Поліетиленові труби

Відкриття хризоліт-цементу відноситься до початку ХХ століття. 15 червня 1901 року австрійський інженер Людвіг Ґагчек запатентував свій винахід на спосіб виготовлення хризоліт-цементних плит.

Перші азбестоцементні труби були виготовлені у 1906 році, а у 1907 році в Англії  доктор Монтегю Мюррей уперше  виявив випадок легеневого захворювання – азбестового фіброзу у робітника, який контактував з азбестом. З того часу до азбесту  у зростаючому обсязі привернуто увага медицини. Вже не один десяток років точиться дискусія про шкідливість виробів із азбесту. Зокрема країни Західної Європи та США ще у 1980-х роках почали забороняти використання виробів із азбестоцементу. На даний час  більше десяти країн ЄС повністю або частково заборонили на своїх територіях використовувати азбест або матеріали, що його містять.  Однак не усі країни того ж ЄС такі солідарні із Німеччиною та Францією, де вироби з азбесту заборонені. Зокрема Греція, Ірландія, Іспанія, Португалія вважають, що заміни азбесту не існує. До цих країн приєднується й Росія, яка експортує близько  400 тис. тонн хризолітового азбесту на рік. Тут напрошується висновок  – країни виробники даного продукту втратять надходження до казни своїх країн, а це – політичне питання.

З іншого боку Міжнародна азбестова асоціація, створена ще у 1976 році, в яку входять близько 40 країн, вважає, що контрольоване використання азбестовмісних матеріалів та виробів не піддає небезпеці здоров’я робітників, населення та оточуюче середовище.

У США використання азбесту в даний час дозволено, але організований ретельний контроль за виконанням санітарних правил при його застосуванні. У результаті вплив на робітників і населення мінімальний, і не представляє значного ризику.

Із вище сказаного можна випливає один певний висновок – у будь-якому випадку волокна хризолітового азбесту є шкідливими для людей  при вдиханні! Тому при роботі із азбестовмісними матеріалами, у тому числі і з азбестоцементним трубами, необхідно дотримуватися приписів з безпечної роботи з такими матеріалами та правил особистої гігієни, що в умовах сьогоднішньої України є далекими від істини. Україною не ратифікована Конвенція 162 про охорону при використанні азбесту, яка була прийнята Генеральною Конференцією Міжнародної Організації Праці  24 червня 1986 р.

Труби із азбестоцементу  застосовуються у будівництві понад 100 років, як  для зовнішніх систем безнапірних трубопроводів: каналізації, димоходів та повітропроводів, сміттєпроводів у житлових будинках, при прокладанні  дренажних колекторів, кабелів телефонного зв’язку, для водовідведення через дороги і переїзди, так і для напірних водопроводів.

Згідно ГОСТ 18399-80 (зі змінами у 1996 р.) в Україні азбестоцементні труби випускаються двома основними заводами, розміщеними в Запоріжжі та Івано-Франківську, сировину ж для їх виробництва (хризолітовий азбест) завозять з Російської Федерації. 

Які ж властивості азбестоцементних труб створюють конкуренцію трубам з інших матеріалів? Вони не піддаються корозії, вологостійкі, мають достатньо високу механічну міцність, низьку теплову та електричну провідність, піддаються механічній обробці.

До недоліків азбоцементних труб слід віднести їх крихкість, тому при монтажі необхідно дотримуватись особливої уваги, а також укладати азбестові труби на ущільнений ґрунт, з метою запобігання вигину трубопроводу. При ударах та транспортуванні можливе  розшарування стінок труби.

