk aan de
inhoud van de perscylinder -, de stempel zelf drukt het blok
door de cirkelvormige opening rondom de doorn.
Na het walsen worden de uiteinden afgezaagd en de buizen
gericht.
Het hol maken, walsen en richten van de buizen gebeurt
zonder tussentijdse verhitting. Voor het maken van de mof
wordt het uiteinde nogmaals warm gemaakt.
Door radiaalwalsen of trekbanken kan de diameter van de
buis vergroot worden of verkleind. Voor kleine diameters kan
dit zelfs koud gebeuren waarbij echter kristalvergroting optreedt, in tegenstelling met warmwalsen, waarbij materiaalverbetering door verfijning van de kristalstructuur optreedt.
Wanneer men de twee systemen Mannesmannprocédé en
,,automaticV met elkaar vergelijkt, blijkt dat met beide systemen zowel gelegeerde als koolstofstalen met een hoog en
laag C "/o gewalst kunnen worden tot een minimum wanddikte van +. 2,5 mm.
De max. lengte en de max. diameter bedragen echter bij
het Mannesmann-procédé 35 m en 600 mm, bij het ,,automatic" 10 m en 250 mm, hetgeen vooral samenhangt met het
warmteverlies tijdens het walsen.
Behalve deze meest gebruikelijke fabricage-methoden komt
in Amerika nog vrij veel het ,,cupping proces" voor. Uit platen
van '/z m-1,5 m in het vierkant en 10 tot 100 mm dik, worden
ronde schijven gesneden. Na verwarming drukt een bolle
stempel de plaat door een ring. De plaat wordt omgevormd tot
een aan een kant gesloten cylinder. Na door ringen met verschillende diameters gedrukt te zijn heeft de cylinder de
gewenste wanddikte en diameter. Hierna wordt de bodem afgesneden.
In Duitsland bestaat een analoge methode waar men echter
uitgaat van een vierkant blok. In een holpers wordt de doorn
in het blok geperst echter niet door het blok heen. Er blijft
een cylinder met bodem die ook weer door verschillende ringen
gedrukt wordt.
49
Een walsstraat voor naadloze buizen is een kostbare installatie, die aangewezen is op de fabricage van grote series buizen
in bepaalde opeenvolgende maten, die verband houden met
de slijtage van walsen en doornen. Het ,,automatic" walsen is
vrij star, het Mannesmann-procédé meer beweeeglijk, door de
snelle uitwisselbaarheid van de walsen.
Niet naadloze buizen.
Een niet naadloze buis kan gemaakt worden met een betrekkelijk eenvoudige installatie, waarop buizen met alle diameters
en wanddikten gemaakt kunnen worden.
Naar de fabricage kan men niet naadloze buizen indelen in
twee groepen:
a. waarbij het materiaal, de plaat, geheel of gedeeltelijk op
weltemperatuur gebracht wordt en daarna gesmeed, de
gewelde buis;
b. waarbij het plaatmateriaal vloeibaar wordt, in elkaar
vloeit met of zonder bijvoeging van materiaal, de gelaste
buis.
Bij de eerste onderscheidt men:
1. overlapt geweld;
2. hydraulisch geweld;
3. stomp geweld.
Voor het maken van overlapt gewelde buizen worden de strippen afgeschuind. De strip in haar geheel op een temperatuur
van 900" C gebracht, in een doorstootoven, tot een buis gerold,
waarbij de kanten elkaar overlappen. In een waterscherm
springt de hamerslag af. Daarna volgt opnieuw verhitten tot
weltemperatuur 1350" C waarbij de slak vloeibaar is. Deze
wordt bij het walsen uit de naad geperst.
De overlappende uiteinden worden tussen een doorn en twee
gegroefde walsrollen in elkaar geweld. Daarna wordt de buis
nogmaals verhit en gericht en de uiteinden afgezaagd. Als
materiaal wordt meestal ,,rimmed steel" dus niet gekalmeerd
Bessemer staal gebruikt, of enigermate gerephosphoriseerd
open-hearthostaal, dat goed welbaar is. Het systeem wordt
alleen in Engeland toegepast.
Het hydraulisch wellen komt ongeveer op hetzelfde neer,
alleen wordt de buis plaatselijk verhit en geweld. De verhitting
geschiedt met waterstof- of cokesovengasbranders aan binnenen buitenzijde van de buis.
Bij stomp wellen worden de kanten van de op welhitte gebrachte strippen door walsrollen stomp tegen elkaar geweld,
nadat de strip tot een buis gevormd is. Bij het electrisch weerstandswellen wordt de buis door een electrische stroom plaatselijk op welhitte gebracht en eveneens stomp tegen elkaar
gedrukt.
Voor het fabriceren van gelaste buizen wordt nog sleclits
zelden van autogeen lassen gebruik gemaakt l). Practisch
worden op het ogenblik in Amerika alleen electrisch gelaste
buizen gemaakt voor transportleidingen. Het electrisch automatisch lassen is zover ontwikkeld, dat gelegeerde staalsoorten
en die met een hoog koolstofgehalte, gelast kunnen wwden,
waarbij de lasnaad-sterkte 90-100 % is van het buizenmateriaal. Men maakt buizen met normale langsnaden en met
spiraalnaad, waarbij de naad minder zwaar belast wordt. Bij
handlassen moet de naad voorbewerkt worden in V- of X-naad
bij wanddikten boven 5 mm. Verschillende automatische electrische lassystemen zijn geperfectioneerd, waarvan het bekendste het ,,Union melt" is. Men werkt hierbij met een blanke
draad die op een haspel gewonden is. De mantel van de
electroden is vervangen door een laspoeder, dat om de blanke
draad uitgestrooid wordt. Er vormt zich een vlamboog, die
geheel door poeder omgeven is. Men gebruikt lasdraad tot
12 mm dikte voor het lassen in één rups van platen tot 50 mm
dikte. De stroomsterkte bedraagt dan 3500 Amp. Bij het electrisch handlassen 250 Amp. De lassnelheden bedragen tot
60 m/h. Door de hoge stroomsterkte ontstaat een groot smeltbad met diepe inbranding. Lasnaden tot 15 mm kan men
zonder voorbewerking lassen.
Wanneer men de verschillende fabricage-methoden vergelijkt, dan blijkt dat men zowel in Amerika als in Europa voor
zeer hoog belaste leidingen naadloze buizen toepas@dus b.v.
bij hydro-electrische centrales en in de olie-industrie voor de
boorpijpen.
Voor H.D. transportleidingen gebruikt men in Europa overwegend naadloze buizen, in Amerika ongeveer 20 % naadloze
buizen en '80 % electrisch gelaste buizen. Voor lage bedrijfsdrukken kan men naadloze en niet naadloze buizen in de verl ) Alleen voor buizen met wanddikten. kleiner dan 2% mm is autogeen
lassen te verkiezen boven electrisch lassen.
'
#
I
Afb. '7
INmm
Milz. bereikbare zoa*iddikte bij naadloze
stalen buizen
schillende uitvoeringen toepassen. Het gebruik wordt alleen
bepaald door de materiaalkosten en de kosten van het leggen
die o.a. sterk beïnvloed worden door transportgewicht en
gemiddelde lengte. Het voordeel van niet naadloze buizen is
hierin gelegen, dat men bij lage bedrijfsdrukken en grotere
diameters buizen met kleinere wanddikten geleverd krijgt dan
bij naadloze buizen. Afb. 7 geeft hiervan een beeld.
Door het walsprocédé is men bij bepaalde diameters aan
bepaalde wanddikten gebonden, hetgeen niet het geval is bij
gelaste buizen.
Buizefl en hulpstukken zijn qua materiaal, afmetingen en
uitvoeringen sterk genormaliseerd: De bestelling, keuring en
afname geschiedt volgens DIN-bladen, ,,British Standard
Specification" of voorschriften van het ,,American Petroleum
Institute".
Bij keuring van buizen zijn analyse en maatafwijkingen op
vrij eenvoudige wijze vast te stellen. Lekken in de buis
komen bij het afpersen aan het licht. Een goede controle van
de buizenfabrikant kan verhinderen, dat buizen met dergelijke
fouten afgeleverd worden.
Dubbelwalsingen, die bij het afpersen niet te voorschijn
komen, zijn bij platen en naadloze buizen moeilijker op te
sporen, ofschoon in de laatste tijd het ,,super-sonic" onderzoek hiervoor een oplossing heeft weten te vinden. Het nadeel
van dubbelwalsingen is, dat zij kerfwerking en interkristalIijne corrosie bevorderen. Bij gewelde en gelaste buizen kunnen slakkeninsluitingen hetzelfde nadelige effect hebben. l)
I
Leidingconstructie.
Voor het construeren van een leiding moet worden bepaald:
a. de leidingdiameter;
b. de wanddikte;
c. de buisverbinding.
Diameter.
Nadat de te transporteren hoeveelheden aan de hand van
gegevens en ramingen vastgesteld zijn, moet de diameter van
de leiding bepaald worden, die afhankelijk is van het toelaatbare drukverlies. Hierbij speelt de economie een zeer belangrijke rol.
Kiest men grote leidingdiameters met geringe snelheden
en drukverliezen, dan zijn de afschrijvingskosten hoog, de
energiekosten laag. Omgekeerd brengen kleine diameters hoge
drukverliezen en energiekosten met zich mee.
De meest economische diameter is die waarbij de som van
de afschrijvings- en energiekosten geïntegreerd over de
afschrijvingstermijn een minimum bereikt.
Ter bepaling van deze diameter is het nodig benaderingsberekeningen te maken waarbij van bepaalde doorstroomsnelheden uitgegaan wordt, die voor comprimeerbare stoffen,
waarbij de levende kracht verwaarloosd kan worden, in een
orde van grootte van 60 m/sec liggen, bij niet comprimeerbare
stoffen met het oog op de levende kracht, niet meer dan ongeveer 2 m/sec mogen bedragen.
Bij de bepaling van het drukverlies voert men weerstandscoëfficienten in die experimenteel bepaald zijn en boven de
1) Verder moet er zorg voor gedragen worden, dat de verloren einden,
waarin segregaties en hardingsverschijnselen door te snel afkoelen voorkomen, op de juiste maat afgesneden worden.
kritische snelheid, dus in het turbulente stromingsgebied,
afhankelijk zijn van de gladheid van de wand.
Wanneer men de afhankelijkheid van de totale jaarlijkse
kosten, dus afschrijvings- en energiekosten, grafisch uitzet ten
opzichte van de diameter, blijkt in het algemeen dat de
kromme in het minimum gebied vlak verloopt. Het jaarlijkse
kosten onderscheid bij de verschillende diameters is gering.
Het is daarom juist, een diameter te verkiezen die groter is
dan de meest economische, dit met het oog op eventuele onvoorziene uitbreidingen.
Wanddikte.
De wanddikte van de leiding wordt bepaald door de bedrijfsdruk, bedrijfsomstandigheden, staalkwaliteit en buisuitvoering.
Welke buisverbinding moet nu bij de leidingconstructie
toegepast worden?
Wanneer men de eisen nagaat die men aan een verbindingstellen moet, dan blijkt dat de verbinding zich in geen enkel
opzicht mag onderscheiden van de buis.
a. de verbinding moet dus qua sterkte en rek gelijk zijn aan
het buismateriaal;
b. de vorm van de verbinding, zowel in- als uitwendig moet
gelijk zijn aan de vorm van de buis zelf.
Uitwendig om geen aangrijpingspunten voor corrosie te
geven; inwendig ter vermijding van extra drukverliezen. Bij
leidingen die inwendig bereikbaar zijn, is dit geen bezwaar,
men kan inwendig nalassen, de las bewerken en inwendige
isolatie aanbrengen.
De normale verbinding voor H.D. gas- of olietransportleidingen is op het ogenblik de gelaste verbinding en wel de
electrisch gelaste. Afb. 8 geeft de ontwikkeling weer van de
lasverbindingen.
Oorspronkelijk paste men de autogene stomplas toe, waarvan men echter afstapte omdat de las niet betrouwbaar was.
