Non-destructive testing and mechanical characterization of thermosetting polymers used in pipeline rehabilitation

Cured in place pipe (CIPP) is one of the trenchless methods of pipe rehabilitation, by inserting a new polymeric liner inside the host pipe. Different abnormalities may occur during manufacturing, curing, inserting and operation in CIPP, which may reduce its efficiency; therefore regular inspection is necessary. Nowadays these inspections are only through destructive methods. In this thesis, the non-destructive testing (NDT) is applied, such as microwaves, terahertz and ultrasound immersion techniques for investigation these abnormalities. As the CIPP is exposed to water after installation, the effect of hydrothermal aging was investigated here. The aging was performed by immersion of CIPP samples in double distilled water at 65 °C until the samples get saturated. The saturation process was controlled through weighing. The inspection of aging was performed via comparison of optical microscopic images before and after aging and also through nanoindentation tests. It was shown that the mechanical aging is the reason of the mechanical properties degradation. Moreover, microwaves and terahertz techniques could distinguish aged samples from the unaged ones. These methods and ultrasound technique could detect the insufficient curing and geometrical defects in CIPP. Besides, the thickness measurement through these methods was possible. In summary NDT has a good outlook for analysis of CIPP and in the future it can be an alternative to destructive testing in this region.Cured in place pipe (CIPP) ist eine Rohrsanierungsmethode, bei der ein Polymer¬schlauch in das Altrohr eingeführt wird. Bei der Herstellung, Aushärtung, Einbringung und dem Betrieb von CIPP können verschiedene Auffälligkeiten auftreten, die die Effizienz von CIPP beeinträchtigen können und eine regelmäßige Überprüfung erforderlich machen. Heutzutage werden diese Inspektionen nur mit zerstörenden Methoden durchgeführt. In dieser Arbeit wurden zerstörungsfreie Methoden (ZfP) wie Mikrowellen, Terahertz und Ultraschall eingesetzt, um solche Auffälligkeiten zu untersuchen. Da das CIPP nach der Installation Wasser ausgesetzt ist, wurden in dieser Arbeit unter anderem die Effekte der Alterung untersucht. Die hydrothermale Alterung erfolgte durch Eintauchen der CIPP-Proben in doppelt destilliertem Wasser bei 65 °C, um die Proben vollständig mit Wasser zu sättigen. Dieser Prozess wurde durch Wägen überprüft. Die Untersuchung der Alterung erfolgte durch Vergleich ihrer lichtmikroskopischen Bilder vor und nach der Alterung sowie durch Nanoindentationstests. Hierdurch konnte gezeigt werden, dass die mechanische Alterung der Grund für die Verschlechterung der mechanischen Eigenschaften ist. Terahertz- und Mikrowellenverfahren konnten die gealterten Proben von nicht gealterten Proben unterscheiden. Außerdem waren die Dickenmessung, der Nachweis der unzureichenden Aushärtung und der geometrischen Defekte im CIPP mittels dieser Techniken und dem Ultraschallverfahren möglich

Non-destructive testing and mechanical characterization of thermosetting polymers used in pipeline rehabilitation

Cured in place pipe (CIPP) is one of the trenchless methods of pipe rehabilitation, by inserting a new polymeric liner inside the host pipe. Different abnormalities may occur during manufacturing, curing, inserting and operation in CIPP, which may reduce its efficiency; therefore regular inspection is necessary. Nowadays these inspections are only through destructive methods. In this thesis, the non-destructive testing (NDT) is applied, such as microwaves, terahertz and ultrasound immersion techniques for investigation these abnormalities. As the CIPP is exposed to water after installation, the effect of hydrothermal aging was investigated here. The aging was performed by immersion of CIPP samples in double distilled water at 65 °C until the samples get saturated. The saturation process was controlled through weighing. The inspection of aging was performed via comparison of optical microscopic images before and after aging and also through nanoindentation tests. It was shown that the mechanical aging is the reason of the mechanical properties degradation. Moreover, microwaves and terahertz techniques could distinguish aged samples from the unaged ones. These methods and ultrasound technique could detect the insufficient curing and geometrical defects in CIPP. Besides, the thickness measurement through these methods was possible. In summary NDT has a good outlook for analysis of CIPP and in the future it can be an alternative to destructive testing in this region

Qualitätssicherung und Untersuchung von Kanal-Schlauchlinern mittels zerstörungsfreier Prüfverfahren

Rohrsanierungen und Technologien zur grabenlosen Erneuerung von Abwasserleitungen wurden in den letzten 30-40 Jahren stetig zunehmend eingesetzt. Von der Gesamtlänge des öffentlichen Kanalnetzes in Deutschland waren 2004 ca. 20 % kurz- oder mittelfristig und weitere 21 % langfristig sanierungsbedürftig. Zur Sanierung der schadhaften Kanäle werden insbesondere Renovierungsverfahren in geschlossener Bauweise, d.h. ohne Störungen an der Oberfläche, eingesetzt. Mit einem Anteil von 88 % sind Reliningverfahren die am häufigsten angewandten Renovierungsverfahren. Als Marktführer gilt hier das Schlauchlining-Verfahren. Bei der Qualitätssicherung und Zustandserfassung der Schlauchliner ist nach dem Einbau eine Beschädigung der eingesetzten Materialien zu vermeiden. Die dazu notwendigen Inspektionsverfahren sollten im Vergleich zur manuellen Inspektion schnell und automatisierbar sein. Ein hierfür geeignetes zerstörungsfreies Prüfverfahren (Mikrowellenverfahren) und erste mit diesem Verfahren an Schlauchlinern erzielte Ergebnisse werden vorgestellt. Um ein räumlich hoch aufgelöstes Bild der Schlauchlinerproben zu erhalten, wurden Mikrowellen im Frequenzbereich 75 GHz - 100 GHz in berührungsloser Weise (Freiraum) im Reflexionsmodus eingesetzt. Hierzu wurde ein vektorielles Netzwerk-Analysatorsystem (VNWA) verwendet, das eine genaue und breitbandige Messung ermöglicht. Damit konnten künstliche Defekte mit verschiedenen Durchmessern und Tiefen detektiert werden

Detection of hydrothermal aging in Cured-In-Place Pipes (CIPP) based on microwave system

Pipe rehabilitation by means of trenchless techniques has been performed for more than 40 years already. Cured-in-place pipe (CIPP) is a trenchless method to repair damaged pipelines by inserting a new liner of polymer composite inside the existing host pipe. Since these liners are exposed to water at different temperature after installation for a long time, the purpose of a study was to investigate the effect of hydrothermal aging on CIPP samples and how this effect can be assessed by means of nondestructive testing. The hydrothermal aging was performed by immersion of liner samples in double-distilled water at 65°C. The effect of aging on the samples was determined by comparison of reference information (optical microscopy images and weight) with nondestructive testing parameters using microwaves. For nondestructive material testing, microwaves have been applied in the frequency range between 0.3 and 300 GHz. Microwave based methods have the advantage of no directcoupling between the probe and the object under test being required, such that the evaluation can be performed remotely from a standoff distance. The microwaves used in this study were in the frequency range of 75 - 100 GHz. For this a vector network analyzer (VNA) with frequency-modulated continuous wave (FMCW) radar was used to enable an accurate and broadband measurement. The effect of water-induced aging appeared as a change in the received microwave amplitude, which results from a change in permittivity of the material being inspected. The results of the weight measurement proved the water absorption in the samples. Moreover, the effects of water absorption were visible in the optic microscopic images as cracks and de-bonding between fibers and matrix. Getting those results combined does result in an approach on how to hopefully assess CIPP liners in service in the future