Усі ці властивості азбестоцементних труб, не зважаючи на певні вади, робили їх незамінними до появи полімерних труб. Іншим важливим фактором, який стримував застосування полімерних труб замість азбоцементних була відсутність державних стандартів України. Звичайно, спроби були, наприклад, технічні умови ТУ У 25.2.23957545-001-2002 «Труби захисні поліетиленові з зовнішнім діаметром від 25 до 110 мм для прокладання кабелів зв’язку». Однак у даних технічних умовах відсутня важлива інформація про характеристики на поліетиленові труби: номінальна кільцева жорсткість, максимально допустиме навантаження  при деформації труби на 3 % для безнапірних каналізаційних мереж та 5 % для захисту кабельних мереж, не вказаний термін експлуатації таких труб, хоч усім відомо, що поліетиленові труби можуть служити 50 і більше років.

За останні  роки в Україні було прийнято ряд стандартів і нормативів, пов’язаних із виробництвом полімерних труб різного призначення, у тому числі і безнапірних труб та фасонних виробів до них для зовнішніх мереж каналізації будинків та споруд та кабельної каналізації [1, 2].

У стандарті «Труби безнапірні з поліпропілену, поліетилену, непластифікованого полівінілхлориду та фасонні вироби до них для зовнішніх мереж каналізації будинків і споруд та кабельної каналізації 

Технічні умови» [1] проведено класифікацію полімерних безнапірних труб та фасонних виробів для зовнішніх мереж каналізації будинків і споруд та кабельної каналізації  

• за матеріалом: поліпропіленом, поліетиленом, непластифікованим полівінілхлоридом;
• за сферою застосування: внутрішня та зовнішня каналізації, дренажні труби, кабельна каналізація;
• за конструкцією стінки труби: гладкі одношарові та тришарові, з гофрованим або ребристим зовнішнім шаром та гладким внутрішнім шаром та ін.

В цьому документі було встановлено код зони застосування  труб з полімерних матеріалів (встановлення мінімальної відстані підземного прокладання від фундаментів будинків та споруд і максимальної температури експлуатації цих трубу постійно і/або коротко терміново),  номінальну кільцеву жорсткість (SN), умови застосування труб для кабельної каналізації, зусилля опору стискання труб для кабельної каналізації (для кабельної каналізації  зовнішніх мереж умови застосування труб визначаються зусиллям опору стискання при 5-відсотковій радіальній деформації).

Стандарт України “Проектування та монтаж мереж водопостачання та каналізації з пластикових труб” також допомагає полімерним трубам конкурувати з азбестоцементними безпосередньо при проектуванні та будівництві трубопроводів різного призначення [2].

При проектуванні каналізаційних систем першочергове значення, як правило, надається кінцевій вартості  (сукупність вартості матеріалу, транспортні затрати, прокладання, та експлуатація) і довговічності за умови правильного обслуговування цих інженерних мереж. Більшість замовників при проектуванні та будівництві безнапірних трубопроводів, віддаючи перевагу азбоцементним трубам, у першу чергу орієнтуються на старі традиції будівництва та нижчу ціну труби, забуваючи при цьому про транспортні, будівельно-монтажні, профілактичні та ремонтні витрати, а також термін експлуатації трубопроводу.

Спробуємо у цій статті розвіяти міфи незамінності азбестоцементних труб, за допомогою порівняння технічних характеристик азбестоцементних труб і поліетиленових двошарових гофрованих труб КОРСИС.

Щоб краще розібратися в особливостях будівництва каналізаційних мереж необхідно зрозуміти різницю між гнучкими та жорсткими трубами.

Жорсткими є труби, що пошкоджуються при деформації стінок труби більше 0,1%, напівжорсткі труби витримують деформацію до 3 %.

Гнучкі труби не руйнуються при зовнішньому навантаженні, яке зумовлює деформацію понад 3 %. Коротко- чи довготермінова деформація труб КОРСИС може сягати високих значень (до 30 %), але при цьому вона не призводить до їх руйнування. Це дає можливість трубам КОРСИС при монтажі обходити  різного роду перешкоди. Допустимі значення радіуса вигину для  труб КОРСИС становлять 40-50 діаметрів труби. Крім того, при необхідності, із  труб з гофрованою зовнішньою стінкою  можна виготовити сегментні відводи будь-якої конструкції.

