Vlastnosti plastových rúr: Životnosť, pevnosť a použitie

Plasty sú relatívne mladým materiálom, no napriek tomu sa stali nenahraditeľnou súčasťou nášho života. V oblasti potrubných systémov sa plastové rúry tešia veľkej popularite vďaka svojim jedinečným vlastnostiam. V tomto článku sa pozrieme na ich životnosť, pevnosť, odolnosť a rôzne spôsoby použitia.

Životnosť plastových rúr

Životnosť plastových rúr je často diskutovanou témou. Stovky kilometrov plastových potrubí dnes vo svete spoľahlivo slúžia už 30, 45 rokov. Dnes prebiehajú v laboratóriách niektorých výrobcov rôzne skúšky životnosti rúr, ktoré boli začaté napríklad v päťdesiatych alebo šesťdesiatych rokoch minulého storočia. Ako vidíte, bola už päťdesiatročná životnosť prakticky doložená.

Životnosť plastov sa dá predpovedať na základe tlakových izoteriem. Tlaková izoterma obsahuje krivky, ktoré popisujú závislosť doby porušenia od napätia v stene rúry pri jednej konkrétnej teplote. Napätie aj čas do porušenia sú uvedené v logaritmickej škále.

Pevnostné izotermy sa stanovujú tak, že sady rúr sú nasadené pri určitej teplote a rôznom tlaku (vyjadrené ako napätie v stene na 1mm štvorcový). Rúry po určitej dobe prasknú a z každej hodnoty vznikne bod izotermy. Ako jednotlivé rúry praskajú, postupne sa zakresľujú ďalšie body do tlakovej izotermy. Po čase vznikajú krivky, ktoré obsahujú veľa bodov a na základe matematicko-štatistických modelov môžeme výsledky interpolovať i do oblasti, kde ešte reálne body neboli získané. Postupne je táto izoterma upresňovaná.

Starnutie zaťažovaných plastov totiž súvisí, jednoducho povedané, s pohybmi a ďalším správaním ich molekulárnych reťazcov. Zmeny možno urýchliť zvýšenou teplotou (väčšinou 80°C) a zvýšeným zaťažením. Vplyv času sa tak nahradí vplyvom teploty a vykoná sa prepočet získaných hodnôt na 20°C. Existujú matematické vzťahy (tzv. Arrheniové rovnice), ktoré popisujú túto takzvanú superpozíciu čas - teplota. Ich parametre sú dnes, vďaka radu nezávislých meraní, úplne spoľahlivo určené a na základe normovaných skrátených skúšok (väčšinou 1000 a 10000 hodinových testov) sa podľa nich dá stanoviť izoterma. Tak je možné určiť časové správanie nového materiálu pri normálnej teplote. Izotermy bežných materiálov sú publikované v príslušných normách.

S pomocou pevnostných izoteriem sa dá opísať aj správanie materiálov pri zvýšenej teplote. V praxi sa normovaná dlhodobá pevnosť ešte koriguje (v princípe vlastne vždy znižuje) použitím tzv. bezpečnostného koeficientu K, ktorý berie do úvahy správanie príslušného materiálu, nebezpečnosť média.

Pevnosť, ktorú materiál rúry bude mať po 50 alebo 100 rokoch, sa dá vyčítať z pevnostnej izotermy daného materiálu. Pre túto konečnú (no nie vyššiu počiatočnú) hodnotu, zníženú podľa požadovaného stupňa bezpečnosti (viď ďalej), je počítaná odolnosť danej rúry. Pokiaľ je rúra následne prevádzkovaná so zaťažením menším alebo prerušovaným, jej životnosť sa predlžuje. Naopak, aj keď dôjde napríklad k dvoj- a viacnásobnému preťaženiu, neznamená to, že automaticky musí dôjsť k poruche - len sa v závislosti na dĺžke a intenzite preťaženia zníži jej životnosť.

Veľmi nepriaznivý vplyv na starnutie má zvýšená teplota prepravovaného média. Vplyvy zaťaženia sa spočítajú, preto životnosť rúry môžu znížiť niektoré neplánované zaťaženia, spôsobené napríklad neodborným uložením alebo geologickými vplyvmi.

