Studie:

Eine dreijährige Studie mit Wellrohren aus Polyethylen hoher Dichte, die für die Entwässerung unter einer S-Bahn-Linie in Pennsylvania verwendet werden, ergab „keine erkennbaren Leistungsunterschiede“ zwischen dem Rohr aus Neuharz und einem Rohr aus recyceltem Material.

Rohrexperten sagen, dass die Ergebnisse der Feld- und Laborbewertung einen wichtigen Schritt zur Validierung der Verwendung von aus recyceltem Kunststoff hergestellten Rohren für Eisenbahnanwendungen und höchstwahrscheinlich auch für Autobahnanwendungen darstellen.

HDPE-Rohre aus Post-Consumer-Materialien werden seit Jahrzehnten in landwirtschaftlichen Anwendungen verwendet, aber die Eisenbahnspezifikationen verlangen, dass Rohre zu 100 Prozent aus Neumaterialien hergestellt werden. Die große Sorge bestand darin, dass die Lebensdauer des Rohrs durch das Vorhandensein von Verunreinigungen im recycelten Inhalt beeinträchtigt werden könnte.

Um jedoch nachhaltigere und kosteneffizientere Verfahren zu integrieren, hat die Transportbranche Interesse an der Verwendung von Rohren aus recyceltem Material bekundet – wenn die langfristige Leistung mit der von Rohren aus neuen Materialien gleichwertig ist, so Michael Pluimer, der daran gearbeitet hat studierte und promovierte gleichzeitig an der Villanova University in Philadelphia.

Villanova führte die Studie mit der Southeastern Pennsylvania Transit Authority (SEPTA) zu HDPE-Rohren durch, die zu 49 Prozent aus Post-Consumer-Inhalten hergestellt wurden, als Teil der Nachhaltigkeitsinitiativen von SEPTA. Die Universität finanzierte die Studie zusammen mit dem National Cooperative Highway Research Program (NCHRP).

Ab Oktober 2013 überwachten Pluimer und ein Team von Universitätsingenieuren die Leistung von Rohren, die unter der Personenbahnlinie in der Nähe von Doylestown verlegt wurden. Anschließend bewerteten sie die Lebensdauer der Rohre im Hinblick auf Ermüdung und Spannungsrisse anhand einer beschleunigten Laborstudie.

Im HDPE-Rohr wurden Sensoren angebracht, um zu untersuchen, wie es auf den Druck vorbeifahrender Züge reagiert.

Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass beide Rohre eine Lebensdauer von mehr als 100 Jahren haben dürften. Eine 11-seitige Zusammenfassung der Studie besagt, dass das Rohr, das zu 49 Prozent aus gebrauchtem Material besteht, voraussichtlich zwischen 180 und 600 Jahre halten wird, bevor es zu Rissen kommt. Pluimer sagte jedoch, dass bei Prognosen über 100 Jahre hinaus auch andere Faktoren in die Gleichung einfließen können.

„Während vorhergesagt werden kann, dass das Rohr im Vergleich zu spröden Spannungsrissen [ein paar hundert Jahre] hält, berichten wir normalerweise nur, dass es auf der Grundlage des Lebensdauervorhersagemodells mehr als 100 Jahre halten wird“, sagte Pluimer in einem Telefoninterview . „Dies gilt in dieser Studie sowohl für neue als auch für recycelte Rohre.“

Angesichts der nicht unterscheidbaren Leistung und der erwarteten mindestens hundertjährigen Betriebszeit beider Rohrarten würden Rohre aus recyceltem HDPE neue ökologische und möglicherweise wirtschaftliche Überlegungen für den Markt darstellen.

„Es ist eine nachhaltigere Alternative, da weniger Neumaterialien verwendet werden und es daher aus umweltfreundlicher Sicht umweltfreundlicher ist“, sagte Pluimer. „Darüber hinaus könnte es auch Kostenvorteile geben.“

Historisch gesehen war Beton das Hauptmaterial für die Eisenbahnentwässerung, gefolgt von Metall und dann Kunststoff, bei dem es sich um PVC oder HDPE handeln könnte. Wenn HDPE-Rohre mit Post-Consumer-Technologie eine neue Option werden, dürfte dies die Kosten durch verstärkten Wettbewerb senken, so Daniel Currence, technischer Leiter der Wellrohrabteilung des Plastics Pipe Institute, einem Handelsverband mit Sitz in Dallas.