У той самий час жорсткі азбестоцементні труби не витримують горизонтальних та вертикальних деформацій без пошкоджень, чим ускладнюють маневри трубою при монтажних роботах, а зміну  напрямку труби при перешкодах можна проводити тільки за допомогою будівництва колодязів, що  зумовлює здорожчення будівельно-монтажних робіт .

Порівнюючи значення модуля пружності Е поліетилену (Еп =1000 МПа) та азбестоцементу (Еа =25000 МПа), ми бачимо, що в останнього він у 25 разів вищий, однак високі значення модуля пружності в багатьох випадках означають крихкість матеріалу. Тільки матеріали, зокрема поліетилен, із високим показником ударної в’язкості мають низькі показники крихкості.  Ця властивість поліетилену робить труби КОРСИС більш стійким до можливих руйнувань при будівельно-монтажних роботах на суміжних комунікаціях, особливо при мінусових температурах оточуючого середовища.

Другим важливим показником, який впливає на  кільцеву жорсткість труб є момент інерції стінки труби І:І = s3/12,

де s – товщина стінки труби, м.

На відміну від звичайних гладких труб, у тому числі азбестоцементних чи поліетиленових труб, для підвищення моменту інерції необхідно збільшувати товщину стінки, відповідно це зумовлює зростання затрат сировини.  Труби КОРСИС за рахунок геометрії зовнішньої стінки труби забезпечують задану кільцеву жорсткість при нижчих величинах маси труби у порівнянні із гладкими трубами при їх однакових діаметрах та довжині. При зростанні  діаметрів труб різниця мас азбоцементних труб та труб КОРСИС  буде збільшуватись. При застосуванні азбоцементних труб (порівняно із трубами КОРСИС) це веде до підвищення вартості транспортних витрат, ускладнення вантажно-розвантажувальних  та будівельно-монтажних робіт. Для наочності порівняємо вагу стандартних відрізків азбестоцементних труб і труб КОРСИС близьких за діаметром.

Вага 1 м п. труби КОРСИС  діаметром 110 мм (SN8) становить 0,95 кг, вага 1 м п. азбоцементної труби зовнішнім діаметром 118 мм – 6,1 кг [3]. Враховуючи, що труби КОРСИС випускають довжиною по 12 м, а азбоцементні довжиною максимум 5 метрів, маємо, що відрізок труби КОРСИС такої довжини важить 11,4 кг, а 5-метрова азбестова труба важить 30,5 кг.  Чим труба важча, тим складніше її монтувати, а у випадку азбестоцементних труб зростає й час на монтажні роботи. Так, для з’єднання двох труб КОРСИС довжиною по 12 м потрібна тільки одна муфта, а для того, щоб змонтувати відрізок азбестоцементного трубопроводу такої ж довжини необхідно аж п’ять!п’ятиметровх азбестових труб і чотири муфти.

Азбоцементні труби з’єднують  за допомогою азбестових або полімерних муфт, які важко монтувати та торці труб. При цьому торці часто розшаровуються або тріскають, що є недопустимим. Труби КОРСИС монтуються за допомогою поліетиленових муфт або приварених розтрубів на одному з кінців труби та гумового ущільнюючого кільця спеціальної конструкції, яке забезпечує надійну герметизацію з’єднання до просочування ґрунтових вод у середину труби. Маючи високий показник ударної в’язкості торці поліетиленових труб при монтажі не розшаровуються і не тріскають. Додатковою  перевагою труб КОРСИС великих діаметрів є можливість зварювати їх стиковим методом, що гарантує герметичніть трубопроводу.

При проведенні розрахунків на міцність та стійкість   безнапірних труб КОРСИС згідно [2] під автомобільними дорогами, величина кільцевої жорсткості SN повинна становити 8-10 кН/м2. Такі величини навантаження труби КОРСИС витримують без застережень.

