В последние десятилетия в практике строительства водопроводных систем как за рубежом, так и в РФ все больше находят применение трубы из полимерных материалов — пластмассовые трубы
В качестве материалов для изготовления этих труб используются полиэтилен, поливинилхлорид и хлорированный поливинилхлорид, пластмассы на основе акрилонитрилбутадиенстирола, фтор полимеры и стеклопластики.
В системах водоснабжения наружной прокладки находят применение трубы из поливинилхлорида (ПВХ), полиэтилена, полипропилена (ПП) и стеклопластика
Винилхлорид, на основе которого производятся трубы ПВХ, был впервые получен в 1860 г. И хотя ПВХ был получен уже в 1872 г., его промышленное использование для производства труб началось лишь в начале 1930-х гг. Полиэтилен был впервые получен в начале 1930-х гг., а производство труб из него началось в середине 1940-х гг. Первый стандарт на трубы из ПВХ выпущен в 1942 г. в Германии, а первый стандарт на пластмассовые трубы был опубликован в 1953 г. в Великобритании.
Полипропиленовые трубы применяются с середины 1950-х гг. В Скандинавии трубы из ПВХ и ПП начали применяться в середине 1950-х гг. Здесь имелся Северный стандарт на напорные трубы из ПВХ с начала 1960-х гг. Впервые пластмассовые трубы для подземных трубопроводов были применены в Германии и Голландии. В Скандинавии трубы из ПВХ и ПЭ для подземных трубопроводов стали применяться с конца 1960-х гг., а трубы из полипропилена — с конца 1970-х гг.
В настоящий момент диапазон применения пластмассовых труб и их
ассортимент существенно расширился. Пластмассовые трубы малого диа-
метра (до 315 мм) начали выпускать в нашей стране несколько десятилетий
назад, а первая в России линия производства пластмассовых труб большого диаметра (от 315 до 1200 мм) методом вакуумкалибрования создана и освоена в 2003 г. на Климовском трубном заводе (группа «Полипластик»)
В настоящее время на линии освоен выпуск всех видов труб из ПЭ-80 и ПЭ-100 диаметром от 630 до 1200 мм (в том числе, труб ПЭ-100 диаметром 1200 мм SDR 17) на рабочее давление до 1,6 МПа. Производительность линии по трубам составляет 900...1100 кг/ч. На российском рынке трубопроводов активно работают свыше 30 отечественных и зарубежных организаций и фирм, изготовляющих и поставляющих пластмассовые трубы для строительства и реновации трубопроводных сетей, а также фасонные части.
К таким организациям, например, можно отнести: Кохановский трубный завод «Белтрубпласт», ТФК «Бородино-Пласт» (Москва), ООО «Вавин Рус» (Москва), Рубежанский трубный завод, ООО НПП «Пенополимер» (Московская обл.), ЗАО «Пласт Профиль» (Московская обл.), ООО «Полимер-Ресурсы», ООО Группа «Полипластик» (Москва), ООО «СОЮЗ-ПЛАСТ» (Санкт-Петербург), ЗАО НПО «Стройполимер» (Москва), ООО «Тверьтрубпласт» (Тверь), ООО «Чебоксарский трубный завод» (Новочебоксарск), ООО «Югтрубпласт» (Ростов-на-Дону).
Заводом «ИКАПЛАСТ» (Санкт-Петербург) освоено производство полиэтиленовых фасонных частей (отводов, тройников, крестовин, переходов втулок под фланцы, муфт, неподвижных опор.
Зарубежные производители труб из полимерных материалов («Спиро», «Виплайнер», «Вавин», «Упонор» и пр.) выпускают весьма разнообразную
продукцию трубопроводов различного назначения (напорных и безнапорных). На российском и московском рынках постоянно появляется разнообразная продукция ряда фирм-производителей, включая новые типы пластмассовых труб, которые могут в ближайшее время найти применение на Московском водопроводе и канализации. Это требует разработки специальных требований к поставляемым трубам, правил их проектирования, строительства и эксплуатации.
На сегодняшний день среди полимерных материалов для изготовления труб, используемых для строительства и восстановления водопроводных сетей, наибольшее распространение в качестве исходного сырья получил полиэтилен (латинская транскрипция РЕ).