Prejavom „dožitia“ zaťaženej rúry nie je jej rozpad, ale lokálne zlyhanie v dôsledku zoslabenia steny alebo napäťovej trhliny (časté poruchy môžu svedčiť o prekročení životnosti, podobne ako pri korózne napadnutých rúrach z iných materiálov, hlavne kovových).

Odolnosť plastových rúr

Plasty „starnú“ predovšetkým pri dlhodobom mechanickom namáhaní (tlakom, ťahom, ohybom a pod.) Prejavom je pokles pevnostných parametrov - ale ak namáhanie ustane, ustane tiež zmena hodnôt. Pevnostné hodnoty sú pri jednotlivých plastoch rôzne a závislé na teplote. Ich časové zmeny v závislosti na trvalom zaťažení (napätí), sú uvedené v grafoch (tzv. pevnostných izotermách), ktoré sú súčasťou noriem pre jednotlivé potrubné materiály.

Ak položíme vedľa seba do priestoru so suchým vzduchom kusy železa, betónu alebo kameňa a bežného plastu a ponecháme ich v tme a za normálnej teploty, vydržia prakticky rovnako, takmer nekonečne dlho. Pokiaľ bude vzduch vlhký, železo skoroduje. Ak necháme na túto skupinu dlhodobo pôsobiť slnečné svetlo s obsahom ultrafialových lúčov, dôjde pri väčšine plastov najprv k zmene farby a následne aj k zmene - väčšinou zhoršeniu - hodnôt fyzikálno-mechanických parametrov (tzv. fotochemická oxidácia).

Pôsobenie chemikálií je už vecou značne individuálnou, pri základných plastoch (PVC, PE, PP a pod.) sa cení predovšetkým odolnosť voči mnohým kyslým aj zásaditým látkam.

Začneme príkladmi z praxe, kedy boli na dopravu suspenzií pevných (abrazívnych) látok vo vode málo odolné oceľové potrubia, a predovšetkým tvarovky na zmeny smeru, úspešne nahradené práve plastmi (bane, priemyselné podniky). Odolnosť zostáva zachovaná aj v prípade prietoku značne agresívnych médií obsahujúcich abrazívne látky. Mimoriadne dobrú odolnosť voči oteru vykazuje najmä polypropylén a tiež nová generácia polyetylénu - typ PE 100.

Aj keď je vysokotlakové čistenie určite drastická metóda, odolnosť rúr proti tlaku používanému pri strojnom čistení v Nemecku, Rakúsku a inde (bežne 8 až 12 MPa, t.j. až 120 atmosfér!) je v praxi bežne dokazované. Skúšky úradu pre podzemné stavby mesta Zϋrich viedli k výsledku, že pri tlaku 10 MPa a prietoku 300 l/ min (v hadici tlakového vozidla) nie sú rúry z PEHD poškodené. V literatúre sú k dispozícii aj výsledky ďalších laboratórnych skúšok. K lokálnemu poškodeniu akýchkoľvek rúr pri uvedených tlakoch však môže dôjsť, pokiaľ by sa tryska čistiaceho nástroja na dlhú dobu zastavila a obsluha by neznížila tlak vody.

Plasty môžu krehnúť tiež účinkom zníženej teploty. Pri PE krehnutie nastáva pri teplotách pod - 40 °C a ďalej k nižším teplotám, kedy je potrebné s rúrami zaobchádzať opatrne.

Z poklesu pevnosti plastov časom niektorí ľudia mylne vyvodzujú, že plastové rúry časom „mäknú“ alebo sa až roztečú alebo rozpadnú na prach. To nie je pravda: „tvrdosť“ materiálov používaných na bežné rúry sa vekom prakticky nemení. Rovnako tak nedochádza k ich rozpadu bez prítomnosti vplyvov UV žiarenia, ozónu (teda vplyvov, ktoré v zemi nepôsobia) a radu ďalších chemických látok. Jediným prejavom je znižovanie pevnosti pri dostatočne veľkom a hlavne trvalom mechanickom namáhaní.