У самопливних трубопроводах із термопластів зносостійкість дуже мала, навіть  якщо вода містить значні кількості піску. В поліетиленових трубах очікуваний знос за 100 років безперервної роботи з великим допуском не перевищує 0,5 мм товщини стінки, що дає підставу не брати цей показник до уваги навіть для мереж із тонкостінних труб [4].

Експерименти  з оцінки абразивної дії на системи дощової або стічної каналізації проводились з різними рідинами та за різних умов. Відомо, що в каналізаційних системах абразивний знос труб в основному відбувається у нижньому сегменті труби. В Південно-німецькому Центрі штучних матеріалів (Süddeutsche Kunstoffzentrum, Німеччина) визначення зносу піском у каналізаційних трубах детально було здійснено  так званим методом Дармштадта/Кіршмера. При переміщенні 3 кг піску (в суміші вода/пісок у співвідношенні 85%/15%)  у досліджуваній трубі методом гойдання зі швидкістю  4-4,5 с за один цикл,  було проведено 130000 циклів перекачування. Реальний знос поліетиленової труби після проведених випробувань не перевищив 0,1 мм. Це відповідає переміщенню трубою 390 тонн піску, що еквівалентно транспортуванню піску в каналізаційній мережі протягом 195 років експлуатації [4].  Азбестоцементна труба за таких самих випробуваннях зношується у 10-20 разів інтенсивніше, а їхня прогнозована довговічність становить 30-40 років.

Незважаючи на високу хімічну стійкість азбестоцементних труб, їхня зовнішня поверхня  піддається руйнуванню у кислих і агресивних ґрунтах, а у зимовий період, при посипанні доріг сіллю або іншими хімічними реагентами, також і внутрішня поверхня труби, тому для цього різновиду труб рекомендується створювати антикорозійний захист. У випадку поліетиленових труб, у тому числі й КОРСИС,  які є стійкими до агресивного впливу кислот, лугів, солей та органічних сполук при температурі до 60 оС, жодні антикорозійні захисти не потрібні.

При замерзанні рідин у поліетиленових трубах збільшення внутрішнього діаметру труби в зоні замерзання відбувається без руйнування. При розморожуванні, поліетиленова труба повертається до попереднього діаметра. Замерзання рідин в азбестоцементних трубах спричинює їх руйнування.

Важливим фактором експлуатації каналізаційних мереж є виконання ремонтних робіт та врізання у діючі  системи. У випадку азбестоцементних труб при ремонтних роботах необхідно, як правило замінювати всю трубу, а для врізання в діючі трубопроводи необхідно мати спеціальні переходи. При ремонті ж труб КОРСИС достатньо вирізати пошкоджену частину труби та необхідної довжини вставку можна легко вирізати за допомогою звичайної ножівки  по дереву з дрібними зубцями. Труби між собою з’єднують за допомогою стандартних поліетиленових муфт з гумовими ущільнюючими кільцями. Сполучення труб КОРСИС з трубами інших систем здійснюється за допомогою спеціально розроблених для цього з’єднувальних  деталей. Труби КОРСИС легко монтуються з оглядовими поліетиленовими  (лотковими та виготовленими за кресленнями замовника) та бетонними колодязями.

Таким чином, за вимогами, які ставляться до каналізаційних та дощових мереж, поліетиленові труби КОРСИС переважають труби із азбестоцементу практично за всіма характеристиками: за стійкістю до зовнішнього навантаження, за герметичністю, за високою стійкістю до стирання, за хімічною корозійною стійкістю, за легкістю та швидкістю монтажу, за низьким заростанням внутрішньої поверхні труби відкладеннями.

Також, крім  вище перелічених переваг поліетиленових двошарових гофрованих труб над азбестовими при  застосуванні їх для зовнішньої каналізації, слід обов’язково зазначити, що труби КОРСИС можна використовувати для кабелів зв’язку та силових кабелів [5].