Hierna is men overgegaan tot de mof- en spieverbinding met
hoeklas. Deze las wordt echter zeer ongunstig belast bij belastingen van de leiding door gecombineerde trek-, buig-, en
I
II
I
Afb. 8
drukspanningen. Ter ontlasting van de lasnaad werd de mof
warm om de Spie gekrompen. In de practijk is dit gevaarlijk
gebleken omdat koudvormingen of oververhitting van het
buismateriaal voorkwamen. Ook op andere manieren, door
expansierillen b.v. is getracht de lasnaad te ontlasten. De enig
juiste lasnaad bleek de stompe lasverbinding te zijn, moeilijkheid was echter het goed doorlassen. Dit werd opgelost door
de toepassing van lichte of zware binnenringen (Irakmof),
wegneembare koperen binnenringen enz. Deze methoden
waren ofwel kostbaar of zeer ingewikkeld.
Een eenvoudige oplossing bracht de S.M. lasverbinding
waarbij de voorbewerking van de aan elkaar te lassen buiseinden niet symetrisch is. Aan het ene buiseinde blijft een
haaks wandje staan van t 4 mm, de rest is afgeschuind. Het
andere uiteinde wordt onder een hoek van 35" geheel afgedraaid. De lasser last met de electrode gericht op het wandje
van 4 mm. De afstand tussen de buiseinden is 2,5 a 3 mm.
Doordat de lasser een lasbasis heeft, verkrijgt hij een stabile
boog met goede doorlassing zonder baardvorming. Een vereiste
is, dat de buizen goed gecentreerd en van gelijke diameter en
wanddikte zijn. Bij normale handelsbuizen zijn de toleranties
eng genoeg om geen moeilijkheden op te leveren. Belangrijk
is de goede uitvoering van de grondnaad.
In Amerika is het ,,Pressure Welding" ontwikkeld waarbij de
buiseinden door cirkelvormige branders op welhitte gebracht
en daarna hydraulisch tegen elkaar geperst worden. Het
maken van een verbinding duurt, inclusief opwarmen, stellen
en verrijden der machines
3 minuten, onafhankelijk van
de diameter. De verbindingen zijn zeer goed, alleen is de aanschaffing van de machines zo kostbaar, dat ,,pressure welding"
alleen economisch toegepast kan worden bij de aanleg van
lange leidingen.
Bij gelaste leidingen worden de buizen en verbindingen
evenals hulpstukken en afsluiters door de volle axiaalkrachten
belast.
In de laatste tijd worden bij hogedrukaansluitleidingen de
hulpstukken en afsluiters niet met flenzen gemonteerd maar,
tenminste bij gietstalen onderdelen, in de leiding gelast. Hier
moeten natuurlijk speciale maatregelen zoals bijv. uitgloeien
getroffen worden. Bij gas- en olietransportleidingen is het
lassen der grondnaden die van binnen uit niet bereikbaar zijn
geen bezwaar. Dit speelt ook geen rol bij grotere waterleidingen, waarbij de inwendige isolatie hersteld kan worden. Anders
is het bij kleinere waterleidingen. Men kan door spuitinrichtingen de isolatie na het lassen herstellen, maar in het algemeen verkrijgt men geen betrouwbaar resultaat.
Door de Plaatwellerij is een procédé ontwikkeld waarbij
dunne roestvrije stalen hulzen van + 20 cm lengte in de buiseinden worden gelast en enkele mm hierbuiten uitsteken. Aan
de binnenzijde zijn deze hulzen omgezet, zodat tijdens het
aanbrengen van de bitumen, deze hiertegen aansluit.
Bij het monteren van de buizen worden met een roestvrij
stalen electrode eerst de hulzen aan elkaar gelast en daarna
de eigenlijke buiseinden. De roestvrije stalen hulzen vormen
een corrosie-bestendige brug tussen de bitumenbekledingen.
Naast gelaste niet beweegbare verbindingen, komt zeer veel
de beweegbare buisverbinding met rubberdichting voor, waarbij de inwendige isolatie dus intact blijft en die dus vanuit dit
oogpunt bezien een zeer groot voordeel biedt.
De eigenschappen van de stalen leiding, treksterkte, rek en
lasbaarheid kunnen dan echter slechts ten dele benut worden.
Isolatie.
In het voorafgaande is practisch alleen sprake van transportleidingen die in de grond gelegd worden. Deze buizen zijn
dus in meerdere of mindere mate onderhevig aan corrosie.
Over de bescherming van buizen zijn zeer vele onderzoekingen verricht en in nauwkeurige voorschriften zijn soort,
materiaal, methode en keuring voor in- en uitwendig isoleren
vastgelegd.
In Nederland waar de bodemgesteldheid een goede isolatie
vereist, is men algemeen van oordeel dat voor het isoleren van
buizen bitumen te verkiezen is boven steenkoolteer. Toch gaan
er in de laatste tijd stemmen op om steenkoolteer te gebruiken
naar het voorbeeld van Amerika, waar 80 % van het gebruikte
isolatiemateriaal steenkoolteer is. Dit op grond van de overweging, dat het isolerend vermogen van steenkoolteer op de
lange duur beter behouden blijft door de geringe opneming
van water.
Op grond van onze ervaringen wil ik toch twee punten nog
naar voren brengen:
1. bewapening van isolatie;
2. keuring van isolatie tijdens het leggen en nadat de leiding
gelegd is.
Wat bewapening betreft is het onze ervaring, dat door het
aanbrengen hiervan de kwaliteit van de isolatie niet wezenlijk verbeterd wordt. Dit geldt zowel voor jute, papier, als wolvilt e.d. Jutevezels nemen water op, dat door de bitumenlaag
getransporteerd wordt. Verder kan jute aan rotting onderhevig zijn en door de bitumenlaag getrokken worden tot op
het buismateriaal. Papier krimpt waardoor in de isolatielaag
scheuren ontstaan. De wolviltlaag maakt keuring moeilijk.
Indien de weersomstandigheden of transport het weglaten
van bewapening onmogelijk maken dan is een bitumenlaag
zonder meer te prefereren.
Aan de keuring van de isolatie tot op het aanlegwerk wordt
zeer veel zorg besteed. De meeste isolatiedefecten ontstaan
echter bij het leggen en dichten van de sleuf. Het is daarom
zaak de isolatie te keuren, nadat de buizen gelegd zijn en deze
keuring b.v. elk half jaar te herhalen. Men verkrijgt dan een
overzicht over de isolatietoestand van de gehele leiding, dus
niet alleen van de buis zelf, maar ook van de verbindingen,
hulpstukken, afsluiters enz., die even zorgvuldig als de buis
zelf geïsoleerd moeten worden. Het is dan mogelijk om bij
optredende isolatiedefecten direct in te grijpen, de isolatie te
herstellen of zo nodig tot andere beschermingsmethoden zoals
b.v. kathodische protectie over te gaan.
In dit opzicht verdient vermelding de ,,Pearson electronic
coating inspector". Dit apparaat bestaat uit een generator, die
een wisselspanning opwekt van 1,5-7 Volt met een frequentie
van 1000 perioden per sec. Verder een versterker met aanwijsinstrument en koptelefoon. Een generatorklem wordt aangesloten op de buis, de andere op een blanke metalen staaf, die
op 30 m afstand van de leiding die onderzocht moet worden
in de grond wordt gestoken. De staaf met de bodem en de
geïsoleerde leiding vormen een condensator. Bij een goede
isolatie is de stroomverdeling van electrode naar verschillende
punten van de leiding gelijk.
Het spanningsverlies door de bodemweerstand is practisch
gelijk, waardoor het spanningsverschil tussen 2 punten op de
leiding klein is. Wanneer fouten in de isolatie voorkomen,
wordt het spanningsverschil tussen twee punten groter. Isolatiefouten van in de grond liggende leidingen worden gevonden door het hoogste spanningsverschil tussen twee bij elkaar
liggende punten te zoeken.
Twee personen lopen met stalen punten, bevestigd onder
hun schoenen, over de leiding. Een spanningsmeter wijst het
spanningsverschil aan. Kleine spanningsverschillen tussen
twee punten (afstand zes meter) zijn in de koptelefoon hoorbaar als een zachte fluittoon. Bij het naderen van de isolatiefout wordt de fluittoon hoger. Dwarsmetingen, dus in richting
van de stroom, maken een nauwkeurige plaatsbepaling van de
isolatie mogelijk.
Wanneer de te onderzoeken leiding zeer vele aardcontacten
in de vorm van ongeïsoleerde aftakkingen heeft b.v. in een
stad, is het zeer moeilijk de aanwijzingen van het instrument
te determineren. De onderzoekingsmethode is echter uitstekend geschikt bij lange transportleidingen.
Buizen van gewapend beton
Inleiding.
Voor transportleidingen voor water (en gas) werd tot nu toe
bij middellijnen van 80 tot 800 mm algemeen gietijzer toegepast. In bijzondere gevallen, indien b.v. veel zetting in de
grond was te verwachten (in mijnstreken) ; indien het vervoer
der pijpen kostbaar was, zoals dat o.a. voor aardolieleidingen
in onherbergzame gebieden het geval was; indien sterk corrosieve gronden een isolatie van het gietijzer noodzakelijk maakten; en tevens bij grote middellijnen (boven 500 mm) en bij
hoge drukken (boven 10 kg/cm2) werden bij voorkeur stalen
leidingen gelegd.
Hoewel de toepassing van gietijzer en staal voor buisleidingen reeds zeer oud is, toch is het massale gebruik van
ijzeren buizen, zoals wij dat thans kennen, nog van vrij jonge
datum. Dit massale gebruik wordt in hoofdzaak verklaard
door de enorme uitbreiding gedurende de laatste 50 jaren van
de water- en gasbedrijven, zowel voor de steden als voor het
platteland. De algemene ervaring met deze buizen is bijgevolg
nog betrekkelijk jong.
Hoewel in gunstige grond zeer goede ervaringen met ijzeren
leidingen zijn verkregen (een levensduur van 100 jaren voor
een gietijzeren leiding is geen zeldzaamheid), zijn helaas zeer
vele gevallen te vermelden, waarin de leidingen in enkele jaren
onbruikbaar werden door corrosie van' het ijzer. Vooral de
anaërobe corrosie is bij ijzer het grote gevaar.
Dr Ir C. A. H. von Wolzogen Kuhr zegt daarvan o.a. (zie
,,Water" van 12 December 1946) :
,,Uit het anaërobe ijzercorrosie-proces blijkt wel, dat, althans
in beginsel, ijzer als materiaal ongeschikt is om er buizen van
te vervaardigen, ten einde als grondleidingen te worden gebezigd. Zonder afdoende bescherming kunnen zij daarom voor
dat doel niet worden aangewend."
Uit ervaring weten wij echter hoe moeilijk het is om een
afdoende bescherming aan te brengen (geen speldepuntje mag
daarbij onbedekt blijven) en hoe licht bij het transport, vooral
van zware buizen, deze bescherming wordt beschadigd. Wat
dit laatste betekent wordt o.a. duidelijk wanneer men bedenkt,
dat bij een leiding van b.v. 1 m middellijn per km ruim 3000 mbeschermlaag aanwezig is en dat in deze laag niet het kleinste
gaatje aanwezig mag zijn.
Kuhr wijst er verder op, dat zowel in anaërobe sulfaatreducerende gronden als in aërobe zure gronden ijzer corrodeert en dat beton en asbest-cement, de niet metallieke materialen, wel in aërobe zure gronden worden aangetast, maar
niet in permanent anaërobe sulfaat-reducerende gronden. Hij
beveelt daarom de toepassing van beton en asbest-cement voor
ondergrondse leidingen aan.
