Przewody z duroplastów

2.7.3.1. Wiadomoœci wstêpne

Na szersz¹ skalê tworzywa z grupy duroplastów do produkcji rur zaczêto stosowaæ w latach szeœædziesi¹tych dwudziestego wieku, po tym jak w Szwajcarii podjêto z po-wodzeniem produkcjê cylindrów z poliestrowego kompozytu do nawijania tkanin w procesie ich farbowania.

Cz¹steczki duroplastów tworz¹ œciœle powi¹zan¹ we wszystkich kierunkach sieæ. Tworzywo to po utwardzeniu, w wyniku nieodwracalnego procesu sieciowania, nie ulega

powtórnemu uplastycznieniu pod wp³ywem temperatury. W zale¿noœci od sposobu utwardzania rozró¿nia siê duroplasty termoutwardzalne i chemoutwardzalne. Przyk³a-dami takich tworzyw s¹ nienasycone ¿ywice poliestrowe i ¿ywice epoksydowe. Duro-plasty s¹ niestapialne i niespawalne i podlegaj¹ tylko jednokrotnemu kszta³towaniu (przed utwardzeniem).

Do produkcji rur stosuje siê zazwyczaj ¿ywice poliestrowe, w³ókno szklane pe³ni¹-ce rolê zbrojenia oraz wype³niacz, z kompozycji których powstaje GRP. Dla ruroci¹-gów o specjalnym przeznaczeniu mog¹ byæ tak¿e stosowane ¿ywice epoksydowe i wi-nyloestrowe oraz modyfikowane. Rury z GRP wytwarzane s¹ w dwóch procesach: od-lewania odœrodkowego i w procesie nawojowym.

2.7.3.2. Produkcja rur GRP w procesie odlewania odœrodkowego

Do wytwarzania rur w tym procesie stosuje siê nienasycone ¿ywice poliestrowe, ciête w³ókno szklane oraz wêglan wapnia i piasek kwarcowy. Do p³ynnej ¿ywicy dodawane s¹ w³ókna szklane i wype³niacze. Nastêpnie, po uformowaniu rury, sk³adniki ¿ywicy poddaje siê w podwy¿szonej temperaturze polimeryzacji z wykorzystaniem katalizato-ra. W efekcie wytworzenia siê w czasie reakcji trójwymiarowych wi¹zañ chemicznych, twardnienie jest procesem nieodwracalnym, co oznacza, ¿e produkt zalicza siê do two-rzyw termoutwardzalnych, zachowuj¹cych niezmiennoœæ wymiarów w warunkach podwy¿szonej temperatury.

Pierwszym etapem produkcji rur jest dozowanie sk³adników kompozytu. Polega ono na wprowadzaniu, za pomoc¹ dozownika t³okowego, do wnêtrza wiruj¹cej z niedu¿¹ prêdkoœci¹ formy: ¿ywicy, utwardzacza, w³ókna szklanego i wype³niacza. Wymienio-ne sk³adniki, podawaWymienio-ne w œciœle okreœlonych proporcjach, s¹ rozprowadzaWymienio-ne wzd³u¿ formy.

¯ywicê tworz¹c¹ korpus rury miesza siê z wype³niaczami, aktywatorami i inhibito-rami w specjalnym mieszalniku, sk¹d przez obieg pierœcieniowy zostaje przetranspor-towana do dozownika, który podaje jej odpowiednie iloœci na koniec ramienia dozuj¹-cego. Tam te¿ zostaje wymieszana z katalizatorem i natychmiast wprowadzana do wnê-trza formy. ¯ywica stanowi¹ca warstwê wewnêtrzn¹ mieszana jest oddzielnie, a nas-têpnie w analogiczny sposób podawana do ci¹gu technologicznego.

Suche wype³niacze wprowadzane s¹ do wnêtrza formy za pomoc¹ przenoœnika zrzu-caj¹cego je na koñcu ramienia dozuj¹cego z prêdkoœci¹ dostosowan¹ do przebiegu pro-cesu produkcyjnego.

Szk³o tekstylne s³u¿¹ce do produkcji rur dostarczane jest w postaci w³ókien zwiniê-tych w pakiety lub szpule. W dozowniku umieszczana jest odpowiednia liczba takich szpul, z których w³ókno jest odwijane i przeci¹gane na koniec ramienia dozuj¹cego. Zainstalowane tam urz¹dzenia tn¹ce tn¹ w³ókna na odcinki, których d³ugoœæ jest do-stosowana do potrzeb bie¿¹cej produkcji.