Prekročenie životnosti je dané okamihom, kedy toto napätie presiahne pevnosť materiálu. Až následne dochádza k porušeniu materiálu - môže dôjsť k zoslabnutiu steny až po jej zlyhanie v najtenšom mieste alebo môžu vznikať napäťové trhlinky a nakoniec môže trvale pôsobiace zaťaženie viesť až k miestnemu porušeniu rúry.

Kruhová tuhosť

Za účelom porovnania odolnosti pružných rúr proti deformácii musel byť zvolený iný parameter. Je ním kruhová tuhosť, označovaná ako SN (niekedy tiež SR). Existuje niekoľko metód na stanovenie tohto parametra hoci sú postupy podobné (v zásade je to pomerne malá deformácia rúry a meranie sily k tomu potrebnej), vo výsledkoch sa tieto metódy môžu značne líšiť.

Príčinou môže byť stanovenie podmienok skúšky (sila, deformácia), ako aj vlastná definícia kruhovej tuhosti (jednou je rúra charakterizovaná polomerom, inokedy priemerom). Na Slovensku sa kruhová tuhosť bežne udáva podľa STN EN ISO 9969, dodnes však niektorí dodávatelia udávajú aj hodnoty podľa DIN 16 961. Rozdiel vo výsledkoch podľa týchto noriem sa prejavuje v tom, že kruhová tuhosť podľa STN číselne zodpovedá (veľmi zhruba) osemnásobnej kruhovej tuhosti podľa DIN (napríklad SN 4 kN/m2 ČSN = SR 32 kN/m2 DIN).

Vzhľadom na fakt, že tuhosť termoplastov vo všeobecnosti je nižšia ako tuhosť zeminy, je pri výpočtoch správania sa rúr v zemi rozhodujúci majoritný prvok, teda zemina. Rúry z plastov sú vyrábané ako relatívne tenkostenné. Rozhodne nie sú určené na to, aby sami niesli zaťaženie terénom alebo nad nimi prechádzajúcou dopravou.

Práve nosnosť dobre zhutnenej zeminy využívame pri použití plastových rúr. Rúra samotná unesie málo, pokiaľ sa však oprie o „pevnú“ zeminu, dokáže uniesť toľko, koľko zemina v jej okolí.

Vertikálne zaťažená plastová rúra (zeminou, dopravou) sa dokáže deformovať (ovalizovať) a tak rozloží napätie aj do zložky horizontálnej - jednoducho sa oprie o svoje okolie. Pritom zemina nad rúrou môže sadať na dlhšej dráhe ako zemina vedľa rúry. Praktický dôsledok: správanie rúry je ovplyvnené správaním zeminy. Pre rúru samotnú je určujúcim parametrom maximálna dovolená deformácia (resp. maximálne prípustné ohybové napätie v jej stene), nie jej vlastná únosnosť (vyjadrená napríklad ako kruhová tuhosť).

Ďaleko dôležitejšiu úlohu ako únosnosť hrá druh a stupeň zhutnenia obsypového materiálu, pretože na ňom záleží rozsah následného sadania zeminy a teda aj veľkosť deformácie rúry. Pokiaľ zeminu v okolí rúry pri ukladaní dobre zhutníme, následne dôjde len k minimálnej zmene priemeru rúry - konečná zmena je daná predovšetkým rozdielom sadnutí zeminy tesne po uložení a po následnom sadnutí danom konsolidáciou zeminy a napríklad zaťažením dopravou. Dôsledok: Rozhodujúcou veličinou je medza pevnosti rúry.

Udáva sa medzná únosnosť pri vrcholovom zaťažení (vrcholová pevnosť). Najväčšie sily pôsobia v oblasti vrcholu rúry a od neho potom pod uhlami 90˚, 180˚ a 270°, čo, ako dokazujú kamerové zábery z tuhých potrubí, sú väčšinou tiež miesta častého poškodenia. Tieto rúry praskajú pri minimálnych zmenách priemeru, sú ale náchylné aj k radiálnym poruchám (zlomenie rúr). V miestach preťaženia pružnej rúry dochádza v závislosti na stupni hutnenia okolia plastových rúr len ku vzniku väčších alebo menších vratných deformácií.

