Продукция концерна Вавин, крупнейшего в Европе производителя пластмассовых труб, обладает высокой прочностью, устойчивостью к коррозии, диффузии, воздействию химических элементов и, как следствие, имеет длительный срок службы
Ведущие европейские производители постоянно занимаются разработками по дальнейшему повышению длительной прочности полимерных материалов, в ходе которых, в частности, возник вопрос, возможно ли при укладке в грунт полиэтиленовых труб обойтись без песчаной подушки. В исследованиях приняли участие концерн Вавин и ряд других производителей. Условиями испытаний труб под внутренним давлением и дополнительной внешней сосредоточенной нагрузкой при различных параметрах опытов предусматривались нагрузки, которые могут иметь место в эксплуатационных условиях.
Результаты испытаний подтвердили значительную корреляцию между долговременными характеристиками труб с сосредоточенной нагрузкой и сопротивлением материалов медленному росту трещин, как было определено в испытаниях на ползучесть с надрезом по периметру (ИПНП). Результаты ИПНП использованы в прогнозе минимального срока службы полиэтиленовых труб, уложенных в грунт без песчаной подушки. Расчеты основаны на консервативных результатах каждой серии испытаний. Это означает, что они приведены с большим запасом прочности.
Срок службы уложенных в грунт труб сокращается вследствие концентрации напряжений, вызванных внешними сосредоточенными нагрузками, и тесно связан с сопротивлением материалов медленному росту трещин. В результате постоянно ведущихся исследований и разработок с целью улучшить сопротивление ползучести оно в настоящее время значительно превышает минимальные требования к качеству полиэтиленовых труб.
Заглубленные полиэтиленовые трубы могут повреждаться вследствие сосредоточенных или погонных нагрузок, которые действуют в дополнение к расчетным нагрузкам, к примеру, по внутреннему давлению, давлению грунта и дорожного транспорта. Так, погонные нагрузки могут быть вызваны деревянными закладными деталями, которые использовались в качестве опор под трубой и не были убраны перед засыпкой траншеи.
В соответствии с западными стандартами сокращение срока службы может быть вызвано внешними сосредоточенными или погонными нагрузками на трубы. Поэтому стандарты требуют во время укладки исключать такие нагрузки на наружные стенки труб и очищать основание траншеи от камней и булыжников.
Сопротивление образцов труб медленному росту трещин было исследовано в испытании на ползучесть с надрезом по периметру. Испытываемые образцы нарезались из труб в осевом направлении с параллельными торцами и приблизительно квадратным сечением. В каждом образце на середине его длины делался надрез, перпендикулярный к оси. К образцам прилагалась нагрузка при постоянном сопротивлении растяжению в 4 Н/мм2 ±0,03 Н/мм2, по отношению к сечениям, оставшимся ненадрезанными. Номинальная температура испытаний составляла 80 °С ± 0,2 К.
Испытания на ползучесть при растяжении были проведены с изменением температуры, а для ускорения проведения исследований использовался водный раствор ®ARKO-PAL N-100 в деминерализованной воде.
Максимальное напряжение, которое испытывает материал труб от сосредоточенной нагрузки, представляет собой предел текучести. Поскольку дополнительное напряжение в стенке трубы далеко от точки нагрузки является нулевым, в этом испытании были представлены практически все возможные напряжения, которые могут случиться в условиях реальной эксплуатации.
Необходимое удлинение поверхности на внутренней поверхности стенки трубы было получено смещением инструмента вдоль радиуса трубы при радиусе наконечника инструмента в 5 мм.
На инструмент подавалась нагрузка до тех пор, пока на внутренней поверхности стенки трубы не удалось измерить хорду длиной 5 мм. Это произошло при смещении инструмента в 9 мм от наружной поверхности трубы.
Вообще максимальный срок службы пластмасс определяется термическим старением, которое вызывает охрупчивание материала. Кроме температуры и времени влияние оказывают и такие параметры, как среда и доступный кислород. Вода, насыщенная кислородом, оказывает наибольшее действие на снижение максимального срока службы, поскольку вызывает ускоренное термостарение. Согласно энергии активации термическая деструкция при высокой температуре (например, 80 °С) происходит довольно быстро, а при низких температурах (20 °С) случается спустя длительное время.
Принято, что если традиционно стабилизированный полиэтилен испытывается в течение одного года при 80 °С без термического старения, это при температуре 20 °С эквивалентно 100 годам службы.
На поверхности разрушения как в испытаниях на ползучесть с надрезом по периметру, так и в трубе под внешней сосредоточенной нагрузкой выявлены лишь незначительные деформации без признаков макроскопической пластичности. Это подтверждено исследованиями с применением растрового электронного микроскопа.
На основании результатов исследования можно сделать вывод, что трубы с временем до разрушения, превышающем 2000 часов в испытаниях ИПНП (80 °С, 2% Arkopal N-100, 4 Н/мм2), можно укладывать под землю без песчаной подушки для эксплуатационного давления 4 бар (коэффициент запаса прочности 2). Это вызвано тем, что трубы под внешней сосредоточенной нагрузкой превышают предел термического старения при 80 °С, что соответствует сроку службы как минимум 100 лет при 20 °С.
Концерн Вавин хочет иметь абсолютную уверенность в том, что изготовленные им системы пластмассовых труб работают и будут работать исправно, поэтому не ограничивается только лабораторными испытаниями. В исследовательских целях на территории Скандинавии и всей Европы выкапываются и тщательно проверяются трубы Вавин, эксплуатируемые уже более 40 лет в грунтах разного типа и подверженные воздействию различных условий окружающей среды.
Благодаря этим исследованиям установлено, что правильно смонтированные системы труб не подвергаются изменениям даже после длительной эксплуатации, а сама структура пластмассы остается как новая. Результаты исследований также свидетельствуют, что срок службы систем пластиковых труб Вавин должен быть не менее 100 лет, и предоставляют достаточную гарантию от возникновения неожиданных проблем, связанных с утечкой сточных вод, и других загрязнений окружающей среды.
Трубопроводы, десятилетия находящиеся в эксплуатации, прекрасно выдержали все испытания потому, что качество систем трубопроводов Вавин тщательно контролируется на всех стадиях производства и доставки покупателю.
Реферальная программа системы Miralinks