Po zakoñczeniu dozowania sk³adników rozpoczyna siê proces utwardzania œcianki rury. W tym celu zwiêkszana zostaje prêdkoœæ obrotowa matrycy, co powoduje wzrost si³y odœrodkowej. Powstaj¹ce w wyniku tego ciœnienia osi¹gaj¹ wartoœci od 3 do 5 MPa,

153

zapewniaj¹c ca³kowite odpowietrzenie œcianki przewodu. Eliminacja pêcherzyków po-wietrza ma zasadnicze znaczenie zarówno dla trwa³oœci konstrukcji, jak i jej noœnoœci. Nastêpnie, w wyniku rozpylania gor¹cej wody na zewnêtrzn¹ œciankê rury zwiêksza siê temperaturê formy, a tym samym znajduj¹cych siê w jej wnêtrzu materia³ów oraz tempo reakcji katalitycznej. Dodatkowo formê podgrzewa ciep³o wydzielaj¹ce siê pod-czas naturalnej reakcji egzotermicznej procesu polimeryzacji.

Po zakoñczeniu utwardzania, które – podobnie jak inne etapy produkcji, jest kon-trolowane i sterowane przy u¿yciu programu komputerowego, forma sch³adzana jest zimn¹ wod¹.

Tak wykonan¹ rurê wyci¹ga siê z matrycy, przycina, ukosuje jej koñce i na jednym z nich montuje ³¹cznik. Na ka¿dej rurze znajduje siê oznaczenie podaj¹ce numer rury, datê jej produkcji, œrednicê nominaln¹, ciœnienie i klasê sztywnoœci oraz normê, z któr¹ produkt jest zgodny.

Schemat blokowy procesu produkcji rur GRP metod¹ odlewania odœrodkowego przedstawiono na rys. 2.7.17 [224].

2.7. Przewody z tworzyw sztucznych

DB CA O F F F H H H S K J G X W T ^V Y L M N _P Q R U

Rys. 2.7.17. Schemat blokowy produkcji rur w procesie odlewania odœrodkowego: A – doprowadzenie ¿ywicy tworz¹cej powierzchniê wewnêtrzn¹, B – doprowadzenie ¿ywicy tworz¹cej korpus rury, C – doprowadzenie wype³niaczy suchych, D – doprowadzenie wype³niaczy ¿ywic, F – zbiornik do przechowywania ¿ywicy, G – silos dozuj¹cy wype³niacz, H – zbiornik do przechowywania substancji dodawanych do ¿ywicy, J,K – zbiorniki kruszywa, L – kosz zasypowy dozownika kruszywa,

M – dozownik z w³óknem szklanym, N – zbiornik i pompa katalizatora, P – urz¹dzenie tn¹ce w³ókno szklane, Q – mieszalnik ¿ywicy i katalizatora, R – forma obrotowa, S – mieszalnik, T – zbiornik wype³niaczy ¿ywic, U – ramiê dozuj¹ce, V, W, X – uk³ad ch³odz¹co-grzewczy

W efekcie omówionego procesu produkcji powstaj¹ rury o strukturze œcianki przed-stawionej na rys. 2.7.18 [224].

Producenci tego typu rur porównuj¹ czêsto budowê przekroju jej œcianki z przekro-jem dwuteownika. Warstwy noœne, odpowiadaj¹ce pó³kom dwuteownika, sk³adaj¹ siê w tym przypadku z ciêtych w³ókien szklanych (zbrojenie rozproszone) oraz ¿ywicy i s¹ umieszczone po obu stronach osi obojêtnej œcianki, przejmuj¹c si³y wewnêtrzne

wy-8 7 6 5 4 3 1 2

Rys. 2.7.18. Struktura œcianki rury wykonanej w technice odlewania odœrodkowego: 1 – zewnêtrzna warstwa ochronna, 2 – zewnêtrzna warstwa wzmacniaj¹ca (w³ókna szklane, ¿ywica poliestrowa), 3 – warstwa przejœciowa (w³ókna szklane, ¿ywica poliestrowa, piasek), 4 – centralna warstwa noœna (piasek, ¿ywica poliestrowa, w³ókna szklane), 5 – warstwa przejœciowa (jak 3), 6 – wewnêtrzna warstwa

wzmacniaj¹ca (jak 2), 7 – warstwa zaporowa, 8 – wewnêtrzna warstwa o du¿ej zawartoœci ¿ywicy