Для подземных трубопроводов систем водоснабжения и напорной канализации применяются трубы из полиэтилена ПЭ 80 (SDR 9, 11 и 13,6) и ПЭ 100 (SDR 11; 13,6; 17 и 17,6) в соответствии с рекомендациями СП40-102-2000 «Свод правил по проектированию и строительству. Проектирование и монтаж трубопроводов систем водоснабжения и канализации из полимерных материалов» и ГОСТ 18599-2001 «Трубы напорные из полиэтилена».
В России для целей питьевого водоснабжения использование пластмассовых труб предусматривает обязательное наличие гигиенического сертификата, выданного органами Роспотребнадзора РФ.
В зависимости от расположения и длины цепей молекул и плотности материала достигаются три разновидности полиэтилена:
— низкой плотности (латинская транскрипция РЕ-ld, плотность 0,923 г / см 3 ), который обладает эластичностью и гибкостью;
— средней плотности (латинская транскрипция РЕ-md, плотность 0,938 г/см 3 );
— высокой плотности (латинская транскрипция РЕ-hd, плотность 0,95 г/см 3 ), который обладает высокой прочностью к механическим нагрузкам, температуре и воздействию химических веществ при сохранении эластичности.
Одна из разновидностей полиэтиленов — сшитые полиэтилены (латинская транскрипция РЕ-Х), получаемые в результате сшивки линейной полимерной цепочки различными химическими составами или путем облучения на специальных ускорителях, например, быстрыми электронами.
Получаемый материал нетоксичен и может применяться на сетях питьевого водопровода.
Пластмассовые трубы в системах водоснабжения и водоотведения соединяются с помощью сварки (встык или с помощью закладных электронагревательных муфт) или раструбов с резиновыми уплотнительными кольцами. Склеивание труб исключается, так как материал обладает низкой адгезионной способностью в отношении химических веществ, не обеспечивая прочного соединения.
Длина пластмассовых труб из полиэтилена высокой плотности диаметром до 160 мм не ограничена, так как они эластичны и по мере изготовления их можно свертывать в бухты. Трубы больших диаметров поставляются длиной 3, 6, 8, 10 и 12 м. Длина пластмассовых труб из полиэтилена низкой плотности, имеющих жесткую структуру, ограничивается 3 м.
Пластмассовые трубы производятся в основном экструзионным методом. Производство пластмассовых труб представляет собой непрерывный
процесс, состоящий из следующих операций: получение расплава полиэтилена в экструдере, формование трубной заготовки в экструзионной трубной головке, калибрование заготовки об охлаждающую поверхность калибра, охлаждение калиброванной трубы в охлаждающих (вакуумных) ваннах и резка трубы на мерные отрезки.
Трубопроводы из пластмассовых труб обладают как рядом достоинств, так и недостатков
К достоинствам пластмассовых труб можно отнести полное отсутствие коррозии и зарастания внутритрубного пространства, малую массу, технологичность монтажа, значительный срок службы при правильной эксплуатации.
В отечественной практике опыт применения пластмассовых труб при прокладке трубопроводов наружных систем централизованного водоснабжения среднего и большого диаметра недостаточен. Причины их небольшого использования: низкие величины допустимого рабочего давления, неопределенность гарантированного срока службы, сложность строительно-монтажных работ, и ряд других причин.
Требования к качеству пластмассовых труб, предусматриваемые нормативными документами, с одной стороны, во многих случаях едины для всех пластмассовых труб и обусловлены специфическими свойствами полимерных материалов (например, ярко выраженной временной зависимостью прочности), а с другой, различны в зависимости от применяемого полимера и назначения труб. Все это приводит к сложностям при их использовании в системах наружного водоснабжения.
Существует неопределенность в стоимостных соотношениях пластмассовых труб по отношению к другим видам труб при учете временного фактора их службы.
На Московском водопроводе трубы из ПВХ и пластмассовые трубы не нашли широкого применения (эксплуатируется в настоящее время около 2 % пластмассовых труб от общей протяженности сети), так как не отличаются надежностью (рис. 2.14, 2.15).
В последние годы на Московском водопроводе в основном применяются пластмассовые трубы для бестраншейного ремонта (реконструкция водопроводной сети методом протяжки полиэтиленовой трубы внутрь существующей — «труба в трубе»).
