Test: Wie Polywater® UPR™ die strukturelle Integrität beschädigter Strommasten wiederherstellt
Eine Laborstudie von Polywater zeigt, wie UPR™ die strukturelle Festigkeit von Holzmasten wiederherstellt, die Druckfestigkeit verbessert und Fäulnis vorbeugt.
Ergebnisse einer Studie des Polywater-Labors zu den strukturrestaurierenden Eigenschaften der Polywater UPR-Reparatur von Holzmasten
Bewertung des Festigkeitsverlusts von Holzmasten
Holzmasten sind wesentliche Bestandteile von Freileitungen für Strom- und Kommunikationsnetze Sie sind jedoch ständigen Bedrohungen durch biologischen Verfall, Witterungseinflüsse und Wildschäden ausgesetzt. Selbst kleine Hohlräume, wie z. B. Spechtlöcher, können die strukturelle Belastbarkeit erheblich verringern und einen Keimpunkt für beschleunigten Verfall und Fäulnis bilden.
Das Polywater® UPR™ Reparatursystem für Strommasten aus Holz wurde entwickelt, um beschädigte Mastabschnitte zu füllen, abzudichten und zu schützen und so die Lebensdauer zu verlängern, indem der Verfall gestoppt und Feuchtigkeit abgewehrt wird. Diese beiden Eigenschaften sind nach wie vor die wichtigsten Mechanismen, durch die UPR die Lebensdauer von Holzmasten verlängert.
Kürzlich kontaktierte ein Kunde Polywater mit der Frage, ob UPR die mechanische Festigkeit von Strommasten wiederherstellt. Obwohl UPR als Lösung beschrieben wird, die die Integrität beschädigter Strommasten wiederherstellt – aufgrund seiner Fähigkeit, an Holzfasern zu haften und sich mit ihnen zu verbinden und so zu einer mit Holz vergleichbaren Festigkeit auszuhärten –, hat Polywater bisher nicht behauptet, dass UPR die mechanische Festigkeit wiederherstellt. Stattdessen konzentrierte sich Polywater darauf, seinen Kunden konkrete Daten zur Produktleistung zu liefern. Da die physikalischen Zusammenhänge beim Versagen von Strommasten komplex sind, legte das Unternehmen Wert darauf, die primären Vorteile von UPR zu verifizieren, anstatt über die strukturelle Wiederherstellung zu spekulieren.
Die Frage, ob UPR auch die Festigkeit wiederherstellen kann, blieb dem Kunden jedoch wichtig. Daher entwickelte Polywater eine Methode zur Quantifizierung der Wiederherstellungsfestigkeit eines mit UPR versiegelten Strommastes. Im Rahmen dieser Bemühungen konsultierte Polywater einen Professor für Holzprodukte, der über umfangreiche Erfahrung in der Prüfung des strukturellen Versagens von Strommasten verfügt.
Nach mehreren Gesprächen verwies dieser Experte Polywater auf ASTM D1036: Standardprüfverfahren für statische Prüfungen von Holzmasten, das standardisierte Verfahren zur Bewertung der Mastfestigkeit bereitstellt. Da die zerstörende Prüfung von Strommasten in Originalgröße zeit- und ressourcenintensiv ist, übernahm das Team die Bestimmungen von ASTM D143: Standardprüfverfahren für kleine, transparente Holzproben, die die Prüfung kleinerer Proben zur Bestimmung der statischen Biegefestigkeit ermöglichen.
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Entwicklung eines Prüfrahmens zur Bewertung der Festigkeitswiederherstellung
Das Polywater-Labor wählte Dübel aus Sumpf-Kiefer mit einem Durchmesser von 2,54 cm (1 Zoll) als Prüfkörper aus und schnitt sie auf die entsprechenden Längen zu, um die Abmessungen von Strommasten zu ermitteln.
Da Holz ein organisches und variables Material ist, war für die statistische Zuverlässigkeit eine große Probengröße erforderlich. Das Labor bereitete mindestens 20 Proben für die beiden Festigkeitsprüfungen – statische Biegung und Druck – vor, um die Variabilität zu minimieren. Die Tests verglichen drei Bedingungen:
1. Intakte Dübel (Kontrolle)
2. Dübel mit simulierten „ Spechtlöchern“
3. Dübel mit mit Polywater UPR-NF gefüllten Löchern
Alle Tests wurden mit einer Instron-Prüfmaschine durchgeführt.
Vorbereitung der Dübel zur Simulation realer Schäden an Strommasten
In die Dübelseiten wurden Löcher gebohrt, um Spechtschäden zu simulieren. Ein Spatenbohrer wurde entlang der Länge und Breite jedes Dübels zentriert. Die Lochgröße wurde so skaliert, dass sie dem relativen Verhältnis eines großen Spechtlochs zu einem Strommast in Originalgröße entspricht. Für die Druckversuche wurden etwas größere Löcher verwendet, da die Instron-Prüfmaschine während der Prüfung ihre Tragfähigkeit erreichte.
Bei jedem Dreipunkt-Biegeversuch wurde die Lochfläche entweder nach oben (zum Querhaupt hin) oder nach unten (vom Querhaupt weg) ausgerichtet, um Richtungseffekte zu bewerten.