wo³ane obci¹¿eniami zewnêtrznymi i wewnêtrznymi. Przestrzeñ pomiêdzy tymi war-stwami (odpowiadaj¹ca œrodnikowi) zawiera du¿¹ iloœæ materia³u wype³niaj¹cego i zwiêksza lub zmniejsza ramiê si³ oraz wskaŸnik wytrzyma³oœci przy zginaniu. Taki uk³ad warstw pozwala relatywnie ma³ym nak³adem materia³owym osi¹gaæ du¿e noœnoœci rur. Ponadto opisana budowa rury ma za zadanie zapewniaæ jej nastêpuj¹ce wysokie para-metry u¿ytkowe:

• zewnêtrzna warstwa ochronna zabezpiecza rurê przed promieniowaniem UV, • warstwa zaporowa uszczelnia strukturê œcianki rury,

• wewnêtrzna warstwa o du¿ej zawartoœci ¿ywicy zapewnia g³adkoœæ wnêtrza rury, odpornoœæ na dzia³anie substancji chemicznych, odpornoœæ na dzia³anie podwy¿szo-nych temperatur (do 95 °C w przypadku zastosowania specjalpodwy¿szo-nych ¿ywic) oraz od-pornoœæ na œcieranie (abrazjê).

155

Chaotyczne u³o¿enie zbrojenia z ciêtych w³ókien szklanych powoduje, ¿e otrzyma-ny produkt charakteryzuje siê porówotrzyma-nywaln¹ wytrzyma³oœci¹ na rozci¹ganie w ró¿otrzyma-nych kierunkach, co oznacza, ¿e rura przenosi dobrze równie¿ obci¹¿enia pod³u¿ne. Ta ce-cha przewodów wykonywanych metod¹ odlewania odœrodkowego sprawia, ¿e z powo-dzeniem mog¹ one byæ opierane lub podwieszane na podporach punktowych.

2.7.3.3. Produkcja rur GRP w procesie nawojowym

Podobnie jak w procesie odlewania odœrodkowego, materia³ kompozytowy, z które-go wytwarzana jest rura, powstaje przez dodanie do nienasyconej ¿ywicy poliestrowej piasku kwarcowego i w³ókien szklanych. Podczas reakcji miêdzy ¿ywic¹ a utwardza-czem powstaje na drodze polimeryzacji ¿ywica reakcyjna o trójwymiarowej strukturze sieciowej. Reakcja sieciowania jest nieodwracalna, co skutkuje tym, ¿e materia³ nie ulega plastyfikacji przy powtórnym podgrzewaniu.

Rdzeniem nawojowym jest w tym procesie odpowiednio skonstruowana spirala z taœmy stalowej umo¿liwiaj¹ca produkcjê rur o dowolnej d³ugoœci, tzw. „metod¹ bez koñca”. Na pocz¹tku linii produkcyjnej taœma nawijana jest na konstrukcjê wsporcz¹, a na koñcu ponownie odwijana, co powoduje osiowy posuw umo¿liwiaj¹cy produkcjê rury w sposób ci¹g³y.

Wszystkie materia³y surowcowe i pomocnicze nak³adane s¹ na wiruj¹cy rdzeñ. Naj-pierw nawijana jest folia rozdzielaj¹ca, nastêpnie warstwy ¿ywicy i w³ókno szklane ciête oraz ci¹g³e w³ókno wi¹¿¹ce, tzw. roving (czêsto ze szk³a ERC o podwy¿szonej odpor-noœci na korozjê chemiczn¹). W strefie œrodkowej przekroju œcianki rury nak³adany jest wype³niacz z piasku kwarcowego. Po na³o¿eniu wszystkich warstw rura poddawana jest procesowi utwardzenia, a po jego zakoñczeniu zostaje zsuniêta z rdzenia. Polimeryza-cja jest przyœpieszana przez podgrzanie rury. Od wewn¹trz rurê podgrzewa indukcyj-nie ogrzewany rdzeñ a od zewn¹trz – promienniki podczerwieni. Wykonane opisan¹ technologi¹ przewody, po zdjêciu z linii produkcyjnej, s¹ przycinane na odcinki rur o d³ugoœci od 0,3 do 18,0 m. Schemat produkcji rur w procesie nawojowym ilustruje rys. 2.7.19 [121].

