Трубы из реактопластов, армированных стекловолокном

Для наименования композитных труб единого термина до сих пор не сложилось. Так, у нас в Российской Федерации они называются, в основном, стеклопластиковыми. В США и других англоязычных странах — трубы из термореактивного стеклопластика GRP (Glass-reinforced thermosetting plastics [1]). В Германии — трубы из стекловолокнистой пластмассы GFK (Glass faser Kunstst-offе [2]).

С этим придется считаться — ведь Россия уже год как состоит во Всемирной торговой организации (ВТО). ГУП «НИИ Мосстрой» совместно с другими организациями разработало ранее соответствующие своды правил, использование которых дало возможность применять стеклопластиковые трубы для устройства как подземных водопроводов [3], так и трубопроводов канализации [4]. К сожалению, указанные своды правил имеют ограниченное применение.

Правила Свода Правил 40-104–2001 распространяются на стеклопластиковые трубы диаметром до 300 мм (ТУ 2296002-26612968), а СП 40-105–2001 — до 500 мм (ТУ 2296-002-26612968 и ТУ 2296001-2235774). Кроме того, действие обоих СП ограничивается стеклопластиковыми трубами, изготовляемыми по конкретным Техническим условиям.

В них (в ТУ) содержатся обуславливаемые используемыми исходными композитными материалами и способами их изготовления сортаментные характеристики, важные для гидравлических расчетов, и физико-механические показатели, важные для прочностных расчетов трубопроводных систем. В 2012 году в РФ был введен в действие ГОСТ Р 54560–2011 «Трубы и детали трубопроводов из реактопластов, армированных стекловолокном.

Технические условия», в пункте 5.5.5 которого изложено требование: «…в комплект поставки на сооружение трубопровода вместе с изделиями должны входить руководства изготовителя по монтажу и эксплуатации труб и деталей трубопровода из реактопластов, армированных стекловолокном…». К сожалению, в ГОСТ Р 54560–2011 нет разделов, посвященных монтажу труб и деталей трубопровода из реактопластов, армированных стекловолокном.

В этой связи совершенно очевидно, что возникла острая необходимость в разработке соответствующих нормативов и не только по монтажу, но и по проектированию коммунальных трубопроводов из труб и фитингов из реактопластов, армированных стекловолокном, как ведомственных, так и общероссийских. Это могли бы быть Стандарты Организаций (СТО), положения которых следовало бы распространить на весь жизненный цикл (сокращенно — ЖЦ, «изготовление — проектирование — монтаж — ремонт — утилизация») трубопровода из труб и фитингов из реактопластов, армированных стекловолокном, конкретного производителя. В такие СТО следует закладывать не только откорректированные в свете требований ГОСТ Р 54560–2011 данные конкретных производителей на трубы из реактопластов, армированных стекловолокном, но и обязательно учитывать особенности коммунальных систем — водопроводов и трубопроводов водоотведения (канализации и водостоков), а также отличие от труб из термопластов — ведь указанным трубам придется конкурировать между собой при их выборе на основании технико-экономических расчетов.

Здесь будет уместным напомнить о том, что реактопласты — это материалы, которые при нагревании легко переходят в вязкотекучее состояние, а при продолжительном нагревании — в твердое нерастворимое состояние, после чего не могут больше размягчаться и перерабатываться. Этим реактопласты существенно отличаются от термопластов, которые способны размягчаться при нагревании и затвердевать при охлаждении, что позволяет производить трубные изделия из них с использованием термомеханической обработки (нагрев их концов и последующее формование на них раструбов для соединения с уплотнением посредством резиновых колец).

Однако обоим видам полимеров, находящимся под действием растягивающих напряжений, свойственно снижать свои прочностные свойства во времени. Закономерности поведения труб из термопластов отражены в ГОСТ 52134–2003. Для рассматриваемых труб это еще предстоит сделать их конкретных производителям. Выбор напорных труб с оптимальными размерами для пропуска расчетных расходов по водопроводам и трубопроводам напорной канализации с учетом располагаемых напоров должен осуществляться с использованием российских (Добромыслов А.Я.), советских (Шевелев А.В.) и зарубежных методик (например, ХазенВильямса, Прандтля-Кольбрука и др.) на случай вариантного их проектирования с рассмотрением конкурирующих между собой труб (рассматриваемых, ПЭ, ПП, ВЧШГ, стальных с ЦПП) российского и зарубежного производства.

В СТО необходимо также предусмотреть методики выбора искомых труб с характеристиками, минимизирующие затраты на производство земляных работ при траншейной прокладке из них водопроводов и трубопроводов водоотведения. Следует также принимать во внимание и то, что Россия является членом ВТО. Специалистам, связанным с трубопроводами (проектировщикам, монтажникам, эксплуатантам, городским и муниципальным властям), хотят они этого или нет, придется сталкиваться с напорными (водопровод и напорная канализация) и безнапорными трубопроводами (самотечные канализация и водостоки), которые будут устраиваться из рассматриваемых труб (по нормам конкретных зарубежных фирм), указанных в контракте.

В этой связи совершенно очевидно, что в отсутствии российских и ведомственных норм их строительство никогда не будет сопровождаться минимальными затратами, можно даже априори утверждать — все эти расходы всегда будут завышенными. С этим, однако, можно было бы как-то смириться. Здесь опасно другое — такие трубопроводы вполне могут и не прослужить безаварийно их установленный (50 лет) срок эксплуатации.