Ako určujúca (zmluvná) hodnota v statických výpočtoch pri projektovaní uloženia sa uvádza maximálna dovolená deformácia, väčšinou do 10% vonkajšieho priemeru rúry.

Použitie plastových rúr

Chemický priemysel dnes dokáže vyrábať polyméry s vopred definovanými vlastnosťami. Veľmi dobré vlastnosti materiálu PE 100 pramenia v tzv. bimodálnom zložení polyméru - pomerne širokej distribúcii molekulovej hmotnosti s relatívne vysokým podielom dlhých polymérnych reťazcov, ktoré zapožičiavajú polyméru húževnatosť, ale aj reťazcov krátkych, ktoré mu dodávajú dobrú ohybnosť. Od svojho predchodcu - PE 80, sa odlišuje predovšetkým vyššou pevnosťou materiálu (pozri MRS). MRS PE 80 je 8,0 MPa, PE 100 má MRS = 10 MPa (sú vyvinuté už aj nové typy - MRS 12,5 a 15).

Vyššia bezpečnosť je tiež daná zvýšenou odolnosťou PE 100 voči tzv. rýchlemu šíreniu trhliny (RCP) a tiež pomalému šíreniu trhliny (SCG). Ďalšie vlastnosti už tak odlišné nie sú - PE 100 vykazuje väčšiu tuhosť rúr (ohýbanie je ťažšie) a pomerne nižší index toku taveniny. Vyššia je (pri PE 80 veľmi dobrá) odolnosť voči abrázii, čo sa cení napríklad pri doprave suspenzií pevných látok vo vode.

PE 100 má lepšiu odolnosť voči SCG (Slow Crack Growth - pomalé šírenie trhliny), čo je prejav lokálneho zaťaženia v kombinácii s vnútorným pretlakom. Vada môže ľahšie vzniknúť na mieste vrypu, zvaru alebo napríklad po aplikácii stláčacieho zariadenia. Pôsobením tlaku sa vonkajšie vlákno trubky predlžuje, pri znížení tlaku zase skracuje.

Nepriaznivým javom, ktorý sa, aj keď našťastie nie príliš často vyskytuje v rúrach so stlačeným plynným médiom (hlavne kovových, ale nie sú ušetrené ani plastové rúry), je tzv. rýchle šírenie trhliny (RCP - Rapid Crack Propagation). Pôsobením vnútorného tlaku (energie plynu) sa trhlina, ktorá v trubke z nejakého dôvodu (náraz čakanom, mechanizmom, tlakový ráz) vznikla šíri rýchlosťou blízkou rýchlosti zvuku bez ohľadu na p...

Materiál PVC-U je v oblasti kanalizácie dominantným a najstarším materiálom a túto dominanciu si dlhodobo zachováva aj po nástupe iných materiálov. Podľa renomovaných štúdii majú kanalizačné siete tvorené PVC potrubiami životnosť viac ako 100 rokov. Potrubia z PVC sa vyznačujú tvarovou stálosťou, odolnosťou voči pozdĺžnym priehybom, dokonale hladkým povrchom a vysokým pevnostným modulom PVC. Tak isto sa vyznačuje veľmi dobrou odolnosťou voči oderu a len polovičnou teplotnou rozťažnosťou v porovnaní s materiálmi ako je PE a PP.

PVC potrubné systému majú väčšiu požiarnu odolnosti ako ostatné termoplasty. V PVC potrubiach sa pri montáži objavuje až o 6 krát menej chybných spojov ako u ostatných materiáloch. Všetky vyrábané rúry spĺňajú potrebné technické a zákonné požiadavky. Rúry sú vybavené štandardne tesniacim krúžkom z elastomeru (SBR). Okrem vonkajšieho popisu rúry(v daných intervaloch a rozsahoch) je možné rúry vybaviť vnútorným popisom výrobcu (platí pre priemery 200, 250 a 315 mm) ktorý slúži pre kamerové inšpekcie v už postavených kanalizačných sieťach. Rúry je možné vybaviť dorazovým pruhom (platí pre priemery 200, 250 a 315 mm).

