Испытание для определения истираемости труб, например, согласно дармштадскому методу (DIN 19565, ч. 1) производятся следующим образом. Испытуемый образец (часть трубы, разрезанной пополам вдоль продольной оси) длиной 1000 мм герметизируется торцевыми заглушками, устанавливается в испытательное устройство, заполняется смесью воды с песком (гравием, песчано-гравийной) строго определенной концентрации (количество используемой смеси строго нормировано) и плотно закрывается крышкой.
Для испытаний используются природные, не бывшие в употреблении материалы, например, круглозернистый кварцевый гравий следующего гранулометрического состава:
M = d50 = 6 мм,
U = d80 / d20 = 2 мм,
где М — средний размер зерна, мм; U — коэффициент неравномерности; d80, d50 и d20 — размеры зерен, отличающихся в большую сторону от 80, 50 и 20 % гравия в расчете по весовой доле.
Подготовленный таким способом образец трубы затем подвергается колебательным движениям в пределах центральных углов по 22,5° в каждом направлении от линии горизонта (рис. 1).
Истирание материала трубы происходит при колебании образца, так как его внутренняя поверхность подвергается нагрузке трением вследствие возвратно-поступательных перемещений смеси (например, воды и гравия) при наклоне образца трубы то в одну, то в другую сторону.
Истирание образцов водоотводящих труб связано с конкретным материалом, из которого они изготовлены, и существенно зависит от наличия твердых включений в транспортируемой жидкости
Истираемость материала образца трубы оценивается значением потери первоначальной массы, отнесенной к площади поверхности истирания F (г/см2). Для этого измеряется величина углублений, образовавшихся в стенке испытуемого образца трубы после определенного числа циклов колебаний (50 тыс., 100 тыс., 150 тыс., 200 тыс. и т.д.), что принято считать «параметром нагружения истиранием» и обозначать латинской буквой N. Измерения углублений выполняются по линии основания образца трубы с использованием соответствующих приборов (с ценой деления шкалы 0,01 мм) минимум в двадцати местах. Измерения проводятся на средней части образца (на длине примерно 700 мм). Износ материала в краевых зонах (длиной по 150 мм с обеих сторон) считается выбросом и не учитывается. В качестве результата типовых испытаний на истирание образцов труб принимается среднее значение углублений am, рассчитанное по данным отдельных измерений для N = 100 тыс. относительно исходного состояния испытуемого образца трубы.
Для измерения истираемости материала оценивается величина углублений, образовавшихся в стенке испытуемого образца трубы после определенного числа циклов колебаний (до сотен тысяч)
Для сравнения истираемости труб из различных материалов испытание образов из них подвергаются испытаниям при различных значениях N. По результатам испытаний для всех испытанных трубных материалов строят графики в декартовых координатах: по абсциссе откладывают значения N, а по ординате — am (рис. 2).
Сравнение экспериментальных данных для различных образцов показывает (рис. 2), что истираемость труб существенно зависит от материала, из которого они изготовлены. Так, по данным фирмы Hobas, истираемость образцов труб из стеклопластика их производства (рис. 2) значительно ниже истираемости образцов труб из других материалов, используемых для устройства водоотводящих трубопроводов (рис. 2): из ПНД — в 2,33 раза, керамических — в 5,33, бетонных — в 8, асбестоцементных — в 16 и чугунных — в 27 раз, при числе циклов N = 200 тыс.
Из графиков рис. 2 также видно, что истираемость труб из ПНД при числе циклов N = 200 тыс. в среднем меньше истираемости образцов труб: керамических — в 2,3 раза, бетонных — в 3,4, асбестоцементных — в 6,9 и чугунных с ЦПП — в 11,6 раз, и больше только истираемости образцов труб, произведенных из стеклопластика.
В публикации Янсона также отмечается, что наилучшим сопротивлением истиранию обладают трубы из полиэтилена (табл. 1).
Интересно и то, что характер истираемости образцов труб из разных материалов существенно изменяется с увеличением количества циклов нагружения (рис. 3), что установлено в испытаниях на износоустойчивость по методу (DIN V 19534, ч. 2), в котором предусматривается заполнение испытуемых образцов труб, смонтированных на устройстве, наглядно приведенном на рис. 1, водно-песчаной смесью.
