W artykule chciałbym się przyjrzeć szerzej wybranym parametrom technicznym rur polipropylenowych o różnej konstrukcji, zwłaszcza ich wytrzymałości po zarysowaniu.

W ostatnich latach systemy rur z tworzyw sztucznych z polipropylenu są stale udoskonalane. Na rynku pojawiają się nowe systemy, które posiadają coraz to nowe właściwości. Polipropylen jako materiał przy budowie kanalizacji bezciśnieniowej staje się coraz bardziej popularny w Polsce i w Europie. W tym artykule chciałbym się przyjrzeć szerzej wybranym parametrom technicznym rur polipropylenowych o różnej konstrukcji, zwłaszcza ich wytrzymałości po zarysowaniu. Artykuł bazuje na badaniach wykonanych przez Wolfganga Fischera opublikowanych w wydaniu nr 9/13 „Korrespondenz Abwasser – Stowarzyszenia DWA” we wrześniu 2013 roku. Obecnie na rynku istnieje dużo ofert rur o różnych konstrukcjach i w związku z tym pojawia się problem, także dla specjalistów, w ocenie różnych struktur ścianek i modyfikacji materiałowych pod względem ich zastosowania i właściwości. Rury PP z modyfikatorami są oferowane równorzędnie z rurami PP bez modyfikatorów. Twierdzi się, że te pierwsze zdobyły większą popularność dzięki dodatkom mineralnym. Myślę, iż polski czytelnik z chęcią zapozna się z najnowszymi badaniami tego typu materiałów.

Stan normalizacyjny

W Polsce aktualnie obowiązują następujące normy dotyczące rur polipropylenowych do kanalizacji zewnętrznej:

* PN-EN 1852-1 Systemy przewodów rurowych z tworzyw sztucznych do podziemnego bezciśnieniowego odwadniania i kanalizacji Polipropylen (PP) Część 1: Specyfikacje rur, kształtek i systemu.

* PN-EN 14785-1 Systemy przewodów rurowych z tworzyw sztucznych do podziemnego bezciśnieniowego odwadniania i kanalizacji Polipropylen z modyfikatorami mineralnymi (PP-MD) Część 1: Specyfikacje rur, kształtek i systemu

* Dodatkowo w przypadku innych konstrukcji, np. rur trójwarstwowych, wydawane są Aprobaty Techniczne.

Badania porównawcze

Badania zostały wykonane w renomowanych europejskich instytutach, np. SKZ Wuerzburg. Do badań porównawczych zaklasyfikowano następujące materiały i konstrukcje:

* Rura 1 – rura pełnościenna, jednowarstwowa, z polipropylenu bez modyfikatorów w kolorze żółto-pomarańczowym, wyprodukowana zgodnie z normą EN 1852-1.

* Rura 2 – rura pełnościenna, jednowarstwowa, z polipropylenu z dodatkiem modyfikatorów, w kolorze zielonym, wyprodukowana zgodnie z normą EN 14758-1.

* Rura 3 – rura o budowie ścianki trójwarstwowej, warstwa zewnętrzna i środkowa z polipropylenu z dodatkiem modyfikatorów, warstwa wewnętrzna z polipropylenu bez modyfikatorów w kolorze biało-szarym.

Na wyżej przedstawionych próbkach przeprowadzono wiele różnorodnych badań. Ze względu na ograniczone ramy artykułu postaram się przybliżyć tylko 3 wybrane testy o dużym znaczeniu dla przedsiębiorstw wodno-kanalizacyjnych. Testy te określają wytrzymałość przebadanych próbek po ich wcześniejszym zarysowaniu.

Motylski205-1 Motylski205-2

Rys. 1. Próbka karbowana (zarysowana).

Rys. 2. Próbka niekarbowana (niezarysowana).

Badania wytrzymałości

Próba rozciągania została przeprowadzona zgodnie z EN ISO 527 na wszystkich trzech rodzajach rur, zarówno na próbkach niezarysowanych, jak i na zarysowanych [1]. Badanie, nazwane karbowaniem, polegało na zarysowaniu ścianki zewnętrznej rury i symulowało uszkodzenie rury podczas montażu w wykopie w gruncie. Badanie miało pokazać, jak daleko naprężenia i zarysowania wpływają na wytrzymałość rury na rozciąganie.

