Pow³oki ochronne

2.3.7.1. Wprowadzenie

Obecnie producenci rur ¿eliwnych oferuj¹ ró¿ne rozwi¹zania materia³owe pow³ok ochronnych zewnêtrznych i wyk³adzin wewnêtrznych. Je¿eli chodzi o zewnêtrzne po-w³oki ochronne, to najczêœciej stosowane s¹ systemy wielowarstwowe. Zwykle pierw-sz¹ warstwê ochronn¹ stanowi pow³oka cynkowa. Jest ona nak³adana na powierzchniê zewnêtrzn¹ rury poprzez:

• malowanie farbami zawieraj¹cymi proszek cynkowy, • nanoszenie w procesie cynkowania ogniowego.

Drug¹ warstwê ochronn¹ wykonuje siê z masy bitumicznej lub z tworzyw sztucz-nych, stosuj¹c nastêpuj¹ce technologie:

• nawijanie folii polietylenowej,

• nak³adanie warstwy polietylenu z ekstrudera, • nak³adanie warstwy polipropylenu z ekstrudera, • nak³adanie warstwy poliuretanu.

Dodatkowa warstwa ochronna zabezpieczaj¹ca pow³okê cynkow¹ oraz warstwê izo-lacyjn¹ z tworzywa sztucznego mo¿e byæ wykonywana z nastêpuj¹cych materia³ów:

71

• zaprawa cementowa,

• zaprawa cementowa wzmacniana w³óknami z tworzyw sztucznych, • zaprawa cementowa wzmacniana siatk¹ z tworzyw sztucznych.

Wyk³adziny wewnêtrzne mog¹ byæ wykonywane z nastêpuj¹cych materia³ów: • zaprawa cementowa,

• poliuretan, • polietylen,

• ¿ywica epoksydowa.

2.3.7.2. Zewnêtrzne pow³oki ochronne rur ¿eliwnych

Powierzchnia zewnêtrzna rur ¿eliwnych zabezpieczana jest zwykle dwuwarstwowo. Bezpoœrednio na rurê nak³adana jest pow³oka cynkowa, która nastêpnie jest pokrywa-na warstw¹ ochronn¹ bitumiczn¹ lub z tworzywa sztucznego. Cynkowanie rur odbywa siê po odpowiednim podgrzaniu rury. Nanoszenie pow³oki cynkowej metod¹ natryski-wania polega na roztopieniu specjalnego drutu z czystego cynku w p³omieniu lub ³uku elektrycznym i skierowaniu kropelek roztopionego metalu na czyst¹ powierzchniê rury, woln¹ od t³uszczu i wilgoci. Podczas tego procesu rura jest jednoczeœnie przesuwana i obracana tak, ¿e cynkowa pow³oka nak³adana jest spiralnie w sposób ci¹g³y. Pow³oka ta jest nastêpnie pokrywana warstw¹ ochronn¹ z bitumu lub z ¿ywicy. Warstwy ochronne równie¿ nanoszone s¹ przez natryskiwanie. Czasem, w razie potrzeby, stosuje siê do-datkowe warstwy ochronne.

Dodatkowa pow³oka ochronna z PELD (polietylen o niskiej gêstoœci) dla rur o œre-dnicy do DN 500 nak³adana jest przy u¿yciu ekstrudera w postaci ci¹g³ego rêkawa, a ju¿ od œrednicy DN 400 mo¿na stosowaæ metodê nawojow¹ równie¿ z zastosowaniem eks-trudera. Przed rozpoczêciem nanoszenia pow³oki polietylenowej rurê nale¿y oczyœciæ i podgrzaæ tak, aby uzyskaæ dobr¹ przyczepnoœæ stosowanego w tej metodzie kleju.