Budowê œcianki rury przedstawiono na rys. 2.7.20 [121]. Warstwy zewnêtrzna i we-wnêtrzna, przenosz¹ce si³y rozci¹gaj¹ce od ciœnienia w rurze lub zginania zawieraj¹ liczne w³ókna szklane stanowi¹ce zbrojenie przekroju. W strefie rdzeniowej przewa-¿aj¹ powi¹zane ¿ywic¹ wype³niacze pochodzenia kwarcowego (piasek kwarcowy), które wykazuj¹ du¿¹ zdolnoœæ przenoszenia obci¹¿eñ œciskaj¹cych. G³adkie wykoñczenie powierzchni (szczególnie wewnêtrznej) i szczelnoœæ struktury uzyskuje siê dziêki du-¿ej zawartoœci ¿ywicy w warstwach zewnêtrznej i wewnêtrznej.

Jak widaæ, idea budowy œcianki przewodu w obu procesach ich wytwarzania, odle-wania odœrodkowego i nawojowym, jest podobna. Ró¿nica polega przede wszystkim na typie stosowanego zbrojenia z w³ókien szklanych (w procesie odlewania odœrodko-wego nie wystêpuje zbrojenie ci¹g³e), istnieje natomiast mo¿liwoœæ wykonania ochron-nej warstwy wewnêtrzochron-nej o dowolochron-nej gruboœci z czystej ¿ywicy.

2.7.3.4. W³aœciwoœci i badania rur GRP

Zaletami polimerów wzmacnianych w³óknem szklanym (tzw. polimerów w³ókni-stych) s¹ ich zwiêkszona wytrzyma³oœæ mechaniczna, ma³a gêstoœæ, stabilnoœæ wymia-rów oraz dobra termoodpornoœæ. W³aœciwoœci te zale¿¹ od rodzaju i zawartoœci w³ók-na, jego postaci oraz adhezji matrycy polimerowej [257]. Wynika to z faktu, ¿e poli-mery s¹ izotropowe i lepkosprê¿yste, w³ókna natomiast s¹ anizotropowe i maj¹ w³aœciwoœci cia³a sprê¿ystego.

Szczególnie trudne do scharakteryzowania s¹ kompozyty wzmacniane w³óknem ci¹-g³ym ze wzglêdu na ich w³aœciwoœci anizotropowe. Powinno siê je opisywaæ wiêksz¹ liczb¹ niezale¿nych modu³ów sprê¿ystoœci (minimum 5 lub 6) oraz dwoma wspó³czyn-nikami Poissona. Materia³y izotropowe wystarczy scharakteryzowaæ maksymalnie trze-ma modu³ami sprê¿ystoœci: E – modu³ sprê¿ystoœci wzd³u¿nej (Younga), G – modu³ Kirchhoffa, sprê¿ystoœci poprzecznej i K – modu³ œciœliwoœci, sprê¿ystoœci objêtoœcio-wej) i jednym wspó³czynnikiem Poissona [257].

Jak wynika z powy¿szego dok³adne zestawianie fizycznych w³aœciwoœci rur wytwa-rzanych z tworzyw kompozytowych jest trudne i niecelowe ze wzglêdu na ich zbyt du¿e zró¿nicowanie. W tabeli 2.7.11 przedstawiono zatem przedzia³y zmiennoœci podstawo-wych w³aœciwoœci i parametrów rur GRP, okreœlone na podstawie analizy materia³ów technicznych trzech producentów takich wyrobów na rynku polskim [100, 222, 224] oraz [121, 257]. 1 2 3 5 4 6 ⁷ 8 9 10 11 12

Rys. 2.7.19. Schemat produkcji rur w procesie nawojowym: 1 – stojak z w³óknem, 2 – folia wewnêtrzna, 3 – w³ókno ciête i roving, 4 – napêd, 5 – strefa utwardzacza, 6 – komputer, 7 – ¿ywica, 8 – zbiornik mieszaj¹cy (¿ywica i utwardzacz), 9 – pompa

157

# "



!