Характерная черта пластмассовых труб та, что долговременная прочность трубы зависит от напряжения. Обычно для пластмассовых труб допустимое напряжение принимают так, чтобы его величина соответствовала примерно половине величины прочности при длительности нагрузки в течение 50...100 лет. Это означает, что при кратковременных нагрузках будет примерно четырехкратный запас прочности. Значения запаса прочности также зависят от вида материалов пластмассовых труб. Для назначения параметров пластмассовых труб применяются два расчетных критерия: допустимое напряжение
У всех полимерных материалов снижается прочность на растяжение при повышении температуры. Обычно пластмассовые трубы рассчитываются исходя из прочности материала при температуре +20°С. Если температура ниже этого значения, то прочность материала повышается. Это повышение прочности, как правило, не учитывается при назначении параметров трубопровода, но сам факт повышения прочности увеличивает коэффициент ее запаса для труб.
Пластмассовые трубы имеют хорошие теплоизоляционные свойства.
Тем не менее, для прокладываемых в земле сетей теплоизоляционные
свойства грунта зачастую более значимы, чем теплоизоляционные свойства самой трубы. В то же время в случае применения толстостенных пластмассовых труб их теплоизоляционные свойства могут быть значительными.
Ультрафиолетовое облучение ускоряет процесс старения большинства пластмассовых труб. Так, воздействие солнечного света может вызвать изменение цвета труб или ухудшить их динамическую прочность. Для защиты пластмассовых материалов от разрушающего воздействия ультрафиолетового облучения в них добавляют пигменты или ультрафиолетовые стабилизаторы.
Пластмассовые трубы при их складировании должны размещаться
так, чтобы не подвергаться длительному солнечному освещению. Пластмассовые материалы различаются по своей чувствительности к ультрафиолетовому облучению и, следовательно, существуют индивидуальные
различия в том, как долго тот или иной материал может быть подвергнут
воздействию солнечного света. Соединения пластмассовых труб могут осуществляться различными способами. Некоторые типы стыковых соединений могут передавать усилия в продольном направлении, тогда как другие, например, резиновые муфты, не способны к передаче растягивающих усилий. При переходе от участка пластмассовых труб со стыковыми соединениями,
способными передавать растягивающие усилия, к участку с соединениями, которые не могут их воспринимать, соединение в этой точке должно быть фиксирующим, поскольку иначе возникает опасность того, что оно в этом месте разойдется, когда трубопровод начнет функционировать.
Деформация пластмассовой трубы зависит, прежде всего, от качества выполнения работ по прокладке трубопровода. Правильное выполнение
строительно-монтажных работ имеет важное значение для предотвращения возможных просадок в будущем, и потому строительно-монтажные работы оказывают определяющее влияние на качественные характеристики построенного трубопровода из пластмассовых труб. Пластмассовые трубы обладают рядом свойств, выгодно отличающих их от труб из традиционных материалов. Они не подвержены электрохимической коррозии. Потери напора на трение в них приблизительно на 30 % меньше, чем в металлических трубах. На внутренней поверхности этих труб практически не образуется отложений, а следовательно, не происходит увеличения потерь напора во времени. Гидравлический удар, возникающий в трубопроводах из пластмассовых труб, значительно слабее из-за более низкого модуля упругости материала. Они легче
металлических и других неметаллических труб. Вероятность разрушения
пластмассового трубопровода при замерзании в нем воды мала.
Следует отметить, что в отечественной литературе опыт эксплуатации наружных водопроводных сетей из пластмассовых труб рассмотрен недостаточно. Весьма интенсивно развивается в централизованном водоснабжении и водоотведении городов России использование пластмассовых труб и изделий для бестраншейных методов восстановления и реконструкции трубопроводов систем водоснабжения и водоотведения.
Во многом это объясняется широкой информацией общественности
об этих методах, их экологичности, экономичности и оперативности
по сравнению с классическими методами, связанными с земляными работами по ликвидации аварийных ситуаций на инженерных коммуникациях, приводящими к длительному нарушению нормальных условий
функционирования систем инфраструктуры в городах (особенно крупных) с интенсивными транспортными потоками.
В то же время следует отметить, что открытая прокладка пластмассовых труб требует производства специальных подготовительных работ, выполнение которых в условиях плотной городской застройки крупных мегаполисов и большого насыщения подземного пространства инженерными коммуникациями затруднительно и может привести к удорожанию строительно-монтажных работ.
Так, европейские технические условия по прокладке пластмассовых труб регламентируют использование для обсыпки трубы не вынутый грунт, а специально подготовленный песок или гравий с размером фракций 22 мм или щебень с размером фракций 4...22 мм.
Взято из "Библиотека Научных Разработок НИУ МГСУ"
Авторский состав С.В. Храменков, А.Д Алифиренков, О.Г. Примин.