Dodatkowa zewnêtrzna pow³oka z zaprawy cementowej ma na celu zabezpieczenie pozosta³ych warstw ochronnych przed uszkodzeniami mechanicznymi, np. w przypad-ku uk³adania ruroci¹gu bezpoœrednio na gruntach skalistych. Pow³oka taka, o ile jest stosowana, stanowi ostatni¹ warstwê w wielowarstwowym systemie ochronnym, w sk³ad którego wchodz¹:

• pow³oka cynkowa,

• warstwa poœrednia z ¿ywicy syntetycznej, • warstwa z zaprawy cementowej.

Warstwa z zaprawy cementowej zawiera czêsto w³ókna szklane lub z tworzyw nych. Je¿eli zastosowana zaprawa cementowa jest modyfikowana tworzywami sztucz-nymi, to mo¿na zrezygnowaæ z warstwy poœredniej. Warstwa zaprawy cementowej jest nak³adana poprzez natryskiwanie lub przy u¿yciu ekstrudera. W pierwszym przypadku warstwa zaprawy natryskiwana jest na powierzchniê nieruchomej rury poprzez obra-caj¹ce siê wokó³ niej dysze. W drugim przypadku zaprawa nanoszona jest przez sta-cjonarne dysze szczelinowe na powierzchniê zewnêtrzn¹ obracaj¹cej siê i przesuwaj¹-cej wzd³u¿ osi pod³u¿nej rury. Jednoczeœnie z nanoszeniem zaprawy cementowej rurê

owija siê spiralnie taœm¹ z siatki polietylenowej, która przykrywana jest kolejn¹ cien-k¹ warstw¹ zaprawy, a nastêpnie wyg³adzana. Ca³kowita gruboœæ tak uzyskanej war-stwy ochronnej wynosi oko³o 5 mm. Zabezpieczanie ocynkowanej czêœci kielichowej rury wykonuje siê oddzielnie.

2.3.7.3. Wewnêtrzne pow³oki ochronne rur ¿eliwnych

Od niedawna w ofercie niektórych firm s¹ rury z ¿eliwa sferoidalnego z wewnêtrz-n¹ pow³ok¹ z tworzywa sztucznego; najczêœciej jest to kilkumilimetrowa warstwa z polietylenu (PEHD), poliuretanu (PU), polipropylenu (PP) lub ¿ywicy epoksydowej. Standardowym rozwi¹zaniem dla rur ¿eliwnych stosowanych w gospodarce wodno-œcie-kowej jest najczêœciej wyk³adzina z zaprawy cementowej. Wyk³adzina taka powstaje przez wprowadzenie do wnêtrza szybko wiruj¹cej wzd³u¿ poziomej osi rury porcji œwie-¿ej zaprawy cementowej. Wewnêtrzn¹ wyk³adzinê z zaprawy cementowej mo¿na na-nosiæ na czyst¹ powierzchniê rury, woln¹ od t³uszczu i wilgoci. Prêdkoœæ obrotowa jest tak dobrana, ¿e si³a odœrodkowa daje oko³o 20-krotne przeci¹¿enie. Dziêki temu war-stwa naniesionej zaprawy jest g³adka i dobrze zagêszczona. Dojrzewanie zaprawy odby-wa siê zwykle w specjalnych komorach, zapewniaj¹cych odpowiedni¹ temperaturê i wilgotnoœæ. Wytrzyma³oœæ zaprawy na œciskanie po 28 dniach, zgodnie z norm¹, nie mo¿e byæ mniejsza ni¿ 50 MPa. Obecnie wszystkie rury ¿eliwne dla zastosowañ w go-spodarce wodno-œciekowej s¹ w Polsce standardowo produkowane z wewnêtrzn¹ wy-k³adzin¹ zgodnie z norm¹ PN-92/H-74108 „Rury z ¿eliwa sferoidalnego dla ruroci¹-gów ciœnieniowych i bezciœnieniowych. Wyk³adzina z zaprawy cementowej nak³ada-nej odœrodkowo. Wymagania i badania” [190]. Gruboœci wyk³adziny wewnêtrznak³ada-nej z zaprawy cementowej dla rur ¿eliwnych zgodne z t¹ norm¹ przedstawiono w tab. 2.3.3.