Rys. 2.7.20. Schemat struktury œcianki rury wykonanej w procesie nawojowym: 1 – warstwa zewnêtrzna (chroni¹ca przed promieniowaniem UV), 2 – zewnêtrzna warstwa konstrukcyjna (¿ywica poliestrowa zbrojona obwodowo w³óknem szklanym ci¹g³ym i ciêtym), 3 – warstwa centralna, tzw. rdzeñ (¿ywica

poliestrowa z wype³nieniem selekcjonowanym piaskiem kwarcowym), 4 – wewnêtrzna warstwa konstrukcyjna zbrojona w³óknem rozproszonym i ci¹g³ym, 5 – warstwa wewnêtrzna z ¿ywicy

(zapewniaj¹ca g³adkoœæ, odpornoœæ chemiczn¹ i mechaniczn¹)

Zakresy wartoœci liczbowych przedstawione w tabeli 2.7.11 mog¹ byæ wykorzysty-wane w standardowych obliczeniach in¿ynierskich, jednak ka¿dorazowo powinny byæ porównywane z wartoœciami deklarowanymi przez producentów poszczególnych wy-robów. W przypadku modu³u E oraz wytrzyma³oœci σ ich wartoœci z technicznych kart wyrobów nale¿y dobraæ w zale¿noœci od analizowanego wytê¿enia przewodu, gdy¿ np.: • E mo¿e oznaczaæ modu³ sprê¿ystoœci obwodowej przy zginaniu, modu³ sprê¿ysto-œci obwodowej przy rozci¹ganiu lub modu³ sprê¿ystosprê¿ysto-œci w kierunku pod³u¿nym przy zginaniu, rozci¹ganiu lub œciskaniu,

• σ mo¿e oznaczaæ wytrzyma³oœæ obwodow¹ na rozci¹ganie albo wytrzyma³oœæ osio-w¹ na rozci¹ganie lub œciskanie.

Obwodowa sztywnoœæ rur GRP badana jest wed³ug zaleceñ podanych w czêœci 4. nor-my DIN53769 oraz w normie PrPN-EN1228. Na podstawie wartoœci œrednich z prze-prowadzonych testów obliczana jest sztywnoœæ pocz¹tkowa, która zgodnie z wymoga-mi zawartywymoga-mi w czêœci 2 normy DIN16869 nie mo¿e byæ mniejsza od przypisywanych rurom wartoœci obwodowej sztywnoœci nominalnej SN (porównaj tabela 2.7.2).

Test polega na pobraniu z kontrolowanej partii rur próbki o d³ugoœci 300 mm i pod-daniu jej dzia³aniu takiego obci¹¿enia liniowego, które spowoduje w ci¹gu 1 minuty ugiêcie rury równe 3% jej œrednicy. Po up³ywie dwóch minut, w czasie których ugiêcie jest utrzymywane, dokonuje siê pomiaru si³y uginaj¹cej oraz wartoœci ugiêcia „plastycz-nego”. Procedura jest powtarzana dwukrotnie, ka¿dorazowo po obróceniu rury o 120°

i up³ywie 15 minut na odprê¿enie sprê¿yste (porównaj rozdzia³ 5.2.4). Schemat typo-wego stanowiska do wyznaczania sztywnoœci obwodowej przedstawiono na rys. 2.7.21 [224].

Standardowo produkowane s¹ rury o sztywnoœciach SN2500, SN5000 oraz SN10000. Badania wytrzyma³oœci GRP na œcieranie prowadzone s¹ wed³ug tzw. „metody darm-stadzkiej”, opracowanej przez Instytut Hydrauliki i Hydrologii w Darmstadt i ujêtej w normie DIN 19659. Badanie polega na osiowym przechylaniu w zakresie 20 stopni po³ówki rury o d³ugoœci 470 mm, w wyniku czego mieszanina cierna (piasek z wod¹) przemieszcza siê naprzemiennie w obu kierunkach, powoduj¹c œcieranie wewnêtrznej powierzchni przewodu. Wymaga siê, aby warstwa zaporowa rury nie zosta³a starta po 100 000 cykli. Schemat badania œcieralnoœci wed³ug metody darmstadzkiej przedsta-wiono na rys. 2.7.22, a ubytki gruboœci œcianek rur wytwarzanych z ró¿nych tworzyw okreœlone na podstawie tego testu s¹ zamieszczane w katalogach producentach rur [99,

Tabela 2.7.11. Podstawowe w³aœciwoœci rur GRP

Parametr WartoϾ Jednostka

Gêstoœæ 1600 2200 kg/m3

Modu³ sprê¿ystoœci E:

• krótkotrwa³y 8000–24000 N/mm2

• d³ugotrwa³y 5000–14000 N/mm2

Maksymalne wyd³u¿enie przy zerwaniu: • obwodowe przy rozci¹ganiu:

• pocz¹tkowe 1,4 %

• d³ugotrwa³e 0,9 %

• obwodowe przy zginaniu:

• pocz¹tkowe 1,9 %

• d³ugotrwa³e 1,2 %

Wspó³czynnik Poissona ν 0,25–0,40 –

Wytrzyma³oœæ σ 50–450 N/mm2

Odpornoœæ na œcieranie

(po 400 000 cykli obci¹¿eniowych) 0,7 mm

Wspó³czynnik rozszerzalnoœci termicznej α:

• w kierunku wzd³u¿nym 0,30·10–4 K–1

• w kierunku obwodowym:

– rury bezciœnieniowe 0,20·10–4 K–1

– rury ciœnieniowe 0,15·10–4 K–1

Wspó³czynnik przewodnoœci cieplnej λ _{0,19–0,30 W/m·K}

Maksymalna temperatura robocza (¿ywica poliestrowa – standard):

• sta³a 45 °C

• krótkotrwa³a 60 °C

LepkoϾ kinematyczna dla temperatury:

• 0 °C 1,79·10–6 m2/s

159

2.7. Przewody z tworzyw sztucznych

1

2

F

Rys. 2.7.21. Schemat stanowiska do testowania sztywnoœci obwodowej: 1 – pomiar ugiecia (wykonywany w po³owie d³ugoœci testowanej próbki), 2 – belki

224]. Z materia³ów tych wynika jednoznacznie, ¿e przewody z tworzyw sztucznych charakteryzuj¹ siê du¿¹ odpornoœci¹ na œcieranie.

Odpornoœæ rur GRP na dzia³anie czynników chemicznych bada siê przy ich równo-czesnym odkszta³ceniu, co w przypadku rur podatnych ma zasadnicze znaczenie.

W testach takich nak³adaj¹ siê na siebie dwa rodzaje obci¹¿eñ: • fizyczne (obci¹¿enia mechaniczne),

• chemiczne (obci¹¿enia medium).

45

°

1000

1 2

3

Rys. 2.7.22. Schemat urz¹dzenia do badania œcieralnoœci metod¹ darmstadzk¹: 1 – p³yta czo³owa, 2 – pokrywa, 3 – szerokoœæ strefy dzia³ania materia³u ciernego

Badania standardowe przeprowadzane s¹ zgodnie z wytycznymi ASTM 3681 na co najmniej 18 próbkach w skali 1:1, przy ró¿nych wielkoœciach odkszta³ceñ, w czasie gdy wnêtrze próbek wype³nione jest 5% roztworem kwasu siarkowego. W prowadzo-nych w ten sposób testach rury GRP osi¹gaj¹ znaczne wyd³u¿enia skrajprowadzo-nych w³ókien szklanych, co przy ich ochronie wewnêtrzn¹ warstw¹ ¿ywicy o gruboœci ca. 1 mm po-zbawion¹ w³ókien i zapewniaj¹c¹ du¿y opór dyfuzyjny powoduje, ¿e rury te wykazuj¹ znacz¹c¹ odpornoœæ na dzia³anie czynników chemicznych.

Przyk³ad wyników takich badañ na próbkach z rur firmy HOBAS przedstawiono na rys. 2.7.23 [224].

Prowadzone s¹ tak¿e standardowe badania (bez udzia³u obci¹¿eñ mechanicznych) odpornoœci rur GRP na dzia³ania kwasów, zasad i soli. W tym przypadku ich odpor-noœæ ma bezpoœredni zwi¹zek z zastosowanymi typami ¿ywic. ¯ywice standardowe

za-pewniaj¹ odpornoœæ na dzia³anie œcieków komunalnych o zakresie pH od 1 do 12, przy ich temperaturze nie przekraczaj¹cej 35 °C. W przypadku niestandardowych wymagañ, np. dla œcieków przemys³owych, mo¿na zastosowaæ do produkcji rur ¿ywice specjalne o podwy¿szonej odpornoœci chemicznej. Przewody GRP nie s¹ wra¿liwe na korozjê elektrochemiczn¹, w zwi¹zku z czym s¹ odporne na dzia³anie pr¹dów b³¹dz¹cych.

Parametry techniczne rur GRP ulegaj¹ zmianie pod wp³ywem wzrostu temperatur. Wynika to z obni¿ania siê wartoœci modu³u sprê¿ystoœci E, co dla badañ rur HOBAS w zakresie temperatur od 20 °C do 80 °C zilustrowano na rys. 2.7.24 [224].