Hoewel Kuhr er nadrukkelijk op wijst, dat beton en asbestcement in aërobe zure gronden worden aangetast, toch zijn
ook dáás het beton en het asbest-cement in het voordeel ten
opzichte van ijzer, omdat door de aantasting van beton en
asbest-cement het zuur vernietigd wordt en de pH daardoor
stijgt, terwijl bij ijzer de zuurstof uit de lucht de corrosie
bestendigt, waarbij het zuur onaangetast blijft. De theorie van
Kuhr verklaart, dat in Nederland, waar de anaërobe sulfaatreducerende gronden zo veelvuldig voorkomen, zeer gunstige
resultaten met beton en asbest-cement zijn bereikt.
Algemeen.
Wanneer ik thans overga tot de behandeling van mijn
eigenlijke onderwerp, begin ik met er op te wijzen, dat het
onderwerp van mijn voordracht zeer uitgebreid is. Ik zal mij
daarom in deze voordracht moeten beperken tot het geven
van een algemeen overzicht, waarbij ik slechts een enkele keer
op een elementaire kwestie kan ingaan. De ontwikkelingen van
de constructie en van de fabricatie van buizen van gewapend
beton zijn bovendien in heftige beweging. Waar ik ambtshalve
in deze aangelegenheid ben betrokken, heb ik bovendien niet
de vrijheid om alle mij ter beschikking staande gegevens reeds
thans te publiceren. Mede om deze reden zou ik deze voordracht liever een jaar later hebben gehouden. Ik hoop intussen
in staat te zijn vooral hen, die zich nog niet in de constructie
van betonnen buizen hebben verdiept, niet te veel teleur te
stellen.
Historisch overzicht.
Het gebruik van betonnen buizen is reeds vrij oud, maar
deze buizen, in hoofdzaak gebruikt voor rioolleidingen, hadden
geen of bijna geen inwendige druk te weerstaan. In deze buizen werd al of niet een geringe wapening aangebracht, uitsluitend bedoeld tegen uitwendige krachten. De lengte der buizen
was kort, in de regel 1 à 2 m.
Met de ontwikkeling van de beton-techniek zien we, vooral
gedurende de laatste 20 jaren, zowel in Europa als in Amerika
een streven om betonnen buizen te maken, die bestand zijn
tegen de gebruikelijke drukken in waterleidingnetten en die
een behoorlijke lengte hebben (3 tot 7 m). De inwendige middellijn ligt in de regel boven 300 mm en gaat tot 2000 mm en
zelfs hoger.
Naar ik meen hebben aanvankelijk vooral overwegingen van
financieel-economische aard de stoot gegeven tot de ontwikkeling van de fabricatie van betonnen buizen, terwijl pas naderhand is gebleken, dat de toepassing van beton uit een oogpunt
van corrosie, in vergelijking met ijzer, in sterke mate de voorkeur verdient, vooral in de zo gevreesde anaërobe sulfaat-reducerende gronden. Is de grond sterk zuur, dan zou ook voor
betonnen buizen een uitwendige asfaltering kunnen worden
beproefd.
De situatie was vóór de laatste wereldoorlog zó, dat in
Europa zowel als in Amerika de betonnen buizen, vooral voor
de grotere middellijnen (boven 800 mm) in financieel opzicht
konden concurreren met buizen van gietijzer en van staal.
Gedurende de oorlog, toen er allerwege een tekort aan ijzer
was, kregen de betonnen buizen zelfs een grote voorsprong op
de ijzeren buizen. Deze voorsprong is na de oorlog, hoewel in
mindere mate, op de gehele wereld blijven bestaan, zodat we
gedurende de laatste jaren in alle landen een grote uitbreiding
van de productie zien. Zelfs in landen, die over veel ijzer
beschikken, zoals Amerika, is de betonnen buis thans voor
leidingen met grote middellijnen algemeen als de meest economische oplossing aanvaard. Dit geldt in veel sterkere mate
voor ons land, waar deze leidingen uit deviezen-overwegingen
onbetaalbaar zijn, indien ze in ijzer zouden worden uitgevoerd.
Ik wees er zo even al op, dat de ontwikkeling van de betontechniek noodzakelijk was voor de fabricatie van betonnen
buizen, welke bestand zijn tegen hoge drukken. Die ontwikkeling in de betontechniek heeft echter in de allerlaatste jaren,
vooral door de toepassing van spanbeton, een hoge vlucht
genomen. Waar de voordelen van het spanbeton, juist voor
betonnen buizen, waar het beton ten gevolge van de inwendige druk op trek wordt belast, zo bijzonder tot hun recht
komen, behoeft het niet te verwonderen, dat men allerwege
getracht heeft het beginsel van voorspanning voor deze buizen
in toepassing te brengen.
De methode, waarop door de diverse fabrieken de voorspanning wordt aangebracht, loopt sterk uiteen, zodat er voor nietingewijden een schijnbaar chaotische toestand is ontstaan.
Naar mijn verwachting zullen in de toekomst echter niet alle
thans bekende constructies, die in vele gevallen gepatenteerd
zijn, stand houden.
Bij de bestudering van de on.twikkeling van de constructie
van gewapend betonnen buizen valt het op, dat het zwaartepunt van de te overwinnen moeilijkheden niet ligt in het
maken vzn de buizen zelf, maar in het maken van de verbinding van de buizen onderling. Hoewel deze omstandigheid in
verschillende mate ook geldt voor buizen van vrijwel alle
andere materialen, toch meen ik met nadruk de aandacht te
moeten vestigen op de bijzondere moeilijkheden, die zich voordoen bij het maken van een goede verbinding voor de diverse
constructies van gewapend betonnen buizen.
De constructie en de fabricatie van de betonnen buigen is
thans zover gevorderd. dat zich daarbij geen grote moeilijkheden meer voordien.
De onstr truc tie van de verbindingen heeft in het algemeen
echter dat hoge niveau nog lang niet bereikt. En omdat de
waarde van een leiding niet alleen wordt bepaald door de
deugdelijkheid en de economie van de buizen, maar ook door
de deugdelijkheid en de economie van de verbinding, verwacht
ik, dat er in de komende jaren vooral zal moeten worden
gewerkt aan de ontwikkeling van een goede en goedkope verbinding.
De sterkte van gewapend-betonnen buizen.
Het is bekend, dat wegens de brosheid van gietijzer de veiligheidsfactor van gietijzeren buizen tegen inwendige druk zeer
hoog is. Een factor van 5 tot 10 ten opzichte van de werkdruk
is niet ongewoon.
Bij staal kan in de regel in de eigenlijke zin niet van een
veiligheidsfactor ten opzichte van de weikdruk worden gesproken, omdat de buizen uit stijfheidsoverwegingen in de regel
veel zwaarder zijn dan op grond van de inwendige druk nodig
is. Een 100 mm stalen buis b.v. van 4 mm wanddikte kan bij
een spanning van 1000 kg/cm2 in het staal een druk van
80 atm weerstaan.
Bij grote middellijnen moet een stalen buis een zekere
wanddikte hebben tegen vervormingen door uitwendige krachten. Een buis van b.v. 1000 mm dient uit deze overwegingen
een wanddikte te hebben van ten minste 10 mm. Bij een spanning van 1000 kg/cm2 in het staal kan de buis een inwendige
druk van 20 atm weerstaan. Alleen bij stalen leidingen met
zeer hoge drukken en met grote middellijnen, zoals bij waterkrachtinstallaties voorkomen, is er sprake van een toe te
passen veiligheidsfactor tegen inwendige druk.
Bij gewapend-betonnen buizen is de situatie geheel anders.
Deze buizen worden in het algemeen voor elke druk afzonderlijk geconstrueerd. Bij deze buizen is de inwendige druk in de
regel doorslaggevend voor het bepalen van de zwaarte van de
stalen wapening. De in vergelijking met ijzeren buizen, zeer
grote wanddikte van de betonnen buis maakt extra-voorzieningen tegen het opnemen van momenten, ten gevolge van
gronddruk- of verkeersbelasting, in de regel overbodig. In het
algemeen kan worden gezegd, dat alleen in gevallen, waarin
zeer grote uitwendige belastingen op de buizen zullen optreden, de aan te brengen stalen wapening zwaarder wordt genomen dan voor de inwendige druk nodig is. Bij de toepassing
van spanbeton zijn echter de buizen met de dunste wand en
met het minimum aan wapeningsstaal, de z.g. minimumbuizen, bij de kleinere middellijnen reeds geschikt voor inwendige drukken tot rond 10 atm, en bij de grotere middellijnen
tot' rond 5 atm.
Na deze algemene inleiding zal ik Uw aandacht vragen voor
enkele van de meest bekende constructies van gewapendbetonnen buizen.
De buizen worden in lengten tot -t- 3,6 m geslingerd, bij
grote middellijn (boven 1 m) tot rt 3 m.
De dwarswapening wordt in de vorm van een spiraal aangebracht. Bij grotere middellijnen, waarbij de, ten gevolge van
de gronddruk of andere uitwendige krachten, in de buiswand
optredende momenten groter zijn, wordt in de regel een dubbele spiraalwapening toegepast. De langswapening dient voornamelijk tegen de krachten, die bij het vervoer der buizen
optreden en wordt tegelijkertijd gebruikt voor de bevestiging
van de spiralen voor de dwarswapening.
Voor de verbinding worden in de regel een mof en een spie
toegepast. De dichting tussen spie en mof wordt zeer verschillend uitgevoerd. Het meest wordt een rubber-rolverbinding
toegepast; voor zeer lage drukken ook wel mortel, kit of loodtouw.
Door de eenvoudige en deugdelijke wijze van fabricatie kan
in beton-technisch opzicht een uitstekende buis worden verkregen. Kubus-vastheden van 700 kg/cm2 kunnen gemakkelijk worden bereikt.
De berekening van deze buizen is, vergeleken met de
methode, die normaal voor beton wordt toegepast, sterk afwijkend. Zoals bekend, worden bij de berekening van de normale
gewapend-beton-constructies de in het beton optredende trekspanningen verwaarloosd en wordt in het staal een spanning
van 1200 à 1400 kg/cm2 toegelaten. De practijk heeft nl.
geleerd, dat er weliswaar bij bovengenoemde staalspanning
kleine scheurtjes in het beton optreden, doch dat deze scheurtjes in de regel geen gevaar opleveren voor aantasting van het
staal. Deze wijze van berekenen faalt bij Vianini-buizen. Het
is duidelijk dat in de betonnen buiswand, die doorgaans over
de volle dikte op trek wordt belast, geen scheurtje, hoe klein
ook, mag optreden. Elk scheurtje zou nl. een lek in de leiding
betekenen.
Uit persproeven met Vianini-buizen is gebleken, dat bij
prima geslingerd beton kan worden gerekend op een trekvastheid van 35 à 40 kg/cm2. In de betonnen buiswand kan derhalve zonder bezwaar een trekspanning van 15 à 20 kg/cm2
worden toegelaten.
Een buis van b.v. 800 mm 0, geschikt voor een inwendige
druk van 5 atm, zal bijgevolg globaal een wanddikte moeten
40 X 5
= 10 cm. Bij deze berekening is de in de
hebben van
20
betonnen buiswand aanwezige spiraalbewapening verwaarloosd en is tevens geen rekening gehouden met eventuele
grote uitwendige belastingen van de buis.
De vraag rijst echter hoe zwaar de in de buiswand aan te
brengen spiraalwapening moet zijn.
Aan de hand van persproeven kon worden vastgesteld, dat
buizen, waarin geen spiraalwapening aanwezig was, een
hogere inwendige druk weerstonden dan buizen, waarin wel
een spiraalwapening was aangebracht. Dit kan worden verklaard door het feit, dat een buis zonder wapening practisch
vrij kan krimpen. Er treden derhalve nagenoeg geen krimpspanningen in de buiswand op. Een gewapende buis vertoont
echter vrij grote krimpspanningen, daar het krimpen door het
ijzer wordt belet. Bij de aanvang van een persproef zijn in een
gewapende buis reeds trekspanningen in het beton aanwezig.