Что касается ГОСТ Р 54560–2011, то в нем изложены требования, которым должны удовлетворять трубы из реактопластов, армированные стекловолокном, диаметром от 300 до 3000 мм (табл. 1). Требования стандарта распространяется на трубы из реактопластов (на основе ненасыщенных полиэфирных и винилэфирных смол), армированные стекловолокном и изготовленные методом непрерывной намотки (далее ТРАСВ — трубы из реактопластов, армированные стекловолокном), которые произведены из указанных в стандарте сырья и материалов.

Для изготовления труб следует использовать: термореактивные смолы; армирующие наполнители — различные виды стеклянных волокон для армирования реактопластов (стекловолокна) из алюмоборосиликатного стекла с массовой долей щелочи не более 1 % (стекло типа Е) и щелочно-кальциево-силикатного стекла с добавлением диоксида циркония или триоксида бора (стекло типа С); инертные наполнители (кварцевый песок или другие виды минеральных наполнителей), а также ускорители, катализаторы (отвердители), ингибиторы и тиксотропные добавки. Следует применять термореактивные смолы: ортофталевую полиэфирную; бисфенольную полиэфирную; винилэфирную; терефталевую полиэфирную либо изофталевую полиэфирную.

В качестве армирующих наполнителей необходимо использовать: ровинги из стеклянных комплексных и элементарных нитей из стекла типа Е, предназначенные для рубки и намотки по ГОСТ 17139; стеклянные ткани, маты и вуали из стекла типа Е либо тканые и нетканые стеклянные сетки, стеклянные ленты, облицовочные стеклянные маты, стеклянные вуали из стекла типа С. Выбираемые для изготовления труб сырье и материалы должны строго соответствовать технической и технологической документации, утвержденной в установленном порядке, разрешены к применению органами Роспотребнадзора, их качество — подтверждено соответствующими документами о качестве и проверено при входном контроле, а на случай применения труб в питьевых водопроводах — еще и соответствовать требованиям гигиенических нормативов [5].

Допускается наносить на поверхность труб лакокрасочные материалы, требования к которым должны быть установлены в технической документации их изготовителя. В стандарте приведены значения рабочих давлений PN (от 0,1 до 0,4 МПа — безнапорные и напорные — 0,6 МПа; 1,0; 1,6; 2,0; 2,5 и 3,2 МПа), кольцевых жесткостей SN — до 10 000 Па (1250 Па, 2500, 5000 и 10 000 Па), постоянной температуры транспортируемой по ним среды t [°C] (до +35 °C при рабочем давлении, не превышающем допустимые значения) для ТРАСВ (рис. 1), изготовленных из материалов со свойствами не ниже установленных значений (табл. 2).

Стандарт не распространяется на трубы, изготовляемые методами непрерывной намотки с углами намотки стекловолоконных нитей и лент менее 90°, периодической намотки, а также центробежного формования [6]. Трубы должны быть прочными и водонепроницаемыми при испытательном внутреннем давлении (1,5 PN, МПа). На наружных, внутренних и торцевых поверхностях труб, а также на калиброванных под муфтовое соединение поверхностях труб не допускаются расслоения, выходы стекловолокна, посторонние включения.

На внутренних и наружных поверхностях труб не допускаются неровности, которые могут привести к невыполнению требований стандарта. На торцах и фасках труб, в канавках муфты и на калиброванных под муфтовое соединение поверхностях труб должно быть выполнено ламинирование полиэфирной смолой или должен быть нанесен защитный слой. Каждая труба должна снабжаться ярлыком.

Его следует размещать на наружной поверхности способами, не нарушающим целостность поверхности и обеспечивающим сохранность информации при хранении, транспортировании, монтаже и эксплуатации. На ярлыке должно быть указано следующее: наименование и/или товарный знак предприятия-изготовителя; юридический адрес предприятия-изготовителя; условное обозначение трубы в соответствии со стандартом; заводской номер изделия, номер партии, номер заказа, в соответствии с которым изготовлено изделие; дату изготовления; габариты; обозначение стандарта; штамп отдела технического контроля; подпись, фамилию и инициалы лица, ответственного за изготовление изделия.

Информацию, содержащуюся на ярлыке, допускается наносить непосредственно на наружную поверхность трубы. Содержащаяся на ярлыке информация используется при проведении контроля качества с тем, чтобы трубы с дефектами (перечень которых представлен в табл. 3) были своевременно отремонтированы либо отбракованы.

Участки ТРАСВ со значительными дефектами следует вырезать, а оставшиеся отрезки труб из реактопластов, армированных стекловолокном, соединить посредством ламинирования муфтами с резиновыми уплотнителями и центральными упорами, предварительно откалибровав поверхности на требуемой длине от их торцов и сняв на них фаски, как это показано на рис. 2.

В заключение отметим, что рассмотренные положения ГОСТ Р 54560–2011 «Трубы и детали трубопроводов из реактопластов, армированных стекловолокном. Технические условия» убедили в следующем — в стране наконец-то появилась надежда на скорую разработку как общероссийской, так и ведомственной нормативной документации на весь жизненный цикл ЖЦ подземных коммунальных трубопроводов водоснабжения и водоотведения из стеклопластиковых труб диаметром до 3000 мм как отечественных, так и зарубежных производителей.

Такая работа начата в ГУП «НИИ Мосстрой». О ходе ее широкая научно-техническая общественность будет своевременно информироваться нами в следующих номерах журнала.