塑料管道靜液壓試驗(yàn)檢測及影響因素——塑料管道質(zhì)量檢測

近年來，塑料管材已經(jīng)逐漸取代了鍍鋅鋼管和鑄鐵管道在建筑領(lǐng)域中的應(yīng)用，我國也出臺(tái)了很多標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，為塑料管道的正常使用和選擇提供了完善的技術(shù)保證。目前，應(yīng)用于建筑、農(nóng)田灌溉及市政工程等方面的管道都要求進(jìn)行管材的靜液壓試驗(yàn)，主要用于評(píng)價(jià)塑料管材的安全性和可靠性，但在這個(gè)試驗(yàn)的過程中，需要考慮到各種因素的的影響，才能最大范圍內(nèi)保證靜液壓試驗(yàn)的準(zhǔn)確性。
 
塑料管道靜液壓試驗(yàn)
1、靜液壓試驗(yàn)方法
通常，靜液壓試驗(yàn)一般是將試驗(yàn)所需的原材料在設(shè)定溫度下放入管道或管件的試樣中，以水為主要介質(zhì)，施加一定的內(nèi)壓，并根據(jù)內(nèi)壓數(shù)值計(jì)算材料所能承受的應(yīng)力，將試驗(yàn)材料長期放置，直到材料損壞，然后掌握材料強(qiáng)度隨時(shí)間的變化。同時(shí)，記錄破壞類型和時(shí)間，然后對(duì)不同溫度下的時(shí)間和應(yīng)力數(shù)據(jù)進(jìn)行多元線性回歸處理。
 
2、塑料管道靜液壓試驗(yàn)的基本原理
參照GB/T6111流體輸送用熱塑性塑料管道內(nèi)壓阻力試驗(yàn)方法，將試樣保存規(guī)定時(shí)間或狀態(tài)調(diào)節(jié)后，在規(guī)定的恒定靜液壓力下破壞試樣。在整個(gè)試驗(yàn)過程中，試樣應(yīng)保持在規(guī)定的恒溫環(huán)境中，可以是水(水-水試驗(yàn))、其他液體(水-液體試驗(yàn))或空氣(水-空氣試驗(yàn))。
 
塑料管材靜液壓試驗(yàn)破壞類型
在靜液壓試驗(yàn)過程中，管材發(fā)生的破壞類型主要有兩種，分別是韌性破壞和脆性破壞。
 
其中對(duì)于韌性破壞來說，是指管材在發(fā)生很大的變形之后出現(xiàn)的破損類型，一般為塑性的的變形，這種破壞形式在斷裂伸長率較大和樹脂彈性模量較小的管材中更容易發(fā)生。
   
脆性破壞主要表現(xiàn)在管材斷截面附近或在斷截面上，沒有明顯大的塑性變形。斷裂面形狀和斷裂能是區(qū)別脆性和韌性破壞最主要的指標(biāo)。
 
塑料管材靜液壓試驗(yàn)影響因素
1、尺寸測量的準(zhǔn)確性
通過試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)分析得知，試樣的平均外徑及試樣自由長度部分壁厚的最小值是影響試驗(yàn)壓力P的一個(gè)關(guān)鍵的因素。這兩個(gè)數(shù)值直接會(huì)影響到試驗(yàn)壓力值的確定，從而影響到試驗(yàn)的準(zhǔn)確性。依據(jù)GB/T6111-2018《流體輸送用熱塑性塑料管材耐內(nèi)壓性能的測定》，計(jì)算管材試驗(yàn)壓力P的基本公式為：P=σ×2emin/（dem- emin）
 
式中：P是指計(jì)算出的試驗(yàn)壓力；σ是指由試驗(yàn)壓力引起的環(huán)向應(yīng)力，按照GB/T13663.2-2018《給水用聚乙烯（PE）管道系統(tǒng)第2部分：管材》規(guī)定，在進(jìn)行靜液壓強(qiáng)度試驗(yàn)（20℃，100h）時(shí)，PE80環(huán)應(yīng)力為10.0MPa，PE100環(huán)應(yīng)力為12.0MPa；dem是指實(shí)際測量得到的管材試樣的平均外徑，單位為毫米（mm）；emin是指實(shí)際測量得到的管材試樣自由長度壁厚的最小值，單位為毫米（mm）。尺寸測量應(yīng)GB/T8806-2008《塑料管道系統(tǒng)塑料部件尺寸的測定》來測量，這里要把握的是dem是實(shí)際測量得到的平均外徑，不是管材的公稱外徑。
 
為保證尺寸測量的準(zhǔn)確度，在實(shí)際操作中要把握住以下幾點(diǎn)：
1）測量使用的游標(biāo)卡尺精度至少為0.02mm、壁厚儀精度0.01mm；
2）測量器具、試樣的溫度和周圍環(huán)境的溫度均在（23±2）℃；
3）檢查試樣表面是否有影響尺寸測量的現(xiàn)象，如標(biāo)志、合模線、氣泡或雜質(zhì)；
4）尺寸測定是應(yīng)距試樣的邊緣不小于25mm且最小壁厚測量時(shí)應(yīng)測量密封接頭間的管材自由長度部分的最小壁厚。
 
