Кольцевая жесткость (КЖ) – способность пластиковых композитных труб сохранять свою форму без разрушения при воздействии нагрузки. Является основным параметром при выборе изделий с учетом их прочности – показывает нагрузку, которую выдержит труба при воздействии факторов деформации (безопасную глубину заложения, наличие транспортной нагрузки и др.). Более простое объяснение – это способность сохранять форму при давлении грунта, в том числе с дополнительной нагрузкой (например, от давления проезжающего транспорта).
Коротко о трубах
Пластиковые трубы и детали трубопроводов нашли широкое применение в различных сферах народного хозяйства. Наиболее массовое использование отмечается в строительной отрасли. Материалом для изготовления изделий служат полимеры с линейной структурой – термопласты и термореактивные полимеры – композиты, формирующие при отверждении пространственно-сшитую трехмерную сетку – реактопласты.
Различия материалов просматриваются в представленной таблице (см. табл. 1).
| Параметр | Термопласты | Реактопласты |
|---|---|---|
| Молекулярная структура | линейная/разветвленная | сетчатая (сшитая 3D-сетка) |
| Поведение при нагревании | плавятся, формируются многократно | не плавятся после отверждения, термически разлагаются |
| Рабочие температуры | 60–250 °С | 150–400 °С |
| Механические свойства | ударная вязкость, гибкость | высокие жесткость, прочность на сжатие, низкая ползучесть |
| Химическая стойкость | умеренная | высокая |
| Возможность переработки | высокая механическая, химическая | низкая (вторичная переработка затруднена) |
| Технологии | литье под давлением, экструзия | RIM, RTM, прессование, автоклав, намотка композитов |
Таблица 1
В зависимости от назначения трубы могут армироваться стекловолокнами, базальтовыми волокнами, алюминием и др. материалами. Соответствие продукции предназначению подтверждается оценкой качества, определяемого при контроле их характеристик.
Испытания прочности труб
Одним из ключевых факторов, характеризующих прочность изделия, является кольцевая жесткость.
Необходимость определения кольцевой жесткости труб и деталей трубопроводов
При использовании труб в подземных коммуникациях КЖ является базовым идентификатором в проектировании трубопроводов. Она позволяет определить сферу применения, условия монтажа и технические характеристики всех элементов трубопроводной магистрали.
Прокладка подземного трубопровода
Кольцевая жесткость показывает способность выдерживания величины нагрузки в зависимости от степени уплотнения грунта (см. табл. 2).
| Условия прокладки | Материал засыпки труб | Рекомендуемая min жесткость труб, кН/м² | |
|---|---|---|---|
| Глубина укладки труб менее 3 м | 3–6 м | ||
| Естественный грунт без нагрузки транспорта | местный грунт | 2 | 4 |
| песок, гравий <22 мм | 2 | 4 | |
| галька, щебень 4–22 мм | 4 | 4 | |
| местный грунт (наносы и плотная глина) | 2 / 4* | 4 / 8* | |
| Второстепенные улицы с незначительной интенсивностью движения | местный грунт | 8 | 8 |
| песок, гравий <22 мм | 8 | 8 | |
| галька, щебень 4–22 мм | 8 | 8 | |
| наносы и плотная глина | 8 | 8 | |
| Главные улицы с интенсивным движением | местный грунт | 8 | 8 |
| песок, гравий <22 мм | 8 | 8 | |
| галька, щебень 4–22 мм | 8 | 8 | |
Таблица 2
Из представленной таблицы легко сделать вывод: чем больше кольцевая жесткость, тем более высокие нагрузки выдерживает труба. Эту же зависимость подтверждает график, рассмотренный в нормативной документации.
Правильный выбор кольцевой жесткости предотвратит разрушение трубы при эксплуатации и обеспечит долговременную работу трубопровода.Классификация жесткости труб
Трубы и детали трубопроводов классифицируются в соответствии со значением их КЖ и делятся на классы жесткости. Обозначение класса – SN с числовым значением степени числа 2. Измеряется в кН/м² и рассчитывается по формуле:
SR = (E × I) / Dm³,
где E – модуль упругости, I – момент инерции стенки трубы, Dm – средний диаметр трубы.
Наиболее распространенными принято считать классы жесткости SN2, SN4, SN8, SN16. Например, трубы с КЖ класса SN8 прокладываются на глубине более одного метра от поверхности грунта и выдерживают нагрузку проходящих грузовых машин, тогда как изделия класса SN16 допускают закладку на глубину до 16 м. Трубы с жесткостью других классов применяются реже.
Траншейная укладка канализационного трубопровода
Особенно актуальным выбор значения кольцевой жесткости является при проектировании канализационных и дренажных магистралей, поскольку их монтаж осуществляется траншейным способом без применения защитных модулей (бетонные каналы, лотки, защитные оболочки и др. конструкции). Или, если сказать простым языком – трубы укладываются на землю и засыпаются грунтом.
Во время производства трубы и детали трубопроводов подлежат обязательной проверке их качества. С этой целью проводится ряд испытаний на соответствие изделий требованиям НТД:
- гидростатические;
- пневматические;
- ультразвуковые;
- рентгенографический контроль;
- механические (на растяжение, на изгиб, на сжатие, определение кольцевой жесткости и др.).
Для проверки качества труб из полимерных композитов разработаны соответствующие стандарты, например:
- ГОСТ Р 54926-2012 «Трубы и детали трубопроводов из реактопластов, армированных стекловолокном. Метод определения устойчивости к начальной кольцевой деформации»;
- ГОСТ Р 55071-2012 «Трубы и детали трубопроводов из реактопластов, армированных стекловолокном. Методы испытаний. Определение начальной удельной кольцевой жесткости»;
- ГОСТ Р 54925-2012 «Трубы и детали трубопроводов из реактопластов, армированных стекловолокном. Методы определения начального окружного предела прочности при растяжении»;
- ГОСТ Р 55070-2012 «Трубы и детали трубопроводов из реактопластов, армированных стекловолокном. Методы испытаний. Испытания на герметичность при кратковременном внутреннем давлении»;
- ГОСТ Р 55068-2012 «Трубы и детали трубопроводов из композитных материалов на основе эпоксидных связующих, армированных стекло- и базальтоволокнами. Технические условия»;
- ГОСТ Р 54924-2017 «Трубы и детали трубопроводов из реактопластов, армированных стекловолокном. Методы определения механических характеристик при осевом растяжении»;
- ГОСТ Р 55069-2012 «Трубы и детали трубопроводов из реактопластов, армированных стекловолокном. Методы испытаний. Испытания клеевого и резьбового соединения».
Специалисты компании «ГОСТ» помогут подобрать оборудование для испытаний труб на кольцевую жесткость и другие механические характеристики, а также предоставят консультации по выбору оснастки и методов контроля качества.