Rury GRP, ze wzglêdu na mo¿liwoœæ stosowania ich do budowy przewodów ciœnie-niowych, poddawane s¹ tak¿e ocenie z punktu widzenia ich odpornoœci na d³ugotrwa³y wp³yw ciœnienia (tzw. test regresji ciœnieniowej). Badanie wykonuje siê w celu okre-œlenia d³ugotrwa³ych w³aœciwoœci przewodu (w okresie nie krótszym ni¿ 50 lat), takich

odk sz ta ³c eni e (% ) czas (godziny) 0,1 1 10 100 1000 0,5 0,7 0,9 1,1 10000 100000 0,6 0,8 1,2 1,3 1,0 50 lat 1,4 1,7 1,5 1,6 1,8 1,9^2,0 1,15 1,251,30_1,20 1,50 95 h wymagani a minimal_{ne wed³ug} ASTM ₃₂₆₂ 76 ru ry w_ys oko wyt rzy_m a³e (A ST_M 3₂₆₂ 80) rury HOBAS

161

2.7. Przewody z tworzyw sztucznych

10 5 4 20 30 40 6 7 9 8 60 50 70 80 12 11 modu ³ E [N /mm ] ( x 10 00 ) 2 temperatura [°C]

Rys. 2.7.24. Zmiana modu³u E pod wp³ywem temperatury

jak wytrzyma³oœæ na zniszczenie w wyniku ugiêcia lub rozci¹gania odniesiona do prze-kroju poprzecznego przewodu. Reprezentatywn¹ próbkê poddaje siê obci¹¿eniom w czasie nie krótszym ni¿ 10 000 godzin z ekstrapolacj¹ wyników do ich wartoœci po up³y-wie 50 lat. Wyniki takiego testu dla rur HOBAS przedstawiono na rys. 2.7.25 [224].

Rury GRP, podobnie jak wyroby z wiêkszoœci innych tworzyw sztucznych, prak-tycznie nie ulegaj¹ inkrustacji.

[%] 200 160 100 125 310 250 400 p ro c en t P N [s kal a lo g a ry tm ic zn a ] 10 -2 -3 10 10 10 10^{-1 0} 10¹ 10² 10³ 10^{4 5} 10⁶ c za s [h]

Rys. 2.7.25. Wyniki testu odpornoœci na d³ugotrwa³y wp³yw ciœnienia

2.7.3.5. Po³¹czenia rur i elementów z GRP

Do ³¹czenia elementów z tworzywa kompozytowego GRP wykonuje u¿ywaj¹c ³¹cz-ników standardowych lub specjalnych. Pierwsze z nich wykonywane s¹ z ¿ywicy

po-liestrowej wzmacnianej w³óknem szklanym i zaopatrzone w elastomerowe (EPDM – kauczuk etylenowo-propylenowy) uszczelki.

Przyk³adowo, do ³¹czenia standardowych rur (produkowanych przez firmê HOBAS) ze sob¹ oraz kszta³tkami bosymi wykorzystuje siê ³¹czniki FWC. S¹ to elementy polie-strowe zbrojone w³óknem szklanym, których integraln¹ czêœæ stanowi elastomerowa membrana o pe³nej szerokoœci. £¹czniki te s¹ ³atwe w monta¿u i tworz¹ ca³kowicie nie-przepuszczalne po³¹czenie o parametrach odpowiadaj¹cych parametrom rury (maj¹ tylko nieco wiêksz¹ sztywnoœæ od ³¹czonych rur). Dziêki ³atwoœci wykonania po³¹czenia FWC rury mog¹ byæ ciête i ³¹czone w dowolnym miejscu na ca³ej d³ugoœci. Przyk³ady roz-wi¹zañ ³¹czników przedstawiono na rys. 2.7.26 [16, 224].

a )

b )

Rys. 2.7.26. £¹czniki typu FWC: a) ³¹cznik asymetryczny, b) ³¹cznik symetryczny

Do ³¹czenia rur przy u¿yciu tych ³¹czników stosuje siê dŸwigniki, wci¹garki rêczne lub ³y¿kê koparki, zw³aszcza do ³¹czenia rur w zakresie œrednic nominalnych od 200 do 2400 mm, pracuj¹cych w typowych warunkach gruntowo-wodnych.

Do po³¹czeñ standardowych zalicza siê tak¿e laminaty z mat szklanych i ¿ywicy poliestrowej. Ten typ ³¹czników stosowany jest w gruntach miêkkich, o ma³ej noœno-œci lub w zwartej zabudowie uniemo¿liwiaj¹cej wprowadzenie oprzyrz¹dowania.