2、儀器壓力系統(tǒng)的穩(wěn)定性及壓力測量裝置的精度
靜液壓試驗(yàn)儀是靜液壓試驗(yàn)完成的的重要硬件保證，儀器本身的壓力控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性及壓力測量裝置的精度對(duì)試驗(yàn)的準(zhǔn)確度至關(guān)重要。靜液壓試驗(yàn)儀器的加壓加壓裝置應(yīng)該能夠保證在整個(gè)試驗(yàn)過程中持續(xù)并且均勻地向試樣施加試驗(yàn)所需要的壓力，如果儀器加壓裝置的穩(wěn)定性不夠，就可能造成試驗(yàn)壓力的發(fā)生較大的偏差，從而導(dǎo)致檢測結(jié)果不準(zhǔn)確。所以在國家標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)儀器加壓裝置的壓力偏差做了明確規(guī)定，要求在試驗(yàn)過程中的加壓裝置的壓力偏差應(yīng)該保持在要求值的規(guī)定范圍內(nèi)。
   
壓力測量裝置應(yīng)能真實(shí)地反映試驗(yàn)壓力值，以保證試驗(yàn)壓力與規(guī)定壓力的一致性。如果測量裝置精度不夠，就有可能造成壓力測量裝置顯示的壓力值與實(shí)際試驗(yàn)壓力值的不一致，從而導(dǎo)致試驗(yàn)結(jié)果缺乏真實(shí)性，所以對(duì)靜液壓試驗(yàn)儀的壓力測量裝置必須定期進(jìn)行檢定以確保儀器的精度。
 
3、試樣狀態(tài)調(diào)節(jié)
高聚物的力學(xué)性能很大程度上與溫度相關(guān)，并且在聚合物發(fā)生聚集態(tài)轉(zhuǎn)變時(shí)表現(xiàn)特別突出。在試驗(yàn)前對(duì)管材試樣進(jìn)行狀態(tài)調(diào)節(jié)，就是為了實(shí)現(xiàn)試樣與狀態(tài)調(diào)節(jié)環(huán)境或溫度之間溫度和含濕量平衡狀態(tài)的再現(xiàn)，可見試驗(yàn)前對(duì)管材試樣進(jìn)行狀態(tài)調(diào)節(jié)是非常必要的。
 
在進(jìn)行管材試樣狀態(tài)調(diào)節(jié)時(shí)，應(yīng)擦除試樣表面存在的油漬、污漬以及其他污染物，以使試樣表面達(dá)到清潔干燥，然后按照規(guī)定的方法將密封接頭裝在試樣的兩端與其連接起來，并向試樣中注滿與試驗(yàn)溫度接近的水。試樣調(diào)節(jié)時(shí)的水溫度不能超過試驗(yàn)溫度5℃，試樣狀態(tài)調(diào)節(jié)時(shí)間應(yīng)符合GB/T6111所規(guī)定的時(shí)間。
 
4、恒溫水浴的溫控精度以及溫度場的均勻性
管材靜液壓試驗(yàn)的條件和塑料管道的使用條件是不一樣的，在一般情況下，靜液壓試驗(yàn)的條件與塑料管道所具有的故障溫度以及故障壓力比較接近。如果受到的壓力比較大時(shí)，就會(huì)導(dǎo)致溫度的升高。由于溫度對(duì)靜液壓試驗(yàn)結(jié)果的影響很大，因此必須使恒溫水浴的溫度偏差控制在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，根據(jù)GB/T6111-2018《流體輸送用熱塑性塑料管道系統(tǒng) 耐內(nèi)壓性能的測定》相關(guān)規(guī)定，當(dāng)恒溫環(huán)境為液體時(shí)，平均溫差保持在±1℃，最大偏差為±2℃。在整個(gè)試驗(yàn)過程中應(yīng)始終保持試驗(yàn)介質(zhì)處于恒溫狀態(tài)。
   
5、密封接頭
在靜液壓試驗(yàn)過程中，只有破壞發(fā)生在密封接頭不小于0.1倍自由長度之內(nèi)才算有效試驗(yàn)，才可以較為真實(shí)地表現(xiàn)塑料管材的質(zhì)量。在GB/T6111-2018《流體輸送用熱塑性塑料管道系統(tǒng) 耐內(nèi)壓性能的測定》中對(duì)管道的自由長度作了明確要求，當(dāng)管材公稱外徑dn≤315mm時(shí)，每個(gè)試樣兩個(gè)密封接頭之間的自由長度Lo不應(yīng)小于試樣外徑的三倍，但最小值不應(yīng)小于250mm；當(dāng)管道dn>315mm時(shí)，其最小自由長度Lo≥1000mm。
 
除此之外，在使用密封接頭與管材試樣進(jìn)行連接前，一定要檢查密封接頭與試樣接觸的部位是否有尖銳的部分，并且要對(duì)銳邊進(jìn)行修整，以避免試驗(yàn)時(shí)由于尖銳部分產(chǎn)生的應(yīng)力集中對(duì)試樣產(chǎn)生破壞，影響試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性。
 
結(jié)語
通過對(duì)GB/T6111-2018、GB/T8806-2008、GBT 13663.2-2018這些標(biāo)準(zhǔn)中的詳細(xì)規(guī)定進(jìn)行分析，對(duì)靜液壓試驗(yàn)檢測結(jié)果的因素有許多，例如尺寸測量的準(zhǔn)確度、試樣狀態(tài)調(diào)節(jié)、靜液壓試驗(yàn)儀所具有的精度、恒溫水浴所具有的溫控精度與溫度場的均勻性以及密封接頭等。
 
因此，在實(shí)際試驗(yàn)工作中，一定要把保證測量準(zhǔn)確度以及儀器設(shè)備的精度作為試驗(yàn)的基礎(chǔ)性工作，嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)中的技術(shù)要求進(jìn)行試驗(yàn)，進(jìn)而保證靜液壓試驗(yàn)的質(zhì)量。