2.3.7.4. W³aœciwoœci wewnêtrznej wyk³adzinyz zaprawy cementowej

Nowo utworzona warstwa z zaprawy cementowej tworzy pow³okê o dobrych w³a-œciwoœciach wytrzyma³oœciowych, która bardzo dobrze przylega do rury i w sposób trwa-³y poprawia parametry hydrauliczne oraz zdolnoœæ przewodu do przenoszenia obci¹-¿eñ. Dzia³anie ochronne wyk³adziny z zaprawy cementowej polega z jednej strony na ochronie biernej, tzn. na stworzeniu skutecznej zapory oddzielaj¹cej materia³ konstruk-cyjny œcianki rury od transportowanego medium, a z drugiej strony na ochronie czyn-nej, gdy¿ warstwa zaprawy wykazuje zdolnoœci do aktywnej ochrony przed korozj¹.

Ochrona antykorozyjna jest skuteczna nawet wówczas, gdy w strukturze wyk³adzi-ny cementowej wystêpuj¹ rysy i pêkniêcia. Dostêp wody do wewnêtrznej powierzchni rury, nawet w przypadku niezarysowanej wyk³adziny z zaprawy cementowej, nie jest ca³kowicie zahamowany, poniewa¿ warstwa ta nie jest wodoszczelna. Natomiast do-p³ywaj¹ca woda podczas przenikania przez warstwê zaprawy cementowej staje siê sil-nie alkaliczna (pH ≈12) i nie stanowi wówczas zagro¿enia korozyjnego. Na tym w³a-œnie polega ochrona aktywna przed korozj¹, gdy¿ w takich warunkach ¿elazo pozosta-je pasywne, bêd¹c zabezpieczone cienk¹ warstw¹ tlenku [148]. Przy wysokiej jakoœci wyk³adzin cementowych, jak¹ siê obecnie uzyskuje i odpowiedniej ich gruboœci wy-starczaj¹co skuteczna jest ochrona bierna.

73

2.3. Przewody ¿eliwne

Tabela 2.3.3. Gruboœci wyk³adziny wewnêtrznej z zaprawy cementowej dla rur ¿eliwnych zgodne z norm¹ [190]

Œrednica Œrednica Gruboœæ warstwy wyk³adziny e Przybli¿ona

Grupa nominalna zewnêtrzna [mm] masa na

DN DN DE Mininimalna Wartoœæ jednostkê

[mm] [mm] Nominalna wartoœæ minimalna d³ugoœci

œrednia w 1 punkcie [kg] I 40 56 3 2,5 1,5 0,8 50 66 1 60 77 1,3 65 82 1,4 80 98 1,7 100 118 2,1 125 144 2,7 150 170 3,2 200 222 4,2 250 274 5,2 300 326 6,3 II 350 378 5 4,5 2,5 12,3 400 429 14 500 532 17,5 600 635 20,9 III 700 738 6 5,5 3,0 29,3 800 842 33,4 900 945 37,6 1000 1048 41,7 1200 1255 50 IV 1400 1462 9 8,0 4,0 87,6 1600 1668 100,1 1800 1875 112,5 2000 2082 125 V 2200 2288 10 10,0 5,0 183,5 2400 2495 200 2600 2702 216,6

Szczelnoœæ i trwa³oœæ wyk³adziny z zaprawy cementowej chroni¹cej rurê wynika zatem z jej nastêpuj¹cych w³aœciwoœci:

• odpowiedniej gruboœci,

• szczelnoœci strukturalnej dziêki odpowiedniemu sk³adowi zaprawy i niskiej warto-œci wskaŸnika w/c,

• zdolnoœci do samoregeneracji polegaj¹cej na zasklepianiu siê rys w wyniku pêcz-nienia zaprawy cementowej przy kontakcie z wod¹ lub wskutek tworzenia siê kry-szta³ów wêglanu wapnia i ich osadzaniu siê podczas reakcji chemicznej jonów wap-nia i wodorowêglanów.