Zauważalne jest, że rury 2 i 3, w przeciwieństwie do rury 1, wykazują o ok. 20-30% niższą wartość naprężenia przy granicy plastyczności (rys. 1, 2). Oznacza to, że siła przy złamaniu, którą rura może wytrzymać niezależnie od grubości ścianki, może być znacznie wyższa dla rury 1 niż dla rur 2 i 3.

Badania udarności

Celem tego badania była symulacja obciążeń dynamicznych na rurę. Wynik tego badania jest miarą istniejącej w rurze rezerwy bezpieczeństwa przy odporności na udarność rury, która zawsze występuje na budowie, szczególnie gdy rura ta została uszkodzona powierzchniowymi zarysowaniami i zadrapaniami. Innymi słowy badanie to symuluje, jak zachowa się zarysowana próbka rury podczas uderzenia.

Badanie to w jasny sposób pokazuje, iż rura pełnościenna z polipropylenu (rura 1) po zarysowaniu w pełni zachowuje swoja odporność na udarność. Inne próbki, w tym rura nr 2 i 3, nie posiadają tej odporności.

Motylski205-3

Rys. 3. Właściwości udarności Charpy wg EN ISO 176-1.

Badanie elastyczności obwodowej

W badaniu elastyczności obwodowej próbki z zewnętrznym zarysowaniem ustala się zdolność do odkształcania rury przy równoczesnym powierzchniowym uszkodzeniu (rowki, zadrapania). Takie uszkodzenia nie mogą zostać wyeliminowane w warunkach budowy systemu kanalizacji. Podczas gdy rury 1 i 2 osiągnęły wartość elastyczności > 30%, rura 3 zawodzi przy wartości deformacji poniżej 30% (rys. 4). Dla tej rury widoczne jest, że uszkodzenia powierzchniowe do warstwy środkowej wyraźnie obniżają elastyczność.

Motylski205-4

Rys. 4. Elastyczność obwodowa z karbami zewnętrznymi wg EN ISO 13968.

Wnioski

W tabeli syntetycznie przedstawiono wynik badań rur z polipropylenu. Wszystkie przeprowadzone ww. badania wskazują, iż materiałem o najwyższej wytrzymałości jest rura wykonana z pierwotnego polipropylenu (PP) bez modyfikatorów, o budowie jednowarstwowej. Przedstawione badania pokazują dobitnie, iż próbki rur poddane zarysowaniu w przypadku rury jednowarstwowej (rura 1) znacząco przewyższały rury z polipropylenu modyfikowane (rura 2 i 3). Uwzględniając wszystkie badane właściwości ww. systemów kanalizacyjnych, można stwierdzić, że pełnościenna rura z polipropylenu bez modyfikatorów wykazuje duże i wystarczające rezerwy bezpieczeństwa, aby opierać się występującym w praktyce obciążeniom podczas montażu i układania, jak również aby osiągnąć możliwie długi czas użytkowania.

Motylski205tab

Marcin Motylski

Literatura:

* Krrespondenz Abwasser – Abfall 9/13, wrzesień 2013.

* PN-EN ISO 13968 Systemy przewodów rurowych i rur osłonowych z tworzyw sztucznych – Rury z tworzyw termoplastycznych – Oznaczanie elastyczności obwodowej.

* PN-EN ISO 527 Tworzywa sztuczne – Oznaczanie właściwości mechanicznych przy statycznym rozciąganiu – Część 1: Zasady ogólne.

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *

Ta strona korzysta z ciasteczek (cookies) Więcej informacji

Ustawienia plików cookie na tej stronie są włączone na "zezwalaj na pliki cookie", aby umożliwić najlepszy z możliwych sposób przeglądania. Jeśli w dalszym ciągu chcesz korzystać z tej strony, bez zmiany ustawienia plików cookie lub kliknięciu przycisku "Akceptuję", a następnie użytkownik wyraża zgodę na to.

Zamknij