Из графиков рис. 3 четко прослеживается тенденция роста истираемости с увеличением количества циклов колебательных нагружений. Замечательно и то, что темпы роста истираемости разных материалов существенно различаются (табл. 2).
Наибольшими темпами роста истираемости отличаются образцы труб из асбестоцемента и из глазурованной керамики. Для последних это можно объяснить тем, что материал стенки этих труб, покрытых глазурью, является неоднородным.
Из графиков этого же рисунка также видно, что из разных материалов при одном и том же N значения имеют не одинаковый разброс. Наибольший разброс характерен для образцов труб асбестоцементных и бетонных — ориентировочные значения коэффициентов вариации можно указать на уровне 80 и 70 % соответственно (упрочненный пластик не рассматриваем, так как характеристики его в работе не приводятся). Для образцов труб из ПНД и глазурованной керамики разброс значений истираемости наименьшие — ориентировочные значения коэффициентов вариации для них можно указать на уровне 5-6 %. Для образцов труб из ПВХ ориентировочные значения коэффициента вариации можно указать на уровне 10-15 %.
Фирмой Rehau приводятся данные об испытаниях на истираемость образцов труб с наружным диаметром d = 285 мм и толщиной стенки δ = 9,5 мм из различных материалов на устройстве, приведенном на рис. 1 (L = 200 мм). Использовалась смесь из гравия и песка в количестве 5 кг, зерновой состав которой состоял из зерен от 0 до 1 мм — 1,2 кг, от 1 до 2 — 0,55, от 2 до 8 — 1,4 и от 8 до 30 мм — 1,85 кг. Нагружение всех образцов труб производилось с частотой 0,1805 Гц (21,6 циклов/мин.). Это позволило говорить о том, что образцы труб из некоторых материалов нагружались в течение времени до 300 ч (рис. 4).
Четко прослеживается рост истираемости с увеличением количества циклов колебательных нагружений. Темпы роста истираемости разных материалов существенно различаются
В литературе сообщается, что в испытаниях на истираемость образцов труб на устройстве, приведенном на рис. 1, в которых использовалась песчано-гравийная смесь более крупного зернового состава (крупность до 30 мм) в воде (46 % — смесь, 54 % — вода), а нагружение всех образцов труб производилось с частотой 0,18 Гц (21,54 циклов/мин.), показали одинаковые результаты для ПП, ПЭ и ПЭ-С (рис. 5).
Истирание образцов труб существенно зависит и от концентрации смеси песка в воде. Так (рис. 6), при концентрации смеси песка в воде 14 % разрушение стальных труб происходит через 2700 часов, полиэтиленовых — через 10 400 часов. Воздействие на те же трубы смеси песка в воде концентрацией 7 % увеличивает время на 40,74 % для стальных труб и на 68,27 %.
Результаты испытаний образцов труб на истираемость устанавливаются не только по изменениям геометрии их стенок от воздействия транспортируемой по ним смеси. Так, японские специалисты фиксируют унос материала при испытаниях на специальной установке, фиксируемый в граммах. Отличие японского метода от дармштадского заключается в том, что истирание материала происходит по всей внутренней поверхности, т.к. истирающая смесь течет вокруг продольной оси образца (рис. 7).
Результаты испытаний, полученные японскими специалистами, также убеждают в том, что истираемость образцов водоотводящих труб не только существенно различается, но и по разному нарастает во времени (рис. 8).
В заключение следует отметить то, что истирание образцов водоотводящих труб связано с конкретным материалом, из которого они изготовлены, и существенно зависит от наличия твердых включений в транспортируемой жидкости. К сожалению, ни в одном из рассмотренных литературных источников не приводятся соображения на счет того, каким образом следует увязывать лабораторные данные истираемости водоотводящих труб с реальными трубопроводами водоотведения с целью определения их долговечности. Работы в этом направлении начаты в ГУП «НИИ Мосстрой», о результатах которых научно-техническая общественность будет своевременно проинформирована.