Uit het vorenstaande kan de conclusie worden getrokken
dat, indien op de buiswand geen uitzonderlijk grote uitwendige belastingen te verwachten zijn, met een lichte en z.g.
practische spiraalwapening kan worden volstaan. Het is duidelijk dat, indien zich geen calamiteiten voordoen (b.v. ten
gevolge van hoge drukstoten), er in de wapening nooit hoge
spanningen zullen optreden. Weliswaar daalt de elasticiteitsmodulus van het beton naarmate de er in optredende trekspanningen hoger worden, doch bij een trekspanning van
15 à 20 k g / c m h a l de E van geslingerd beton zeker nog
300.000 kg/cm2 bedragen, zodat er dan in het staal een spanE, . 17, = 2.100.000 X 15 à 20 = 105 à 140 kg/cm2
ning van 300.00Ò
E,
zal optreden.
Uit de voor de 800 mm buis van 5 atm. berekende wanddikte
van 10 cm blijkt wel, dat de Vianini-buizen slechts geschikt
zijn bij kleinere middellijnen tot 6 à 7 at. en bij grotere middellijnen tot aanmerkelijk lagere drukken.
-Hoe staat het met de waterdichtheid der Vianini-buizen?
Wij weten, dat een buis van gietijzer of van staal, die onder
druk wordt gebracht, geen water en zelfs geen lucht doorlaat.
Een buis van asbest-cement laat, naar ik meen, wel min of
meer gassen door, maar de doorlatendheid voor water is te
verwaarlozen klein.
Wanneer echter een nieuwe droge Vianini-buis inwendig
onder waterdruk wordt gezet, komen op vele plaatsen vochtige
plekken op de buitenwand, terwijl op enkele plaatsen zelfs
kleine lekjes optreden. Op het eerste gezicht maakt een dergelijke buis dan ook de indruk van ondeugdelijk te zijn. Het
merkwaardige feit doet zich echter voor, dat, wanneer de druk
in de buis onderhouden blijft, de lekjes verminderen en langzamerhand geheel ophouden en dat ook de vochtige plekken
geheel verdwijnen. Na b.v. een maand tijd is de buis uitwendig
volkomen droog. Of er desondanks nog een zeer gering watertransport door de wand is, waarvan de hoeveelheid dadelijk
verdampt, is mij niet bekend. In elk geval, indien dat het
geval is, is deze hoeveelheid te verwaarlozen klein. Het langzaam dichttrekken van de buizen wordt verklaard door de gelvorming in het beton.
Het kost een waterleidingingenieur, die gewend is gietijzeren
of stalen leidingen te gebruiken, enige moeite en zelfoverwinning om een leiding te aanvaarden, die bij de proefdruk
overal doorzweet en zelfs hier en daar kleine lekjes vertoont en
waarvoor b.v. een garantie wordt gegeven dat zij, na een
maand in bedrijf te zijn geweest, dicht of nagenoeg dicht is.
Toch meen ik, dat dit nadeel groter lijkt dan het is, uit onbekendheid met het nieuwe materiaal, en ik vertrouw, dat deze
eigenschap van betonnen buizen op de duur het gebruik er
van niet in de weg zal staan. Indien deze buizen in zure aërobe
grond worden gelegd en asfaltering aan de buitenzijde nodig
is, dan doet zich een analoog probleem voor als bij de asbestcementen buizen. De buis is vooral in het begin waterdoorlatend. Het door de buiswand komende water heeft de neiging
het asfalt van de buis te drukken. De aan te brengen asfaltlaag moet derhalve voldoende poreus zijn en moet goed aan
het beton hechten.
In het buitenland, vooral in Italië, zijn al sinds het begin
van deze eeuw vele tientallen kilometers Vianini-buizen gelegd
met, naar ik meen, uitstekende ervaringen.
In Nederland is een tiental kilometers hoofdleiding in dit
type buis uitgevoerd. De verbinding, waarbij striktouw en lood-
wol werden gebruikt, bleek daarbij een zwak punt te zijn; de
rubber-ringverbinding, mits bij het vaststellen van de dikte
van de rubber ring voldoende rekening wordt gehouden met
de tolerantie in de inwendige middellijn van de sok, geeft
echter goede resultaten. De buis is aanmerkelijk zwaarder
dan de moderne betonnen buizen. In het algemeen is de
Vianini-buis zeer geschikt en, in financiëel opzicht aantrekkelijk voor lage-drukleidingen. De fabricatie is eenvoudig en
vereist betrekkelijk weinig arbeid.
Gewapend-betonnen buis met stalen kernbuis (af b. 2 ) .
Hiermede wordt bedoeld het type buis, dat sinds vele jaren
door de Maatschappij tot vervaardiging van Bonna-buizen en
ook door andere fabrieken in Europa wordt gemaakt. Het kenmerk van deze buizen is, dat ze een doorgaande dunne stalen
kernbuis bezitten, die autogeen of electrisch wordt gelast en
waaraan in de regel een stalen sok en spieeind zijn gelast. De
lengte is gewoonlijk 5 m.
De verbindingen worden gemaakt met striktouw en loodtouw, waarna een gewapend betonnen mof om de verbinding
wordt gestort, die de buizen vrijwel onwrikbaar aan elkaar
verbindt. In uitzonderingsgevallen, b.v. voor vacuumleidingen,
waarbij naar luchtdichtheid wordt gestreefd, wordt een gelaste verbinding toegepast, ook versterkt met een gewapend
betonnen mof.
De geslingerde binnenbekleding, uit mortel (geen grind),
dient alleen al9 bescherming van de stalen kernbuis tegen
corrosie. Na de verharding van de binnenbekleding wordt de
betonnen buitenmantel verticaal in een mal getrild.
Hulpstukken worden uit de hand gebetonneerd, of in mallen
getrild.
De ervaring heeft geleesd, hetgeen trouwens wel te verwachten was, dat bij het onder-druk-brengen van Bonnabuizen de
volledige inwendige druk tegen de stalen kernbuis komt te
staan. Zelfs is gebleken, dat door de uitzetting van de buis
door inwendige druk, de gehele binnenbekleding vrij komt te
liggen van de kernbuis. Ook de krimp van de betonnen binnenbekleding werkt mede om deze bekleding los te maken van
de stalen kernbuis. Desondanks blijft de binnenbekleding de
kernbuis volkomen beschermen tegen corrosie. Wellicht is de
hoge pH, die in de zeer nauwe spleet tussen binnenbekleding
en kernbuis door het beton wordt onderhouden, de verklaring
van dit verheugende verschijnsel. (Waterverversing in die
spleet is, naar ik aanneem, vrijwel nihil).
In vele gevallen worden in de binnenbekleding een langsen dwarswapening als krimpwapening aangebracht. Deze
wapening vervult bij het opnemen van inwendige druk in de
buis geen rol.
De wapening van de Bonnabuis wordt gevormd door de
stalen kernbuis, die in de regel een minimale dikte krijgt van
1 mm tot een middellijn van 600 mm en 1%tot 3 mm daarboven; De kernbuis dient tevens als langswapening. Bovendien
wordt in de betonnen buitenmantel een dwarswapening
(spiraal) aangebracht, die uit fabricatie-overweginggesteund
wordt door langsstaven, welke langsstaven op afstand van de
stalen kernbuis worden gehouden door een onderleg-spiraal.
De dwarswapening wordt in de regel als een enkele spiraal
uitgevoerd, bij zware wapening en grote wanddikte echter wel
eens als een dubbele spiraal.
Bij de berekening wordt in acht genomen, dat de stalen
kernbuis in beginsel een absolute waterkering vormt, zodat
het optreden van eventuele kleine scheurtjes in het beton,
anders dan bij de Vianini-buizen, geen lekken veroorzaakt.
Het is bijgevolg bij ~onnahuizenmogelijk om hogere spanningen in het staal toe te laten dan bij Vianini-buizen. De
trekspanning in het beton wordt bij de berekening bijgevolg
verwaarloosd.
Slechts dient er voor te worden gewaakt, dat die scheurtjes,
indien zij ontstaan, te grote afmetingen aannemen, waardoor
het wapeningsstaal gevaar zou lopen te corroderen. Nauwkeurige waarnemingen hebben uitgewezen, dat er scheurtjes in
de betonnen buiswand optreden ihdien het staal pen verlenging heeft ondergaan van ongeveer 4/10.000.Deze verlenging
komt ongeveer overeen met een staalspanning van 800 a 900
kg/cm2. De staaldoorsnede in de buiswand wordt bijgevolg
bepaald aan 2e hand van een toe te laten trekspanning van
900 à 900 kg/cm2.
Voor het berekenen van de ten gevolge van de inwendige
druk in de buiswand optredende trekkracht dient als buis\middellijn de inwendige middellijn van de stalen kernbuis te
worden genomen. De betonnen binnenbekleding is, zoals reeds
opgemerkt, niet waterdicht.
De betonnen moffen worden in stalen mallen gegoten, die
n a 24 uur, als het beton enigermate verhard is, kunnen worden weggenomen. Door deze werkwijze is het o.a. nodig, dat
steeds met een vrij lange sleuf wordt gewerkt, hetgeen in
sommige gevallen hinder veroorzaakt. De verbinding laat geen
beweging toe, zij is geheel star.
Bonnabuizen worden in middellijnen van 300 tot 1200 mm
en zelfs groter uitgevoerd. Bij hoge drukken en grote middellijn wordt het gebruik van wapeningsstaal echter groot en
daardoor oneconomisch ten gevolge van de lage toe te laten
spanning in het staal.
De ruime ervaring, die met deze buizen is opgedaan, zowel
in ons land als daar buiten, is uitstekend. De verbinding, hoewel kostbaar, voldoet aan hoge eisen.
Lock Joint Standard (afb. 3).
Deze buis van de Lock Joint Pipe Cy is in beginsel gelijk
aan de Bonnabuis, hoewel de wijze van produceren, dank zij
de vermaarde Amerikaanse efficiency, op een hoger niveau is
gebracht. De verbinding is echter geheel anders. Deze wordt
gevormd door een speciaal geconstrueerde, tegen corrosie
zwaar verzinkte, sok-spie-verbinding met een rubber ring als
afsluitorgaan. De sok wordt vóór het inbrengen van de spie
met groene zeep ingesmeerd, zodat de rubber ring glijdend op
zijn plaats wordt gebracht. Dit in tegenstelling met de in
Europa bekende rubber-ring-verbindingen van de Vianinibuizen, van de simplex-koppeling en van de ,,Sigurmuffe",
welke rolverbindingen zijn.
Een van de grote voordelen van de Lock-Joint-verbinding is,
dat het rubber bijna geheel ontlast is door de ring op de spie.
Deze ring sluit nl. met een zeer geringe speling (van slechts
één millimeter) in de sok, zodat bij zettingen van de buizen
de druk in de verbindingen door deze ring wordt overgebracht
en niet, of slechts in geringe mate, door de rubber ring. Deze
rubber ring, die practisch geheel in een kamer is opgesloten,
geeft daardoor een grote waarborg voor blijvende afsluiting.
Een tweede voordeel is, dat de afsluiting achter in de sok
geschiedt, en dat een bewegelijkheid van ongeveer 2" wordt
verkregen.
Ter verdere bescherming tegen corrosie van de zwaar ver-
zinkte delen van sok en spie wordt aan de buitenzijde een
cementspecie met behulp van een verloren gewapend papieren
mal ingegoten, waarna de sleuf onmiddellijk kan worden
aangeaard. Aan de binnenzijde wordt de naad met cementspecie ingevoegd.
De verbinding is uiterst snel te maken en vereist weinig
vakkennis. De rubber afsluiting weerstaat zeer hoge drukken
(30 a t en meer) en heeft in Amerika ongeveer 20 jaren uitstekend voldaan. Honderden mijlen transportleiding zijn er
mede gelegd.
De berekening voor deze Lock Joint Standard buis is geheel
analoog aan die voor de Bonnabuis. Vermeldenswaard is wellicht nog, dat, voor zover mij bekend, in Amerika geen wapening in de binnenbekleding wordt aangebracht, terwijl voor
deze bekleding niet uitsluitend cement en zand, doch tevens
grind wordt gebruikt.