Pow³oka tworzy wiêc rodzaj wewnêtrznej rury, której zalety w stosunku do prze-wodu bez wewnêtrznej wyk³adziny z zaprawy cementowej s¹ nastêpuj¹ce:

• odpornoœæ na korozjê (dla pH ≥ 4,5) pod warunkiem zastosowania odpowiedniego cementu (patrz rozdzia³ 7),

• odpornoœæ na inkrustacjê, • szczelnoœæ,

• zmniejszenie oporów przep³ywu, • zwiêkszona przepustowoœæ, • du¿a odpornoœæ na œcieranie,

• du¿a odpornoœæ termiczna (do 100 °C),

• zbli¿ona rozszerzalnoœæ cementowej pow³oki i ¿eliwnej rury, • du¿a trwa³oœæ.

Polska norma [190] wymaga, aby powierzchnia warstwy stwardnia³ej wyk³adziny by³a g³adka; nie mia³a porów ani widocznych pêcherzy powietrza. Dopuszczalne jest wystêpowanie na powierzchni wyk³adziny wy³¹cznie zatopionych ziaren piasku. Wy-k³adzina nie powinna byæ krucha, wykazywaæ falistoœci i wg³êbieñ, które w jakimkol-wiek punkcie mog³yby zmniejszyæ jej gruboœæ poni¿ej wartoœci minimalnej podanej w tab. 2.3.3. Szerokoœæ rozwarcia ewentualnych pêkniêæ lub rys powsta³ych podczas procesu produkcji lub transportu nie mo¿e przekraczaæ 0,8 mm.

Program badañ przewidywanych w normie obejmuje: • ustalenie gruboœci wyk³adziny,

• ustalenie krzywej uziarnienia piasku, • wzrokow¹ ocenê wygl¹du wyk³adziny.

Niemieckie wytyczne DVGW W342 [56] okreœlaj¹ce wymagania w stosunku do wewnêtrznych wyk³adzin z zaprawy cementowej wykonywanych fabrycznie dla rur ¿eliwnych i stalowych przewiduj¹ ca³y szereg badañ dla œwie¿o na³o¿onej zaprawy oraz dla utwardzonej wyk³adziny, które obejmuj¹:

• badanie w³aœciwoœci sk³adników zaprawy, • badanie rozp³ywu œwie¿ej zaprawy,

• badanie wskaŸnika w/c (dla zaprawy cementowej nak³adanej odœrodkowo w/c ≤

0,42),

• badanie wytrzyma³oœci na œciskanie (min σ_s = 35 MPa),

• badanie wytrzyma³oœci na rozci¹ganie przy zginaniu (min σ_z = 5 MPa),

• badanie gruboœci wyk³adziny (dla œwie¿o na³o¿onej zaprawy pomiar przez wbicie szpilki stalowej, natomiast dla utwardzonej – badania nieniszcz¹ce); gruboœæ po-w³oki mo¿e byæ mierzona w dowolnym przekroju poprzecznym rury, oddalonym co najmniej o 300 mm od jej koñca w czterech punktach co 90°,

75

• badanie powierzchni wyk³adziny – powierzchnia wyk³adziny powinna byæ g³adka; nie powinna wykazywaæ falistoœci i nierównoœci. To proste badanie przeprowadza siê sztywn¹ linijk¹ d³ugoœci 30 cm. Uk³ada siê j¹ na powierzchni utwardzonej wy-k³adziny wzd³u¿ osi rury; przeœwity wynikaj¹ce z nierównoœci nie mog¹ byæ wiêk-sze ni¿ 1 mm dla DN < 600 oraz 1,5 mm dla DN ≥ 600 mm.