KG-Systém (PVC) ® je založený na báze nemäkčeného polyvinylchloridu (PVC-U). Tesnosť spojov je zaistená jazýčkovými tesniacimi elementy, vyrobenými z odolných kaučukov, ktoré sú umiestnené v drážke hrdla rúrky.

KG-Systém (PVC) ® je kompletný systém s širokým výberom prvkov - trubky kruhové tuhosti SN 4, SN 8 a plnostěnná trubka SN10, umožňujúci dodatočné vkladanie prvkov a možnosť napojenia na ďalšie systémy (napr. Vzhľadom k nízkej hmotnosti systému je zaistená ľahká manipulácia, dokonca aj s rúrami s dĺžkou 5 nebo 6 m. Spájanie rúrok je veľmi jednoduché vzhľadom k hrdlu s tesniacim elementom.

Kanalizačná rúra KG SN4 je vyrobená z veľmi odolného PVC a slúži pre spoľahlivé odvádzanie odpadových vôd z nehnuteľností, pozemkov a verejných priestranstiev do kanalizačné prípojky a následne do stokovej siete. Poskytuje vysokú mechanickú a chemickú odolnosť, výbornú tesnosť spojov, odolnosť proti striedaniu teplôt, jednoduchú inštaláciu a dlhú životnosť. Obsahuje naformátované hrdlo s tesniacim krúžkom a jej hladký povrch vnútorných stien umožňuje ľahké odplavovanie nečistôt, čím zabraňuje vytváraniu usadenín vo vnútri rúry.

Kanalizačný korugovaný potrubný systém je modernejším kanalizačným potrubím z PVC-U, ktorý tak z hľadiska technických parametrov ako aj hospodárnosti vysoko prevyšuje hladké kanalizačné potrubia z tohto materiálu. Pre svoje nesporné výhody, najmä výbornú chemickú odolnosť, spoľahlivý a nenáročný spôsob spájania, veľkú stavebnú dĺžku rúr a výborné hydraulické vlastnosti našiel systém široké uplatnenie. Prednosťou tejto konštrukcie v porovnaní s tradičnou konštrukciou plnostenných rúr s obojstranne hladkým povrchom je dosahovanie vyššej statickej únosnosti pri súčasnom znížení hmotnosti rúr.

Na domácu kanalizáciu sa používajú kanalizačné rúry s priemerom 7,5 cm až 11 cm. Pre zvislé časti potrubia je priemer asi 11 cm a pre vodorovné časti potrubia postačuje priemer 7,5 cm. Pripojenie k hlavnému kanalizačnému potrubiu sa vykonáva potrubím väčšieho priemeru, zvyčajne 15 cm - 20 cm.

PVC je základným materiálom potrubných inštalačných systémov a je jedným z prvých plastových materiálov používaných pre kanalizačné systémy, v skutočnosti na odvedenie dažďovej vody, odpadovej vody z domácností a priemyselnej odpadovej vody. Polyvinylchlorid sa považuje za jeden z najbežnejšie používaných polymérnych materiálov, do ktorého sa pridávajú rôzne tuky, pigmenty a prísady.

Kanalizačné rúry z PVC alebo plastu majú množstvo výhod: hladký vnútorný povrch, ktorý zaisťuje vynikajúci odtok a prietok vody a znižuje riziko tvorby sedimentov; vyznačujú sa vysokou statickou nosnosťou, t. j. odolnosťou proti tlaku a praskaniu; ich špecifická hmotnosť je nízka, takže sa dajú ľahko prepravovať, rýchlo a ľahko sa inštalujú a pripájajú k potrubnému systému a samotné rúry môžu byť dlhé až 5 m. Plastové potrubie je navyše úplne nepriepustné, trvanlivé a náklady na údržbu sú minimálne. Medzi slabé stránky PVC rúr patrí neodolnosť voči UV žiareniu a pomalšia tvorba biofilmu, ktorý zabezpečuje samočistenie. V prípade veľkého prítoku vody môže dôjsť k spätnému toku, resp. k zmene smeru toku.