Nu ik toch over Amerika spreek heb ik gelegenheid te wijzen
op een voordeel, dat vooral in Amerika de betonnen buizen
hebben boven ijzeren buizen. Het komt nl. in de grote uitgestrektheid, vooral in Zuid-Amerika, herhaaldelijk voor dat de
afstand van het tracé van een leiding tot een buizenfabriek
zeer groot is, waardoor het vervoer van de buizen zeer kostbaar zou worden, vooral indien in de jungle moet worden
gewerkt. In dergelijke gevallen wordt bij voorkeur een tijdelijke fabriek van betonnen buizen halverwege het tracé van de
leiding gebouwd, waarbij het zand en grind of steenslag ter
plaatse worden gewonnen. Alleen het staal voor de wapening
en het cement moeten dan van verre worden aangevoerd. Deze
wijze van werken schijnt grote financiële voordelen af te
werpen.
Het graven van de sleuf zowel als het leggen van de buizen
geschiedt aldaar steeds met de lepelgraafmachine; de z.g.
,,Back-how".
De boven omschreven rubber glijdverbinding is niet alleen
goedkoop, maar bovendien simpel in de uitvoering, terwijl de
ervaringen met betrekking tot de duurzaamheid zeer gunstig
zijn.
Buizen met voorspanning.
Bij de berekening van de niet-voorgespannen betonnen buis,
b.v. van de Bonnabuis, en in nog veel sterkere mate van de
Vianini-buis, kwam naar voren, dat de trekspanning in het
wapeningsstaal nooit hoog kon worden opgevoerd, ten einde
ongewenste scheuren in het beton te voorkomen. Bij de Bonnabuis is de maximum toelaatbare trekspanning in het staal
800 a 900 kg/cm2 en in de spiraalwapening van de Vianini-buis
mag, afgezien van eventuele hoge uitwendige belastingen op
de buiswand, nooit een hogere trekspanning dan 100 a 140
kg/cm2 optreden.
De in zekere zin betreurenswaardige eigenschap van gewapend betonnen buizen, dat er bij een trekspanning in het
staal van 800 à 900 kg/cm"eeds fijne scheurtjes in het beton
optreden, komt nog scherper naar voren wanneer we bedenken
dat de staalindustrie meer en meer in staat is om hoogwaardig staaldraad te maken met een trekvastheid van 15.000 en
zelfs tot 25.000 kg/cm2, terwijl de prijs van dat staal slechts
het 2- à 3-voudige is van de prijs van staal 37.
Enkele voordelen van het beginsel van de voorspanning in
gewapend-betonnen buizen kunnen op eenvoudige wijze door
een voorbeeld worden aangetoond, waarbij voorlopig alleen
aan de voorspanning in dwarsrichting wordt gedacht, terwijl
daarbij enige belangrijke secundaire verschijnselen voorlopig
zoorden verwaarloosd. Gesteld dat een gewapend betonnen buis
met een middellijn van 1m een proefdruk van 15 kg/cm2 moet
weerstaan, dan treedt bij die druk in de buiswand een trekkracht op van 50 X 15 = 750 kg per cm lengte buiswand. Bij
het niet voorgespannen systeem met kernbuis is dan een
750
wapening nodig van - = 0,94 cm2 per cm lengte (indien
800
de toe te laten spanning in het staal op 800 kg/cm2 is gesteld).
-
Nu de buis met voorspanning.
Deze voorspaniling kan b.v. worden aangebracht door een
hoogwaardig-staaldraad met een spanning van b.v. 11.000
kg/cm2 spiraalsgewijze om een verharde niet-gewapende buis
te winden.
Bij voorkeur liggen de windingen maximaal 25 mm uit
elkaar, terwijl het staaldraad in de regel een middellijn heeft
van 3-5 mm. (Het is bezwaarlijk staal met zeer hoge trekvastheden te fabriceren boven een middellijn van 6 mm.)
Na het winden van de spiraaldraad staat-de-gehele buis-
wand onder voorspanning. Indien de spanning in het staal
11.000 kg/cm2 is, dan heeft de staaldraad een verlenging
11.000 - 61
(De elasticiteitsmodulus
ondergaan van
1.800.000
10.000 '
van het hoogwaardige staal loopt bij zeer hoge spanningen
iets terug. Bij een spanning van 11.000 kg/cm2 kan de E b.v.
1.800.000 kg/cm2 bedragen).
Indien de voorspanning in het beton b.v. 150 kg/cm2 is, dan
is de verkorting van het beton bij een E van geslingerd beton
150
33
van b.v. 400.000 kg/cm2 : 400~000=
m
De verlenging van het staal is in dit getallenvoorbeeld bijgevolg het 16-voudige van de verkorting van het beton, of, anders
geformuleerd, de verkorting van het beton is slechts 6 76 van
de verlenging van het staal. Het is duidelijk, dat b.v. bij een
lagere spanning in het ijzer en een wat hogere spanning in het
beton de verhouding enigszins wordt gewijzigd. Toch is het
zaak om bij de problemen van het voorgespannen beton deze
merkwaardige verhouding in het oog te blijven houden, omdat
met behulp daarvan vele eigenschappen van het voorgespannen beton gemakkelijk kunnen worden verklaard.
Indien nu in de gerede buis een druk wordt ontwikkeld, dan
wordt daarbij automatisch de voorspanning in de betonnen
buiswand verkleind, terwijl tevens automatisch de spanning
in het wapeningsstaal wordt verhoogd.
Indien door opvoeren van de inwendige druk de voorspanning in het beton tot nul is teruggelopen, dan is de omtrek
3,8
groter geworden. Door deze verlenging is
van de buis -10.000
3,8
de spanning in het staal met -X 1.800.000 = 700 kg/cm2
10.000
gestegen van 11.000 kg/cm2 tot 11.700 kg/cm2.
Indien de druk nog verder wordt opgevoerd, dan ontstaat
een trekspanning in het beton. Deze trekspanning kan tot
maximaal rond 35 kg/cm2 worden opgevoerd. Bij de hier
bedoelde spanning treden langsscheuren in de buiswand op,
zodat de inwendige druk niet hoger kan worden opgevoerd
(behoudens in het geval van drukstoten).
Indien we de buis van het voorbeeld van 1 m middellijn met
15 kg/cm2 proefdruk, in voorgespannen beton willen uitvoeren, waarbij er b.v. van wordt uitgegaan, dat het beton in de
buiswand bij 20 kg/cm2 inwendige druk spanningloos is, dan
dient globaal in de betonnen buiswand een voorspanning te
worden aangebracht van 50 X 20 = 1000 kg per cm lengte
van de buiswand. Bij een wanddikte van b.v. 6,5 cm moet de
1000
voorspanning in het beton dan ---- 150 kg/cm2 bedragen.
695
Indien de trekvastheid van het staal b.v. 16.000 kg/cm2
is en de toegelaten trekspanning 11.000 kg/cm2, dan is de hoe1.000
veelheid wapening -= 0,09 cm2 per cm buislengte.
11.000
De hoeveelheid wapeningsstaal voor de dwarswapening bij
de voorgespannen buis is in dit getallenvoorbeeld bijgevolg
1
10
slechts rond -gedeelte
van de hoeveelheid, die bij het systeem
Bonna benodigd is.
Ik heb U echter straks reeds gezegd, dat ik enkele belangrijke secundaire verschijnselen heb verwaarloosd en deze verschijnselen maken dat het voordeel van de staalbesparing
minder is dan uit het getallenvoorbeeld is af te leiden.
Een zeer belangrijke omstandigheid is b.v. dat het beton
niet volkomen elastisch is in het gebied, waarin de voordruk
wordt aangebracht. Het min of meer beruchte verschijnsel
van creep doet zich daarbij voor. Hoe hoger de voorspanning,
hoe groter procentueel de creep wordt.
De drukvastheid van gewoon beton is 300 à 400 kg/cm2. Bij
de uitstekende kwaliteit van het geslingerd beton worden na
een voldoende verharding drukvastheden van 700 tot 900
kg/cm2 bereikt. Tijdens het voorspannen ligt de drukvastheid
echter in het gebied van 400 tot 500 kg/cm2.
Bij deze vastheden kan in verband met creep geen hogere
voorspanning dan 200 kg/cmWorden toegelaten, terwijl zelfs
in het gebied tussen 100 en 200 kg/cm2 zich nog een aanzienlijke creep in het beton voordoet. Deze creep is bij een voorspanning van 150-200 kg/cm2 volgens de weinige gegevens,
die de literatuur daarover bevat, bij goed verdicht geslingerd
7
beton op rond --- aan te nemen, d.w.z. op ongeveer het
10.000
dubbele van de samendrukking bij een voorspanning tot
7
150 kg/cm2. Een creep van -heeft in het staal een span10.000
7
ningsverlaging ten gevolge van -- X 1.800.000 = 1100
10.000
kg/cm2. Tevens vestig ik er de aandacht op, dat bij de relatief
zeer hoge spanningen, die ten opzichte van de trekvastheid in
het staal worden aangebracht, ook met een creep van het staal
rekening moet worden gehouden. Deze creep kan, al naar de
5à10
kwaliteit van het staal, worden aangehouden op
10.000 ' Uit
publicaties van de allerlaatste tijd valt af te leiden, dat bij
voorgespannen buizen globaal moet worden gerekend op een
teruglopen van de spanning in het staal met rond 2.000 tot
2500 kg/cm2, een deel daarvan ten gevolge van de creep en het
krimpen van het beton, een ander deel ten gevolge van de
creep van het staal. Door dit sterke teruglopen van de trekspanning in de spiraal met ruim 2.000 kg/cm2 doet zich de
merkwaardige omstandigheid voor, dat, indien naderhand
door het opvoeren van de druk in de buis tot de breukspanning van het beton, de trekspanning in het staal steeds aanmerkelijk lager blijft dan de trekspanning tijdens het wikkelen van de buis en dat op het moment dat in het beton scheuren zijn ontstaan, de trekspanning in het staal gelijk of iets
hoger is dan de trekspanning tijdens het wikkelen. De aanvankelijke voordruk in het beton loopt blijkens de ervaring
met rond 25 % terug bij een beginspanning in het staal van
rond 10.000 kg/cm2.
In dit verband wil ik er op wijzen dat, wanneer staal 37 tot
b.v. 2000 kg/cm2 zou worden belast, van deze 2000 kg/cm2 het
grootste gedeelte zou vervallen door creep van beton en staal,
zodat slechts zeer weinig spanning zou overblijven, nog afgezien van de invloed van de krimp.
Uit dit voorbeeld blijkt duidelijk, dat de staalbesparing die
bij voorgespannen beton mogelijk is, des te groter wordt naarmate staal wordt toegepast met hogere trekvastheid en met
weinig creep.
De trekvastheid moet bij voorkeur boven 12.000 kg/cm2
liggen en liefst boven 15.000 kg/cm2. Ik moge hierbij ook nog
Uw aandacht vestigen op een minder voor de hand liggende
eigenschap van voorgespannen beton.
1o
Indien de creep van voorgespannen beton b.v. -10.000 is' dan
volgt daaruit, dat het staal een verlaging- van de spanning
10 x 1.800.000
verkrijgt van
= 1800 kg/cm2. Is nu bij een
10.000
hoogwaardig staal, waarbij de spanning tot 10.000 kg/cm2 is
opgevoerd, een wapening aanwezig van b.v. 10 cm2 per meter
buislengte, dan neemt de trekkracht in het staal per meter
buislengte af met 10 X 1800 = 18.000 kg. Bij toepassing van
een mindere kwaliteit staal, die b.v. tot 5000 kg/cm2 is belast,
zal in bedoeld geval een wapening aanwezig moeten zijn van
20 cm2 staal per meter buislengte. Dezelfde creep in het beton
zal bij dit staal een zelfde spanningverlaging geven van
1800 kg/cm2. De trekkracht van het staal zal echter per meter
lengte buis 20 X 1800 = 36.000 kg teruglopen, dat wil zeggen
het dubbele.