„Unser Standpunkt ist, dass Sie immer dann den besten Preis erhalten, wenn Sie zusätzliche Materialien zulassen, um mit ihnen zu konkurrieren“, sagte Currence im selben Telefoninterview.

Michael Pluimer sammelt während der Studie Daten.

Eine ordnungsgemäße Entwässerung ist für die Instandhaltung von Eisenbahngleisbetten wichtig. Selbst ein geringer Anstieg der Feuchtigkeit in den darunter liegenden Gesteins- und Kiesschichten kann die Tragfähigkeit und Stabilität beeinträchtigen, was sich wiederum auf die Abbauraten der Gleise auswirkt.

Wellpappe aus HDPE wird in der Bahnindustrie häufig für Düker- und Entwässerungsanwendungen verwendet, da es korrosions- und abriebfest ist, eine lange Lebensdauer hat und flexibel ist. SEPTA war daran interessiert, die Leistung und Haltbarkeit von Rohren aus recyceltem HDPE zu erfahren.

Die Rohre für die Studie wurden von Advanced Drainage Systems gespendet, einem Hersteller mit Sitz in Hilliard, Ohio, und einem Recyclingbetrieb in Pennsylvania. Etwa 25 Meilen von Philadelphia entfernt wurden 60 Fuß HDPE-Wellrohr unter der S-Bahn-Linie verlegt. 30 Fuß Rohr wurden aus HDPE-Neuware und 30 Fuß aus HDPE mit Recyclinganteil hergestellt.

Die Rohre wurden Ende an Ende im selben Graben verlegt und in der Mitte mit einer wasserdichten Dichtung verbunden. Obwohl die Konstruktionsanforderungen von SEPTA eine Überdeckung von mindestens 5,5 Fuß von der Oberseite des Rohrs bis zur Unterseite der Eisenbahnschwelle erfordern, wurde das Minimum auf 2 Fuß reduziert, um die Produkte anspruchsvollen Testbedingungen zu unterziehen.

Täglich fuhren dann etwa 36 Züge mit bis zu sechs Waggons über die Rohre. Die Waggons wiegen im leeren Zustand 75 Tonnen und bieten Platz für bis zu 109 Passagiere. Daten über die Rohrleistung wurden mithilfe von Dehnungsmessstreifen und Dehnungsmessgeräten erfasst.

„Nach drei Betriebsjahren funktionieren beide Rohre gut und es sind keine erkennbaren Unterschiede festzustellen“, heißt es in der 11-seitigen Zusammenfassung aus dem Jahr 2016. „Die gemessenen Dehnungen und Durchbiegungen an beiden Rohren sind minimal und liegen deutlich unter den Branchenempfehlungen.“

Im Labor wurden Prüfkörper aus dem Rohr mit Neumaterial und dem Rohr mit Recyclingmaterial bei unterschiedlichen Belastungs- und Temperaturbedingungen bewertet. Zusätzliche Tests wurden an Testrohren durchgeführt, die mit einer Mischung aus 95 Prozent Post-Consumer-Anteil und 5 Prozent Ruß-Masterbatch hergestellt wurden und laut Studienergebnissen voraussichtlich zwischen 160 und 250 Jahre halten würden, bevor Sprödrisse auftraten.

Laut PPI-Präsident Tony Radoszewski zeigt die Studie, dass die Kunststoffrohrindustrie eine Führungsrolle dabei übernimmt, der Transportbranche mehr Auswahlmöglichkeiten zu bieten.

„Dies gibt der Planer- und Designgemeinschaft – sei es bei Eisenbahnen oder wenn wir die Möglichkeit suchen, diese Produkte auf Staatsstraßen und sogar bei privaten Arbeiten einzusetzen – ein völlig neues Maß an Vertrauen, dass die Einbeziehung recycelter Produkte eine praktikable Lösung für interessierte Parteien ist.“ „Ich möchte ein nachweislich nachhaltiges Produkt und eine langfristige Nutzung haben“, sagte Radoszewski im Telefoninterview. „Ich glaube nicht, dass unsere konkurrierenden Industrien in dieser Hinsicht wirklich so führend sind wie wir.“

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