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

Abstract

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.