Ook deze eigenschap van voorgespannen gewapend beton
wijst, op het v,)ordeel dat er gelegen is in de toepassing van
staal met zeer hoge trekvastheden.
Zoals U bekend is, vdtrekt de creep van beton zich in een
periode van enkele jaren, die van staal in een periode van
enkele maanden.
Naast de invloed van de creep is ook de invloed van krimp
i11 het beton in deze materie van belang. Krimp en creep
werken in dezelfde zin.
Afgezien van de besparing aan wapeningsstaal levert het
voorgespannen beton ook een mogelijkheid om op de wanddikte te besparen, dus op cement, zand en grind en bijgevolg
ook op de kosten van vervoer en de kosten van het leggen.
Bij de niet-voorgespannen buis vervult de wapening niet
alleen de functie van het opnemen van de inwendige druk, .
maar deze wapening moet ook zodanig worden aangebracht,
dat de in de wand optredende buigende momenten ten
gevolge van gronddruk of van andere uitwendige krachten
worden opgenomen. Voor de grote middellijnen leidt dit tot
vrij zware wanddikten. Bij de voorgespannen buis kan ten
gevolge van de voordruk in de wand een groot moment worden opgenomen, vóórdat trekspanning in het beton optreedt.
-
In het algemeen kan worden gezegd, dat bij de normaal toegepaste voorspanning van 125 à 150 kg/cm2 in het beton de
wanddikte groot genoeg is om de te vrezen momenten te
kunnen weerstaan.
De wanddikte wordt bijgevolg afgeleid uit de proefdruk van
de buizen of wel, bij kleine middellijnen, uit fabricatie-overwegingen en behoeft in het algemeen niet groter te worden
genomen voor het opnemen van momenten ten gevolge van de
normaal optredende uitwendige krachten.
Bij het wikkelen van de spiraalwapening, dus tijdens het
voorspannen van de buis, ontstaan er, ten gevolge van de
plaatselijke vormveranderingen van de buis, schuifspanningen
in de buiswand. In de practijk is-gebleken, dat deze schuifspanningen, indien de voorspanning in de betonnen buiswand
meer dan 100 à 120 kg/cm"edraagt,
vooral bij de einden der
buis aanleiding geven tot het ontstaan van ringscheuren aan
de binnenzijde. Deze scheuren kunnen worden voorkomen
door het aanbrengen van een langsvoorspanning, die vooral
aan de einden nodig is. Ter oriëntering kan worden gezegd, dat
een langsvoorspanning van 30 kg/cm2 in het beton een voldoende waarborg blijkt te geven tegen scheuren. Uit fabricatieoverwegingen geeft men er algemeen de voorkeur aan deze
langsvoorspanning over de gehele buis door te voeren. Men
heeft daarbij tevens het voordeel dat, vooral ten gevolge van
uitwendige krachten, tijdens het vervoer minder kans bestaat
op het ontstaan van dwarsscheuren en dat deze, indien zij
ontstaan, door de langswapening weer worden dichtgetrokken.
Bij de voordelen van spanbeton heb ik U tot nu toe twee
factoren genoemd en wel ijzerbesparing en besparing van
beton. Als derde voordeel zou ik nog willen noemen de verdichting van het beton door de voorspanning, waardoor o.a.
een betere waterdichtheid wordt verkregen.
Zoals ik reeds zei, men heeft van zeer veel zijden gepoogd het
moeilijke vraagstuk van de fabricatie van voorgespannen buizen tot een oplossing te brengen.
De Freyssinet-buis (afb. 4).
Als eerste voorbeeld vestig ik Uw aanaacnt op de constructies van de op het gebied van spanbeton beroemde, Fransman
Freyssinet. Freyssinet heeft het vraagstuk direct in zijn volle
consequentie aangepakt en, althans wat we zo onder elkaar
noemen in theoretisch opzicht, een volledige oplossing
gegeven.
Hoewel de buizenmachine, die voor dit type buis nodig is,
te gecompliceerd is om op deze voordracht geheel te worden
behandeld, zal ik toch trachten de kern van de fabricatie in
het kort te beschrijven.
-De buis wordt verticaal tussen een buiten- en een b i n n ~ h d
van stalen duigen gevormd. Deze mallen zijn weer geplaatst
tussen een buiten en een binnen stalen cylinder. Een rubber
hemd tussen buitencylinder en buitenmal en tussen binnencylinder en binnenmal maakt het mogelijk om naar willekeur
een hoge waterdruk te zetten Òf tegen de buitenmal, Òf tegen
de binnenmal, Òf wel tegen beide.
Vóóraf wordt' de spiraalwapening, gesteund door de langsstaven, spanningloos tussen de mallen gesteld, waarna de
staven der langswapening stuk voor stuk worden voorgespannen. Daarna wordt waterdruk tegen de buitenmal gezet,
waardoor deze zijn kleinste middellijn aanneemt. Vervolgens
wordt het beton getrild tussen de beide mallen, waarna de
waterdruk op binnen- en buitenmal gelijkelijk wordt opgevoerd tot 20 a 30 kg/cm2. Ten gevolge van de samendrukking
van het verse beton vloeit het overtollige water af, naar men
zegt, zonder dat cement wordt medegevoerd, terwijl tegelijkertijd een beton van hoge dichtheid wordt verkregen.
De buizenmachine, die tegelijkertijd als stoomkamer dient,
wordt nu op temperatuur gebracht, waarna de waterdruk op
de binnenmal wordt opgevoerd. Ten gevolge van de verhoogde
binnendruk wordt de middellijn van de binnen- zowel als van
de buitenmal groter. Het beton, dat reeds zeer vast en droog
is, wordt geacht de spiraal ook naar buiten te drukken en
daardoor onder spanning te' brengen, zonder dat deze spiraal
in de specie terugvloeit. Deze spiraal neemt dan het gehele
drukverschil tussen binnen- en buitenmal op en komt daarbij
op de gewenste spanning van b.v. 10.000 kg/cm2. Na rond twee
uren stomen is de buis voldoende verhard om de langsstaven
in de einden van de mal los te maken, waardoor het beton een
langsvoorspanning verkrijgt van rond 30 kg/cm2. Daarna worclen de waterdrukken afgelaten. De spiraal tracht daarbij een
kleinere middellijn aan te nemen en brengt daardoor een voorspanning van rond 150 kg/cm2 in het beton.
n
+
De langsvoorspanning dient in de eerste plaats ter voorkoming van ringscheuren aan de binneneinden van de buis
door de hoge schuifspanningen ten gevolge van de dwarsvoorspanging, en tevens om de buizen tijdens het vervoer te beschermen tegen dwarsscheuren.
Uit de literatuur is mij bekend, dat voor de Freyssinet-buis
vele soorten verbindingen worden toegepast.
De Gibault-koppeling is kostbaar en heeft bovendien het
bezwaar van corroderen van het ijzer. De afdichting op de
ruwe buitenwand van de buis lijkt mij niet geheel zonder
risico's.
Een andere verbinding heeft eveneens een rubber dichting,
die vastgedrukt wordt tegen mof en buis, door een dunne
platte koperen buis vol te persen met een vloeistof, die snel
verhardt.
Ik heb geen aanwijzing kunnen krijgen, dat het vraagstuk
van de verbinding van Freyssinet-buizen als opgelost moet
worden beschouwd. Persoonlijk acht ik de geschetste verbindingen als niet geslaagd.
Wat de buis zelve betreft zou ik, na de lof, die ik de ontwerper reeds deed toekomen, ook enige bedenkingen willen maken.
De spanning in de spiraal wordt verkregen door uitzetting
van de nog niet verharde buis. De middellijn van de spiraal
wordt, indien de spanning in het staal b.v. 10.000 kg/cm2
55
bedraagt, ongeveer -- groter, hetgeen voor een spiraal
10.000
met een middellijn van b.v. 50 cm slechts 2,8 mm bedraagt.
Het komt mij voor, dat het bezwaarlijk is om de in verband
met de optredende vervormingen van de buizenmachine ten
gevolge van de waterdrukken tegen de mallen en in verband
met de weerstanden van de machine tegen het uitzetten van
de mallen, een voldoende waarborg te hebben voor de regelmatige uitzetting van de spiraal tot de gewenste middellijn.
Indien dit niet wordt bereikt zal geen waarborg bestaan voor
het op juiste spanning brengen van de spiraal.
Een tweede punt, waarop ik zou willen wijzen is, dat de
spiraalwapening zeer dicht tegen de buitenwand moet komen
te liggen en wel om het zich buiten de spiraal bevindende
beton, dat ook de volle voorspanning van rond 150 kg/cm2
verkrijgt, zo dun mogelijk te houden, ten einde afspatten te
voorkomen. Om deze reden wordt deze betonlaag, die tevens
de spiraal tegen corrosie moet beschermen, op een dikte van
slechts 7,5 mm aangehouden. Wordt deze laag dikker, b.v.
20 mm, dan gaat het beton spatten. Het komt mij voor, dat
een beschermende laag voor de spiraal van slechts 7,5 mm te
gering is.
Naar ik vernam verdient het bij de tegenwoordige fabricatie
bovendien aanbeveling de buizen aan de einden af te draaien,
ten einde een grotere kans op dichtheid van de verbinding te
verkrijgen.
Ook is de productie van de zeer gecompliceerde en kostbare
buizenmachine gering, ik meen slechts één buis per vier uren.
Voor zover mij bekend, bestaan er twee fabrieken van
Freyssinet-buizen, één te Frankfurt, van de firma Weiss und
Freitag, en één in Noord-Afrika. Beide fabrieken liggen thans,
meen ik, stil. Er zijn mij geen leidingen bekend, waarbij met
dit type buizen ten opzichte van andere systemen successen
zijn verkregen.
De voorgespannen buis aan de Lock Joint Pipe Cy (afb. 5).
De constructie van deze buis is een evolutie van de standaard-uitvoering van deze fabriek, die ik reeds met U besprak.
De primaire buis wordt zonder wapening in de stalen cylinder geslingerd en daarna gestoomd. Na verharding wordt de
spiraal gewikkeld om de stalen kernbuis, waarna een beschermlaag van beton of mortel wordt aangebracht. Deze
beschermlaag, die ongeveer 20 mm dik is, wordt bijgevolg niet
voorgespannen.
De verbinding is in hoofdzaak gelijk aan die der standaardbuizen.
Bij deze buizen vervult de kernbuis de rol van langswapening. Voorspanning\in langsrichting wordt niet toegepast. De
voorspanning in dwarsrichting is in verband met het optreden van de reeds genoemde ringscheuren in de regel tot
100 a 120 kg/cm2 beperkt.
Door de spiraalwapening wordt niet alleen het beton, maar
ook de stalen kernbuis voorgespannen. Bijgaand diagram,
ontleend aan een artikel van Colonel Longley, geeft de spanningen aan in betonnen kernbuis en spiraal, onder verschillende belastingen (afb.
6).
De hier bedoelde voorgespannen
vóór de wereldoorlog ontwikkeld en
bewezen in vele honderden mijlen
enkele met zeer hoge werkdrukken
middellijnen (tot 200 cm).
buis is in Amerika reeds
heeft haar deugdelijkheid
transportleiding, waarbij
(tot 30 kg/cm2) en grote
Ondanks de uitstekende kwaliteiten, die dit type buis blijkt
te bezitten, wekt de toepassing van de stalen kernbuis, vooral
in ijzer-arme landen als ons land, de vraag of een consequente
toepassing van de voorspanning, in dit geval de voorspanning
in langsrichting, niet kan leiden tot het elimineren van de
stalen kernbuis, waarmede een verdere besparing aan staal
zou zijn verkregen.
De voorgespannen buis van Bonna.
De Maatschappij tot vervaardiging van Bonnabuizen heeft
in Noord-Afrika na de oorlog voorgespannen buizen toegepast,
met behoud van de stalen kernbuis. Als verbinding wordt de
normale Bonna-verbinding ook hier toegepast.
De buizen hebben geen langsvoorspanning. De primaire buis
wordt geslingerd. Ter bescherming van de spiraalwapening
wordt een deklaag van 2 tot 3 cm dikte in een verticale mal
getrild.