Rebrované kanalizačné rúry z polyetylénu s vysokou hustotou (PE-HD) sú dvojvrstvové; ich vnútro je hladké a vonkajšia strana je korugovaná (rebrovaná). Polyetylén je materiál s dobrými mechanickými a chemickými vlastnosťami. Hladká vnútorná stena je odolnejšia voči odpadovým vodám, pretože má dobrý prietok a malé trenie, zatiaľ čo vonkajšia rebrovaná stena je pevnejšia a odolnejšia voči poškodeniu. Tieto kanalizačné rúry sa inštalujú rýchlo a ľahko, pretože sú ľahké a ľahko sa s nimi manipuluje. Montáž a údržba rebrovaných PE-HD rúr je možná pri extrémnych teplotách (od -40 °C do +80 °C), majú nízku špecifickú hmotnosť, čo umožňuje ľahšiu prepravu, a sú veľmi odolné proti korózii a opotrebovaniu.

Rovnako ako kanalizačné rúry z PVC, rebrované rúry z PE-HD nie sú vyrobené z obnoviteľného materiálu, nie sú odolné voči UV žiareniu a tvoria biofilm pomalšie. V prípade veľkého prítoku vody môže dôjsť k spätnému toku, t. j. k zmene smeru toku.

Rebrované rúry sú vyrobené z polypropylénového materiálu, ktorý sa na kanalizačné rúry používa už viac ako 25 rokov. Z neho sa vyrábajú hladké a rebrované kanalizačné rúry. Pre potreby kanalizačných potrubí polypropylén je dodatočne vystužený minerálmi a kryštalizovaný. Vzhľadom na výnimočné vlastnosti polypropylénových zlúčenín tento druh rúr čoraz viac vytláča z používania plastové kanalizačné rúry (PVC).

Betónové rúry sa používajú na odtok dažďovej vody a odtok odpadových vôd vyššej kapacity, preto sú najvhodnejšie pre verejné kanalizácie. Štandardné priemery moderných železobetónových a betónových kanalizačných rúr sa pohybujú medzi 30 cm a 150 cm a sú dlhé 2,5 m až 3 m. Kanalizačné rúry môžu byť vyrobené aj vo väčších priemeroch ako 25 cm, záleží to však na ponuke výrobcu.

Pre betónové kanalizačné rúry je charakteristická nepružnosť, nepriepustnosť a vysoká nosnosť; ich drsný povrch je vhodný na vývoj biofilmu, a preto je ich schopnosť samočistenia väčšia. Okrem toho v prípade veľkého prítoku vody nedochádza k návratu, resp. k zmene smeru toku; majú dlhšiu životnosť ako plastové rúry a sú vyrobené z udržateľného materiálu.

Rovnako ako betón a železobetón sa pre kanalizačné systémy s väčším priemerom používajú aj polyesterové kanalizačné rúry. Polyester je materiál, ktorý sa skladá z troch zložiek: nenasýtenej polyesterovej živice, sklenených vlákien a rôznych prísad. Živica funguje ako spojivo pre určité komponenty, rovnako ako cement v betóne. Kanalizačné rúry PI sa vyrábajú v rôznych priemeroch: od 20 cm do 160 cm. Štandardná dĺžka rúry je 6 m.

Medzi výhody rúr PI patrí nízka hmotnosť a ľahké pripojenie, vysoká odolnosť proti opotrebeniu, úplne hladký vnútorný povrch potrubia, odolnosť proti chladu a teplu, vysoká životnosť a statické zaťaženie a dobrá chemická odolnosť.

Tabuľka vlastností rôznych typov rúr

Zhrnutie

Plastové rúry ponúkajú širokú škálu vlastností, ktoré ich robia ideálnymi pre rôzne aplikácie. Ich životnosť, pevnosť a odolnosť voči chemikáliám a mechanickému poškodeniu z nich robia obľúbenú voľbu v oblasti potrubných systémov. Pri výbere správneho typu plastovej rúry je dôležité zvážiť konkrétne požiadavky a podmienky použitia.

tags: #plastova #plastova #rura #vlastnosti

Populárne príspevky:

• Účinky a využitie benediktu lekárskeho
• Pangasianodon hypophthalmus v akváriu
• Využitie piesne v hudobnej výchove
• Jednoduchý recept na kuracie stehná z jednej misy
• Charakteristika teľacieho mäsa