£¹czniki rur przeciskowych i do mikrotunelowania s¹ tak skonstruowane, ¿e ich ze-wnêtrzna œrednica odpowiada zewnêtrznej œrednicy ³¹czonych rur. Mog¹ to byæ ele-menty wykonane z ¿ywic (GRP) lub metali nierdzewnych. Przyk³adem takich ³¹czni-ków w systemie firmy HOBAS s¹ ³¹czniki typu S (GRP), FS (metal) i M, L i XL (GRP). Do zastosowañ specjalnych dostêpne s¹ systemy po³¹czeñ DC oraz po³¹czenia blo-kowane DCL. Wykorzystuje siê je w ruroci¹gach podwodnych lub w instalacjach pio-nowych (orurowania szybów lub odwiertów) oraz w strefie dzia³añ sejsmicznych i pa-rasejsmicznych. S¹ to ³¹czniki przystosowane do blokowania siê na bosych koñcach rur. Przyk³ady tych ³¹czników przedstawiono na rys. 2.7.27 [16, 224].

Do ³¹czenia rur GRP z armatur¹ lub z rurami wykonanymi z innych materia³ów sto-suje siê po³¹czenia ko³nierzowe z ko³nierzami wykonanymi z metalu lub GRP.

163

2.7. Przewody z tworzyw sztucznych

a )

b )

Rys. 2.7.27. £¹czniki specjalne: a) typ DC, b) typ DCL (³¹cznik blokowany)

Typowe po³¹czenia rur firmy OWENS-CORNING to sprzêg³a typu „Reka”, które w wersji „Reka-Zok” s¹ przystosowane do przenoszenia si³ pod³u¿nych, co umo¿liwia niestosowanie bloków oporowych. W razie koniecznoœci ³¹czenia rur GRP z rurami z innych materia³ów lub ³¹czenia nietypowych kszta³tek stosuje siê sprzêg³a mechanicz-ne, np. typu „Straub”.

2.7.3.6. Asortyment wyrobów

Na krajowym rynku producentami i dostawcami elementów do budowy kanalizacji s¹ firmy: HOBAS, FLOWTITE ROHRE DEUTSCHLAND (dawniej OWENS-COR-NING) oraz NORDCAP PLASTIC. Przewody pierwszej z wymienionych firm powstaj¹ w procesie odlewania odœrodkowego, a drugiej i trzeciej – w procesie nawojowym.

Podstawowym produktem tych firm s¹ rury g³adkie w zakresie œrednic nominalnych: • 100–2400 mm – rury bezciœnieniowe o klasach sztywnoœci SN2500, SN5000

i SN10000, przy d³ugoœci prefabrykatu równej 6,00 m,

• 150–2400 mm – rury ciœnieniowe o klasach sztywnoœci SN500 i SN10000, dosto-sowane do ciœnieñ nominalnych PN6, PN10, PN16, PN20 i PN25, przy d³ugoœci pre-fabrykatu równej 6,0 m.

Produkowane s¹ ponadto rury specjalne:

• 200/300–1800/2000 mm – podwójne, sk³adaj¹ce siê z czêœci przewodowej (wewnê-trznej) o innej sztywnoœci od czêœci os³onowej (zewnê(wewnê-trznej), przy d³ugoœci prefa-brykatu równej 6,0 m,

• 200–2400 mm – reliningowe,

• 200–2400 mm – do mikrotunelowania (o gruboœciach œcianek dostosowanych do przenoszenia du¿ych si³ pod³u¿nych i poprzecznych).

Produkcjê rur uzupe³nia produkcja elementów i kszta³tek niezbêdnych do budowy systemów sieciowych:

• studzienek dla kana³ów (z kinet¹ otwart¹, zamkniêt¹, z zamkniêciem syfonowym itp.),

• studzienek dla przewodów ciœnieniowych (z armatur¹ odpowietrzaj¹c¹), • pompowni,

• kana³ów i urz¹dzeñ piêtrz¹cych,

• zbiorników przeciwpo¿arowych i wody pitnej, • studzienek z obejœciem (tzw. by-pass),

• ruroci¹gów zasilaj¹cych turbiny, • i innych.

Oznakowania rur zawieraj¹ numer rury, datê produkcji, œrednicê nominaln¹, klasê ciœnienia i klasê sztywnoœci oraz normê, z któr¹ produkt jest zgodny.

Oznakowanie ³¹czników podaje œrednicê nominaln¹ oraz klasê ciœnienia.

W dokumencie Konstrukcje przewodów kanalizacyjnych (Stron 151-164)