Evenals bij de niet-voorgespannen Bonna-buis is ook hier
de verbinding goed, maar duur en omslachtig.
Door Bonna worden in de laatste tijd ook voorgespannen
buizen gemaakt zonder kernbuis en met langsvoorspanning.
Als verbinding wordt daarbij eveneens de bekende Bonnaverbinding toegepast.
De voorgespannen buis van de firma Socoman (afb. 7 ) .
De firma Socoman, een dochteronderneming van de U wel
bekende firma Pont à Mousson, heeft in Noord-Afrika een uit
constructief oogpunt interessante buis ontwikkeld. Een tweezijdig voorgespannen buis zonder stalen kernbuis. De lengte
is 7 m. De zeer zware bewerkte gietijzeren ringen voor de
verbinding spie-sok zijn voorzien van oren, waaroverheen de
langswapening wordt gespannen. De gehele langswapening
wordt in de mal door middel van de zware ringen en met
behulp van een sterke hydraulische pers tegelijkertijd voorgespannen, waarvoor bij grote middellijnen een kracht van^
meer dan 100 ton nodig is. De~ringenbrengen deze kracXX
vervolgens over op de stalen mal. Daarna wordt de primaire
buis geslingerd en in de mal gestoomd. Na enige uren stomen
wordt de mal verwijderd en na één à twee weken de spiraalwapening gewikkeld, waarna met een daarvoor speciaal
geconstrueerde horizontale trilmachine de betonnen deklaag
wordt aangebracht. De dikte daarvan is 20 mm.
Bij het lossen van de mal na het stomen wordt de totale
kracht, die in de langswapening is aangebracht, door de
ringen op de einden van de primaire buis overgebracht, waarbij niet alleen de langsvoorspanning in het beton ontstaat,
maar waarbij, en dat is zeer belangrijk, de ringen met de
gehele trekkracht van de langswapening tegen het beton worden gedrukt, waardoor de waterdichtheid moet worden verkregen. De dichting van de verbinding wordt verkregen door
een rubber ring met twee lippen, die door de waterdruk worden aangedrukt.
Het schijnt nodig te zijn, dat elke verbinding onmiddellijk
na het leggen van de buis aan de binnenzijde van de leiding
wordt geperst met behulp van een daarvoor geconstrueerde
inrichting. Het kan nl. gebeuren, dat bij het leggen van de
buizen de lippen van de rubber ring niet goed op hun plaats
komen.
Dit type buis wordt thans in het groot in Noord-Afrika toegepast.
Een indrukwekkende toepassing van dit type buis is een
voor een waterkrachtinstallatie in 1947 gelegde dubbele leiding, elk van 1,l km lengte, in Frankrijk bij het dorpje
Entraygues aan het riviertje de Selve. Elke leiding heeft een
inwendige middellijn van 1600 mm. Da buizen zijn 7 m lang.
De werkdruk is 50 kg/cm2. De spiraalwapening bestaat uit
kabels.
Hoewel het hier bedoelde type buis uit constructief oogpunt
een zekere bekoring heeft, toch vrees ik, dat de zeer zware
eindriiigen: die bovendien bewerkt moeten worden, in financiëel opzicht een ernstig bezwaar tegen algemene toepassing
zullen vormen.
Socol (afb. 8 ) .
De firma Socol in Brussel bezit een kleine fabriek waar de
vele door haar gepatenteerde ideeën voor de fabricatie van
spanbetonbuizen worden beproefd. De primaire buis met
betonnen sok wordt geslingerd. De relatief zware staven der
langswapening worden vooraf met een dunne blikken koker
omgeven. De geringe ruimte tussen koker en staaf is met een
zacht asfalt gevuld. Na verharding van de primaire buis
worden de langsstaven, die aan de einden van gewalste draad
zijn voorzien, op spanning getrokken en met behulp van moeren op spanning gehouden. De staven glijden daarbij in de
blikken kokers. Op de gebruikelijke manier wordt met een
spiraalwikkeling de dwarsvoorspanning aangebracht. De
betonnen deklaag, ruim 20 mm dik, wordt met behulp van het
vacuum-procédé aangebracht.
In de mof is een tweede net van voorgespannen langsstaven
aangebracht, ook van drdadeinden en moeren voorzien.
Van de verbinding bestaan'vele variaties. Een kenmerkende
eigenschap is echter steeds, dat met een betonnen mof wordt
gewerkt, in zekere zin een consequente gedachte. De dichting
wordt verkregen door een zware gummi ring tussen twee
stalen ringen, die uit segmenten bestaan, met moeren samen
te drukken.
Voor zover mij bekend, is de Socol-buis nog niet in het groot
toegepast, zodat nog niet over voldoende praktijkervaring kan
worden beschikt. Het komt mij voor, zoals dat bij vele gewapend betonnen buizen het geval is, dat de verbinding van dit
type buis niet het sterkste element is. De verbinding is vrij
kostbaar, terwijl het aandraaien van de vele moeren omslachtig en tijdrovend is.
Slot.
Aan het begin van mijn lezing heb ik reeds gezegd, dat de
stof over het onderwerp ,,gewapend-betonnen buizen" bezwaarlijk in één lezing kan worden behandeld. Ik heb mij er
daarom toe beperkt U in vogelvlucht iets van de huidige situatie van dit onderwerp te tonen.
Indien ik een korte samenvatting van mijn verwachtingen
voor de toekomst moet geven, dan zou ik de volgende punten
willen stellen.
a. De betonnen buis is uit corrosie-overweging te verkiezen
boven gietijzeren of stalen buizen. Ze is o.a. veilig in de
beruchte permanent anaërobe sulfaat-reducerende gronden.
b. De niet-voorgespannen buis is in beginsel ten minste even
deugdelijk als de buis van spanbeton.
Bij de niet-voorgespannen buis is het beton steeds op trek
belast, dus in een ongunstige toestand. Als gevolg daarvan
moet met een geringe spanning in het wapeningsstaal
genoegen worden genomen (ten hoogste 900 kg/cm2),
waardoor een zware wapening nodig is.
Deze bezwaren komen het sterkst naar voren bij grote
middellijnen en hoge werkdrukken.
De wanddikte is groot.
Bij toepassing van spanbeton kan hoogwaardig staal worden verwerkt, waarbij zeer hoge trekspanningen kunnen
worden toegelaten.
De voorspanning in het beton kan tot een maximum worden opgevoerd, de creep en de vastheid van het beton
stellen hier de grens.
Zowel het staal als het beton worden bijgevolg tot de
maximale grens uitgebuit, waarmede het maximum aan
economie wordt bereikt.
De fabricatie van voorgespannen buizen levert geen principiële bezwaren meer op.
De constructie van de verbindingen voor betonnen buizen
heeft nog niet dezelfde hoogte bereikt als de constructie
van de buizen zelf; dit geldt vooral voor de buizen van
spanbeton. Een verdere ontwikkeling op dit punt is mogelijk en urgent.
Het probleem van aanboringen van de buis van spanbeton
zal moeten worden opgelost.
De grondslagen voor de berekening van buizen van spanbeton zijn voldoende tot ontwikkeling gekomen. Betere
gegevens van krimp en creep van verschillende soorten
beton in de opeenvolgende stadia van verharding zijn
noodzakelijk. Ook dienen betere gegevens omtrent de creep
van het staal te worden verkregen.
In Nederland bestaat behoefte aan keuringseisen voor de
verschillende typen van gewapend betonnen buizen. Amerika is ons daarin reeds voorgegaan.
Verwacht mag worden, dat bij een verdere ontwikkeling
van de fabricatie van de buis van spanbeton deze buis de
niet-voorgespannen buis geheel zal verdringen en dat
vooral in ijzer-arme landen, de toepassing van buizen van
spanbeton algemeen zal worden voor middellijnen boven
300 mm.
Fabricage en eigenschappen v a n
as best-cementbuizen
door
Dr Ir G. 1. de Glee
Nu ik het genoegen heb over asbest-cementbuizen te
spreken, zult U zich afvragen hoe ik aan mijn gegevens
gekomen ben.
Ten eerste heb ik deze verzameld uit het rapport asbestcementbuizen, dat vermoedelijk de meesten van U kennen.
Het is anderhalf jaar geleden gepubliceerd door de CommissieNiet-Metalen-Leidingen, een Commissie, die ressorteert onder
het ,,KIWA". In de tweede plaats uit de literatuur, die ook in
dat rapport vermeld staat.
Voorts heb ik mijn gegevens gekregen van Ir D. de Waal,
Directeur van de N.V. Eternit, na overleg met het Technisch
Laboratorium in België en ten slotte ook als resultaat van de
gedachtenwisseling met mijn medeleden van de CommissieNiet-Metalen-Leidingen.
Een maand geleden heb ik een voordracht gehouden voor de
Vereniging voor Waterleidingsbelangen in Nederland over
asbest-cementbuizen, welke voordracht in het tijdschïif t
,,Water9'is gepubliceerd. Daarbij heb ik het accent gelegd op
de practische toepassing. De bedoeling van dit college is om
het accent op de fabricage en de eigenschappen van het materiaal te leggen: Wij zullen nu de ontwikkeling van asbestcement in vogelvlucht nagaan.
Ontwikkeling van het asbest-cement.
De uitvinder van asbest-cement is Hatschek, die in plm. 1900
de uitvinding deed. Hij was oorspronkelijk bierbrouwer, doch
heeft zich naderhand op betontechniek toegelegd. Hij mengde
cement en asbest-vezeltjes en maakte daar asbest-cement van,
eerst in de vorm van platen. Later werden de platen rond
gebogen en aan elkaar verbonden, doch dit gaf nog geen sterk
geheel. De fabricage van waterleiding-drukbuizen heeft pas
een grote vlucht genomen na de uitvinding van de daarvoor
geëigende machines. De eerste wikkelmachine werd uitgevonden in 1912. In 1913 was de eerste toepassing hiervan in
Italië; daarna werden ook in verschillende andere landen
fabrieken gebouwd. In 1936 werd in Goor een fabriek opgericht, waar asbest-cementbuizen worden gemaakt. De eerste
toepassing van dit materiaal in ons land dateert van 1931.
Essentiële eigenschappen van het materiaal.
Waarom vermengt men cement juist met asbest? Waarom
niet met iets anders en welke rol speelt het asbest daarin? Stel
dat wij een mengsel maken van cement met een willekeurige
vulstof; een product daaruit heeft een zekere trekvastheid.
Deze is echter slechts klein, stel 25-30 kg/cm2. Daarmede kunnen voor de practijk geen buizen, bestand tegen de waterleidingdruk, worden gemaakt. Neemt men mengsels van cement
en asbestvezeltjes van opvolgende grootte, b.v. 4, 6 en 8 mm
lang en maakt men daar buizen van, dan blijkt uit de practijk,
dat men dan voortdurend sterkere buizen krijgt. Neemt men
asbestvezels van 6 mm lengte, dan is de buis sterker dan met
4 mm vezels, enz.
Met een verfijnde fabricage-methode bereikt men een trekvastheid van 200 kg/cm2, bij een vezellengte van 8 a 10 mm.
Dit betekent, dat een buis, wijd 150 mm en 15 mm wanddikte
knapt bij een persdruk van 40 atm. Het verband tussen de
sterkte en de vezellengte, bij overigens gelijke mengverhouding
en gelijke fabricagemethode, is in de literatuur niet te vinden,
maar de deskundigen op dit gebied hebben gezegd: de trekvastheid van het product is ongeveer evenredig met de lengte
van de vezeltjes, bij een vezellengte, kleiner dan 10 mm.