Anwendung von Polywater UPR-NF in kontrollierten Testumgebungen
Polywater UPR-NF wurde gemäß der veröffentlichten Gebrauchsanweisung mit einer 250-ml-Kartusche aufgetragen. Jedes vorbereitete Dübelexemplar stellte somit einen verkleinerten Strommast mit reparierter Spechthöhle dar.
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Holzfestigkeitsprüfungen
Statischer Biegeversuch
Ein Dreipunkt-Biegeversuch wurde an den Dübeln mit einem Durchmesser von 2,5 cm und einem Abstand von 40,6 cm zwischen den Stützen durchgeführt. Der Querträger war eine umgekehrt V-förmige Vorrichtung mit einer Breite von 2,5 cm. Alle Lasten wurden senkrecht zur Maserung mit einer Geschwindigkeit von 1,3 cm pro Minute aufgebracht. Ein Bild des Tests ist oben dargestellt. Maximale Last und Verschiebung bei maximaler Last wurden gemäß ASTM D143 aufgezeichnet. Für jede Konfiguration wurden zwanzig Proben getestet, um die Probenvariation zu minimieren. Die Ergebnisse dieses Tests sind unten in einem Diagramm dargestellt. Die schwarzen Punkte zeigen den maximalen und berechneten Bruchpunkt der mit UPR-NF gefüllten Dübel. Die Verwendung der für jeden Dübel beobachteten Maximalkraft reduziert die Standardabweichung des Tests.
Abbildung 2: Dieses Diagramm zeigt die Traversenverschiebung im Vergleich zur Kraft für die mit UPR-NF gefüllten Löcher (Löcher nach oben) im statischen Biegeversuch.
Druckprüfung
Die Druckprüfung wurde an 7,6 cm langen Dübelabschnitten durchgeführt, die parallel zur Faserrichtung mit einer Traversengeschwindigkeit von 1,3 cm pro Minute belastet wurden. Geschlossene Spannzeuge wurden mittig auf jedem Dübelquerschnitt platziert und berührten das Bohrloch auf halber Höhe, wie im Prüfaufbau dargestellt. Für jede Bedingung wurden zwanzig Proben getestet.
Testergebnisse
Die durchschnittliche maximale Druckkraft für die 20 Proben ist in Diagramm 1 unten dargestellt.
Diagramm 1: Druckergebnisse
*Der Instron erreichte in mehreren Tests seine maximale Tragfähigkeit (4,89 kN). Dies deutet darauf hin, dass der tatsächliche Durchschnitt höher sein könnte.
Die durchschnittliche maximale Kraft für 20 Proben mit und ohne Dichtungsmittel ist in Diagramm 2 unten dargestellt. Die Ergebnisse für jede Ausrichtung werden angezeigt.
Diagramm 2: Ergebnisse der statischen Biegung
Bewertung der strukturellen Integritätsverbesserungen durch UPR-NF
Der Druckversuch zeigte eine deutliche Festigkeitssteigerung – über 200 % mehr als bei den Kontrollproben – und der tatsächliche Wert könnte angesichts der Kraftbeschränkungen der Prüfmaschine sogar noch höher liegen. Dies deutet darauf hin, dass UPR die Druckfestigkeit von Holz beim Füllen eines Hohlraums erhöht.
Unter Biegebelastung hing die Festigkeitsrückgewinnung von der Kraftrichtung ab. Bei Belastung in Richtung des gefüllten Hohlraums zeigten die reparierten Proben eine um etwa 20 % höhere Festigkeit als ungefüllte Proben. Da die defekte Seite des Mastes typischerweise die schwächste und anfälligste ist, verbessert diese lokale Verstärkung die Haltbarkeit deutlich.
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Strommasten in der Praxis sind jedoch komplexen, multidirektionalen Kräften ausgesetzt, die unter Laborbedingungen nicht einfach reproduziert werden können. Obwohl nicht behauptet werden kann, dass UPR einen bestimmten Prozentsatz der Gesamtfestigkeit des Mastes wiederherstellt, zeigt die Studie, dass das Füllen von Hohlräumen mit UPR die Widerstandsfähigkeit gegenüber bestimmten Belastungsvektoren erhöht – wodurch Masten lokaler Belastung und Verformung besser standhalten.
Neben den mechanischen Vorteilen bleibt der Hauptvorteil von Polywater UPR seine Schutzfunktion. Das Material fließt, füllt Hohlräume vollständig aus, verdrängt Feuchtigkeit und löst eine exotherme Reaktion aus, die Mikroben und Bakterien abtötet. Diese kombinierten Effekte stoppen den Verfall und verlängern die Lebensdauer. Folglich führt UPR zwar zu einer messbaren kurzfristigen Verbesserung der Festigkeit, sein langfristiger Wert liegt jedoch in der Eindämmung von Verschleißerscheinungen und der Erhaltung der strukturellen Integrität im Laufe der Zeit.
Die wichtigsten Schlussfolgerungen
• Polywater UPR stellt die lokale Festigkeit von beschädigtem Holz unter Druck- und Biegebelastung wieder her.
• Feuchtigkeitsentfernung und mikrobieller Schutz verlängern die Lebensdauer von Masten über die sofortige Verstärkung hinaus.
• UPR-Reparaturen erhöhen die Widerstandsfähigkeit von Strommasten, reduzieren die Austauschhäufigkeit und verbessern die allgemeine Netzzuverlässigkeit.
