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成验讲究二
文章编号:1009-9441(2016)01-0001-03
HDPE双壁波纹管环刚度影响因素分析
コ口关琳琳(中国建筑科学研究院,北京100013)
摘要;对影响双壁波纹管材环刚度的各个因素进行了分
表1双壁波纹管的物理力学性能要求
析。从成本和可操作性等方面综合考虑,认为可行的方法是
项目
要求
在原料中加入一定比例的填充母料(主要成分为磯酸钙),
2
≥2
在挤出的同时进行共混改性,在此基础上设计不同的原料配
方进行了试验。结果表明,在PF.纯料中加入适当比例的填
≥4
充母料,可以在保证管材环柔性合格前提下,提高管材的
环刚度
(SN6.3)
≥6.3
环刚度,同时填充料的加入能够降低原料的成本,达到控制
SN8
≥8
生产成本的目的。
(SN12.5)
≥12.5
关键词:双肇波纹管;环刚度;料
SN16
≥16
中图分类号:TU532
文献标识码:A
冲击性能(TTR)%
环柔性
试样圆滑、无反向弯曲、无破
裂、两壁无脱开
烘箱试验
双壁波纹管材价格低廉,性能优异,同等条件下
无气泡、无分层、无开裂
成木低于金属管道和混凝土管道,同时具备运输、施
变比率
≤4
1)()?数值为非首选的环刚度等级。
工简便,使用寿命长等特性,在埋地排污管道领域应
用非常广泛。环刚度是HIDP双壁波纹管最为重要此在工程上对塑料排水管的力学性能要求远低于金
的一项性能指标,它反映了管材在埋地之后抵抗外属管道或混凝土管道23。
部载荷的能力。工程上通常要求管材的环刚度メ
分析对管道使用寿命的影响因素,满足国标要
8kN/m2,而使用常见的管材用PE纯料生产的双壁求的原材料设计使用寿命为50年,已远超其他种类
波纹管材远达不到SN8级的要求,同时PE原料价的管道;连接用橡胶密封圈的老化可能导致管道系
格较高,纯料生产的管材成本较高
统的泄露,但是作为可控因素不会对整个系统造成
本文对影响双壁波纹管材环刚度的各个因素进结构性的破坏;而管道本身承受载荷的能力在很大
行了分析。在原料中加入一定比例的填充母料碳酸程度上决定了管道系统的使用寿命,应该是其中的
钙,在挤出的同时进行共混改性,在此基础上设计了关键因素。作为非承压管道,其内部流体施加的载
不同的原料配方进行试验研究。
荷可以忽略不计,主要考虑外压载荷,而外压载荷又
1双壁波纹管性能参数分析
分为管道上方土壤施加的静载和地面活动物体(如
车辆)施加的动载。埋地塑料管道一方面与周围土
根据CB/T19472.1-2004《埋地用聚乙烯(PE)壤形成“管-土共同作用”的系统共同承受载荷,另
结构壁管道系统第1部分:聚乙烯双壁波纹管一方面管道本身要承受其上方土壤对其施加的载
材》中9.3.1条的规定,产品的出厂检验项目为颜荷,其力学性能指标中的环刚度是管道质量控制的
色、外观、规格尺寸(长度、内径、外径、壁厚、承插口关键因素。
长度等)及物理力学性能中的环刚度、环柔性和烘
箱试验。相关的参数与指标如表1所示。
2环刚度影响因素分析
作为埋地排水用的双壁波纹管,在投入使用后
根据CB/T9647~-2003《热塑性塑料管材环刚
会与周围的土壤共同承受外界的载荷,通常被称为度的测定》,用管材在恒速变形时所测得的力值和
“管-土共同作用”,其作用机理较为复杂,但也因变形值确定环刚度。将管材试样水平放置,按管材
建材技术与应用1/2016
的直径确定平板的压缩速度,用两个互相平行的平定:“生产管材所用的原料应以聚乙烯树脂为主,其
板垂直方向对试样施加压力。在変形时产生反作用中可加人提高管材加工性能的其他材料,聚乙烯含
力,用管材试样截而直径方向変形量为0.03d4时的量应在80%以上”。因此,结合聚合物共混理论可
力值计算环劇度(d1为管材试样的内径)。即:用两以大胆推断,除了可以加入提高原料加工性能的材
块平行的夹板上下同时对试样施加压力,以特定的料之外,还可考虑加入一些提高其力学性能(主要
压缩速度将试样斥缩变形至内径的97%时,试样对指弹性模量)的材料,以期提高管材的环刚度。
平板的反作用力大小体现了管材的环刚度值。
环刚度的计算公式“为
3试验部分
S=(0.0186+0.025Y) X F/LXY(1)3.1原料和设备
式中:F-相对于管材3.0%变形时的力值,kN;
(1)原料:齐鲁石化DGDB2480PE80级管材专
I一试样长度,m;
用料);某填充母料(主要成分为碳酸钙);蓝色色母
d一试样内径,n
粒(内壁)和黑色色母粒(外壁)
ー一相对应于3.0%变形时的变形量,m;
(2)挤出设备:辛辛那提X型双壁波纹管挤出
一管材的环刚度,kN/m2
生产线。
由(1)式可以看出:管材的环刚度受到试样长
(3)环刚度表征设备:金建X型拉力试验机。
度、试样内径、变形量和变形后力值的影响,而对于
试验步骤
特定的样品,试样长度、变形量为定值,产品标准对
(1)按照两种主要原料的不同比例得到混配料
内径同样有明确的要求,因此,力值F是惟一的可
B、C、D、B(见表2),在生产线上挤出DN400的双
变量,力值F越大,环刚度S越大。原料的弹性模壁波纹管。在实际生产过程中,内外壁的原料配方
量的大小決定了该力值的大小5
会有所差异,波纹管的结构决定了外壁对产品环刚
在国标所列的众多环刚度等级中,SN8(即环刚度的贡献更大。因此,要提高管材的环刚度,外壁原
度≮8kN/m2)系列的管材应用最广,一般地质状况料的弹性模量应该比内壁更大,本文简化视为一致。
和填埋深度的管道结构设计中,通常认为SN8系列
表25种不同混配料的组成
的管材即能满足管道系统的要求。但实际情况是,
C
常用的管材专用料(如 YGH041T、DGD248060010%E+-%E+-p2%PE+包ls%+-?s%E+色
等)纯料直接生产出来的管材环刚度多在6kN/m
色母母、5%填料母、8%填料母、12%填料母、15%填料
左右,远达不到SN8系列管材的等级。
(2)从不同组分的混配料所对应的产品中分别
对于生产厂家来讲,如何有效提高管材的环刚抽取1根外观合格的样品,在室温(23±2)C的实
度,并维持其他性能在合格范围内,是一个亟待考虑
验室中进行状态调节24h。
并解决的问题。在挤出工艺ー定的前提下,管材的
(3)按标准方法分別制样,进行环刚度、环柔性
结构和塑料原材料的力学性能決定了产品的力学性和烘箱试验。试验结果如图1和表3所示。
能,因此可以从这两方面分别予以考虑。从管材结
构的角度来讲,可以通过増加内外壁的壁厚来提高
管材的环刚度,即增加管材的米重,但是该方法的可
E2
操作空问较小,其原因一方面是壁厚过厚会缩小管
材内部空间,影响流体的通过性,不满足国标对内径
的尺寸要求;另一方面,用料量加大会提高生产成本
和运输成本,降低了产品的市场竞争力。从原料上
管树样品
考虑,如果能够设法提高原料的弹性模量,同时