Hieruit volgt, dat de breedte van de vezel geen sterkte meebrengt. Er volgt nog iets anders uit. Stel de buis volgens
afb. l a is gemaakt met vezels van 4 mm lengte, die van afb. l b
van 8 mm lengte; beide buizen bevatten hetzelfde percentage
asbest, dan heeft een doorsnede AB in beide buizen evenveel
Afb. l a
Afb. Ib
asbest. Als de buis onder inwendige waterdruk zou breken door
overschrijding van de trekvastheid van de asbestvezels, zouden
beide buizen even sterk zijn. Kennelijk ontstaat breuk, doordat de vezels losschuiven uit het cement. Het is de kunst een
zodanige vezellengte toe te passen, dat de buis bezwijkt tegelijk door uitschuiven en door breuk van de vezels.
Eternit kiest een zodanige vezellengte, dat men bij het stukpersen tegen de trekvastheid van het asbest aanligt.
De rol, die het asbest in de samenstelling vervult, is de rol
van bewapening, die men heeft bij gewoon beton en tegelijk
de rol van vulstof. Nu zult U zich afvragen, waarom moet het
nu juist asbest zijn, want asbest is duur, asbest is een magnesium-silicaat. Het wordt in de handel gebracht in verschillende kwaliteiten. De ,,gradeJ' nr 3 is normaal, ,,grade2' nr 6
is slechte kwaliteit. De prijs is afhankelijk van kwaliteit en
vezellengte (f 450,- tot f 2200,- per ton). In vergelijking met
ijzer is het 3 X zo duur. Het S.G. van asbest is 2,5 en ijzer is
3 X zo zwaar. De prijs per volume-eenheid is dus ongeveer
gelijk. De trekvastheid van asbest is merkwaardig hoog, 3000
tot 6000 kg/cm2, dus ongeveer dezelfde als die van ijzer. In
vergelijking met ijzer is het dus in het geheel niet zo duur.
Het asbest is in verhouding tot het cement erg duur. Wil
men een stof ontdekken en toepassen, die goedkoper en misschien beter is dan asbest, dan moet deze aan de volgende
eigenschappen voldoen:
1. Het moet ,,drager9' (zoals Hatschek zegt) van het cement
zijn;
2. het moet een grote trekvastheid hebben;
3. de stof moet niet al te zwaar zijn (ijzerstripjes zijn te
zwaar), opdat zo weinig mogelijk ontmenging ontstaat;
4. de elasticiteitsmodules van de stof moet zo mogelijk de
.orde van grootte hebben van 200.000. Bij een veel grotere
E ontstaat hetzelfde bezwaar als bij beton, dat met ijzer
is gewapend: voordat het ijzer vol belast wordt, ontstaan
scheurtjes in de beton.
Dit zijn de maatstaven, waaraan de vulstof moet voldoen.
Fabricage van asbest-cementbuizen.
Eerst moet men de mengverhouding weten. Deze is zeer
belangrijk. Bij O % asbest heeft men de sterkte van cement
alleen; bij een laag gehalte aan asbest neemt de sterkte bij
stijgend percentage asbest zeer snel toe; bij hogere gehalten
neemt de sterkte weer af tot men ten slotte bij 100 asbest
een sterkte O heeft, omdat het bindmiddel ontbreekt.
Afb. a
Afb. 2 geeft het eerste gedeelte van deze kromme voor een
lange en een korte vezel. I n de practijk gebruikt men meestal
11-12 O/o asbest. Uit de grafiek blijkt, dat bij een groter percentage de sterkte nog wel toeneemt, doch dit is niet meer
economisch.
Als buizen gemaakt worden, moet men zorgen, dat zij zo
clicht mogelijk zijn. Stel dat men dit in een vorm doet en dat
men gaat schudden, dus een soort trilbeton maakt. Men krijgt
dan een product, dat echter niet aan behoorlijke eisen voldoet;
het zal bij een druk van b.v. 10 atm. te lek zijn. Dat komt,
omdat bij die werkwijze een product ontstaat, waarvan de
poriër, te groot zijn.
De fabricage-methode moet er op gericht zijn om een zo
groot mogelijke hoeveelheid water uit te drijven. Er moet net
voldoende water overblijven voor het verhardings-proces; dit
is de kunst van het fabricageproces. Merkwaardig is, dat de
buizen, die in de handel worden gebracht wel hele fijne poriën,
maar toch nog een groot poriën-volume hebben, n.l. 25 a 30 C/o.
Een van de punten van research zal zijn om te komen tot een
lager poriënvolume.
B. PERS.
A. VORMMACHINE.
Afb. 3
Volgens het Magnani-procédé, dat vroeger in Duitsland door
de Torfit-Werken bij Bremen werd toegepast, wordt dunne
asbest-cement brij gestort tussen twee walsen, waarvan de
ene als drukwals dient. De andere wals is van fijne gaatjes
voorzien en bekleed met een fijn-filterdoek (afb. 3) .
In het inwendige wordt een vacuum onderhouden.
Het water wordt door het doek heen aan de asbest-cement
brij onttrokken, waardoor zich op deze wals een laag asbestcement afzet, die voortdurend dikker wordt. Zodra voldoende
dikte is bereikt, wordt de wals uit de machine genomen en in
een tweede machine geplaatst, waarin gegroefde walsen de
buis krachtig nawalsen. Gedurende dit persen wordt in de
wals, waarop zich de buis bevindt, eveneens een vacuum
onderhouden. De buis wordt daarna van de wals genomen.
Het procédé met de Mazza machine verloopt als volgt:
Het dunne mengsel van asbest, cement en water wordt
op het koperdoek van de rondzeef gebracht (zie afb. 4),
waarvan de breedte gelijk is aan de lengte van de te vervaardigen buis. Het water loopt door het koperdoek weg en wordt,
voor zover nodig, nog afgezogen door de zuigkast. Op het
doek vormt zich zo een dun laagje asbest-cement-pasta ter
dikte van ongeveer 0,2 mm. Dit laagje wordt overgenomen
door de transportband, waarop het nog wat verder uitdroogt en wordt ten slotte onder druk om de buiskern gewikkeld. Heeft zich daarop een voldoend dikke laag gevormd,
dan wordt de buiskern uit de machine genomen, de buis wordt
er afgeschoven en is gereed om te verharden. Na het verharden, waarmede enige weken zijn gemoeid, worden de einden
van de buis op maat afgesneden en afgedraaid.
De bovenomschreven werkwijze wordt algemeen gevoigd
door de fabrieken van het Eternitconcern.
Eigenschappen van het materiaal.
De buizen hebben een gering gewicht. Het S.G.is 2,1, dus
veel kleiner dan dat van ijzer. De wam-clen-zijn-vaor water bijna
ondoorlatend. Wel niet volmaakt ondoorlatend, maar de
dichtheid is zodanig, dat er practisch niet zoveel water doorgaat, dat men er in de practijk van het waterleidingbedrijf iets
van merkt. Eveneens zijn ze ondoorlatend voor bacteriën. De
buizen zijn ongevoelig voor zwerfstromen, dus ook voor zwerfstroomcorrosie; de keerzijde van deze eigenschap is, dat ze
ook ongeschikt zijn voor ontdooiing langs electrische weg. De
buizen hebben een trekvastheid van _t 200 kg/cm2, een ringdrukvastheid van -+ 600 kg/cm2 en een buigtrekvastheid van
+- 300 kg/cm2, terwijl de elasticiteitsmodulus E = + 180.000.
De buizen zijn inwendig mooi glad. Toepassing van de formule
van Colebrook bij doorstroming met water geeft een coëfficient
i = 0,Ol; de buizen zijn dus bijna hydraulisch glad.
Het materiaal heeft men. ook laten bevriezen en geconstateerd, dat een niet met water gevulde buis, waarvan de wand
veel water bevat, niet stuk vriest. Het materiaal laat zich heel
geschikt aanboren. Men boort een gat, waar men een draad
in tapt; dan wordt de dienstkraan er ingedraaid. Er is wel
verschil van inzicht geweest of men een tap moest gebruiken
met onderbroken of niet onderbroken draad. Een boortap
heeft vier snijkanten. De doorlopende draad kan beter gebruikt worden.
Wanneer men buizen gaat verwerken, zijn ze gedeeltelijk
wat uitgedroogd; na het leggen en het vullen van de.buisleiding met water worden de buiswanden met water verzadigd,
waardoor een uitzetting in de lengterichting ontstaat, welke
van 3-5 mm per 4 m buis bedraagt. Wanneer met het leggen
der buizen niet op enige speling wordt gerekend, ontstaan
daardoor drukkrachten in lengterichting in de \buisleiding,
hetgeen men b.v. merkt bij reparatie; wanneer er een stuk
tussenuit wordt genomen, moet er een korter stuk tussen gezet
worden.
Voor zover thans bekend is, worden asbest-cementbuizen
alleen aangetast in kalkagressief milieu, dus bij een pH kleiner
dan 7. Hoe lager de pH, hoe sterkei. de aantasting. Men kan
de buizen tegen aantasting beschermen door ze. te asfalteren,
Tot heden is daarvoor het meest doelmatig gebleken behandeling van de luchtdroge buis met een goede primer; bij voorkeur brengt men deze primer in 2 of 3 lagen achter elkaar op,
na droging van de voorgaande laag.
- -
Ten slotte in aansluifíng-op' dëlezing van Prof. Krul: de
-buizen-zijn -voor grote diameters niet concurrerend,
Verbindingen en hulpstukken.
Voor het verbinden van -de
onderling wordt in ons
- - pijpen
- --land vrijwel uitsluitend toegepast de ~ i m ~ l e x k o p ~ e welke
lin~,
in afb. 5 is weergegeven. De uiteinden van de buizen en het
inwendige van de Simplex mof zijn afgedraaid. Dit afdraaien
moet geschieden met zeer kleine toleranties, terwijl de rubberringen van zeer goede kwaliteit moeten zijn en ook met
Afb. 5
Sin~plea-koppeling.Stand der rubberringen. t@&na
het opschrciven der mof
Afb. 7a ,,eAJ' mat giet&er
geringe toleranties in de dikte; wordt aan deze eisen niet voldaan, dan ondervindt men moeilijkheden bij het leggen en
ten opzichte van de waterdichtheid. In afb. 6 is de verbinding
op groter schaal weergegeven. De toe te laten toleranties zijn
vermeld in de voorlopige keuringsvoorschriften, welke zijn
opgenomen in hoofdstuk 9 van het rapport ~sbest-cementbuizen .
Voor de verbindingen wordt veelal gebruik gemaakt van
gietijzeren hulpstukken waarvan enkele modellen zijn weergegeven in afb. 7 a t/m c.
n
.
-- i
1
Afb. 7 b
egMM ?)zat gietijzer
Afb. 7 c
,,eB" utat gietijzer
voor de bochten is asbest-cement gebruikelijk. De laatste
tijd worden ook E-, F- en A-stukken, alsmede verloopstukken
van asbest-cement gemaakt.
Ik ben gekomen aan het einde van mijn voordracht. Van het
materiaal kan men buizen maken, die verschillende goede
eigenschappen hebben en in toenemende mate door de waterleidingbedrijven in ons land worden gebruikt. Sommige bedrijven hebben reeds enige honderden kilometers van dit materiaal verwerkt.
INHOUD
Voorwoord
.
.
.
.
.
.
,
-
......
Algemene Inleiding, door Prof W. F. J . M . Krul
blz.
blz. 3
. .
,,
5
Vervaardiging van gietijzeren buizen, door Ir A.
Drwer
. . . . . . . . . . . . . . . . , .
Stalen buizen voor transportleidingen, door Ir
B. M. N . Bruls . . . . . . . . . . . . . .
Buizen van gewapend beton, door ZT A. J . Gurck
.
. . ,,
Fabricage en eigenschappen van asbest-cementbuizen, door Dr Ir G. J . de Glee . . . . . . . .
. .
15
36
59
92

Technische fiche buizen in staalverzinkt staal

Montage persverbindingen 12 t/m 54 mm

Lightly ECO TL adapter

Bestelformulier Rolgordijn standaard

Bandschuurmachine - Radiusslijpmachine GRIT GXR

Aanvraagformulier postnataal cytogenetisch onderzoek

Roestvast stalen hogedruk buizen

330 DS-O - Solatube

en microox-technologie - ECR

PE-RT