PE管材在高溫天氣下易破裂原因分析

1、給水用聚乙烯（PE）薄壁管高溫天氣下易破裂原因分析摘要：本文就PE聚乙烯給水管材在高溫天氣下由于溫度過高對管材外徑、承壓能力等方面影響進(jìn)行了原因分析，從中得出結(jié)論，高溫是影響聚乙烯給水管材承壓能力的主要因素，所以在實際工程驗收打壓過程中，一定要按照國家施工驗收規(guī)范埋地聚乙烯給水管道工程技術(shù)規(guī)程進(jìn)行安裝、驗收，以確保聚乙烯給水管道的質(zhì)量和工程驗收的順利通過。關(guān)鍵詞：PE薄壁管材 高溫 液壓 一、試驗?zāi)康?、驗證太陽曝曬等高溫情況下對PE管材實際承壓能力的影響；2、在溫差變化引起管道內(nèi)部壓力及外徑的變化，由于管材本身熱脹冷縮而引起的管道壓力變化；3、了解劃痕等表面劃傷對PE管道承壓能力的影響。二、

2、試驗器材D160PE100SDR210.8MPa聚乙烯給水管材80米， D25PE80SDR161.6MPa聚乙烯給水管材1米，D25聚乙烯截至閥4只，D160管堵1只，D160×63異徑三通2只，D63×25熱熔承插直通3只，25×1/2內(nèi)絲直通2只。手動液壓泵1臺，電動液壓泵1臺 ，液壓表3只（量程1.6MPa），圍尺1把（量程250mm），溫度計1只 （量程100），扳手3只，D250/90熱熔對接焊機(jī)1臺，D63/20熱熔承插焊機(jī)1臺。三、試驗步驟1、管材連接將管材件按下圖進(jìn)行連接。2、試驗準(zhǔn)備（1）向管道內(nèi)貯滿水，進(jìn)行連續(xù)曝露24h；（2）在曝曬期間，每

3、天分時段對管材已確定點的外徑進(jìn)行測量，同時記錄水溫；記錄結(jié)果見下表。測試時間測試點外徑（mm）水溫（）12345678：30160.80160.73160.31160.70161.15161.03161.0014：00161.90161.10160.80161.10161.50161.51161.154917：00161.05161.09160.59160.93161.25161.2161.35393、管路試壓在曝曬后，選擇下午高溫情況下，對管材進(jìn)行試壓，試驗壓力為0.9MPa。（1）預(yù)試驗將管道內(nèi)水壓降至大氣壓，保持60min。且期間空氣不能進(jìn)入管道；緩慢將管道內(nèi)水壓升至0.9 MPa，穩(wěn)壓

4、30min，壓力無下降。（2）主試驗將管道內(nèi)水壓降至0.8 MPa，并泄出水1144ml；我們每隔6min對管道的壓力、管材的外徑、水溫進(jìn)行測量，具體見下表：測試時間測試點外徑（mm）壓力（MPa）水溫（）123456713：15167.46167.21166.85166.48167.30167.65165.180.803213：21167.44167.14166.65166.46167.38167.47165.160.813213：27167.47167.26166.64166.57167.32167.78165.120.8231.513：33167.42167.19166.61166.46

5、167.40167.32165.310.8231.513：39167.46167.12166.55166.42167.46167.81165.160.823113：45167.42167.12166.69166.46167.27167.14165.120.84314、保壓試驗（1）在完成管路試壓后，我們用手動液壓泵將分別將壓力打至0.9 MPa，并對管道進(jìn)行保壓，同時每隔1小時進(jìn)行壓力、外徑的測量，具體見下表：測量時間測試點（mm）壓力（MPa）123456715:00161.70162.33161.64161.51162.04161.90161.4815:30161.73161.77161.

6、87161.63161.82162.00161.860.1216:30162.11162.08161.55161.90162.28162.16161.720.1117:00162.20162.26162.19162.28162.59162.63162.230.3117:30162.94162.82162.55162.72163.16162.95162.610.4018:30164.91164.85164.42164.38164.80164.76163.850.7219:30167.30167.72166.65166.61167.20167.07164.740.9020:30167.23167.

7、12166.48166.27167.08167.12164.980.8221:30167.66167.21166.66166.64167.31167.35164.980.9022:00167.50167.57166.81166.70168.06167.50165.090.9023:00167.66167.46166.82166.53167.42167.67165.260.870:00167.52167.30166.79166.64167.05167.74165.350.901:00167.58167.31167.24167.10167.90167.61165.400.882:00167.521

8、67.35167.10167.52167.50167.51165.460.883:00167.51167.43166.72166.72167.50167.60165.750.884:00167.81167.35167.20166.72167.85167.75165.760.885:00167.50167.32166.75166.55167.62167.90165.710.896:00167.64166.45166.90166.52167.62167.55165.920.887:00167.93167.60166.91166.58167.95167.71166.110.888:00167.501

9、67.41167.32166.60167.65167.70166.970.849:30167.97167.73166.90166.83167.67167.84166.190.8310:30168.32167.95167.08166.87167.72167.86166.240.8011:30168.73168.04167.17166.88167.80167.86166.310.7613:30169.12168.36167.35167.10167.72167.97166.300.7115:00168.97168.56167.49167.08167.71168.12166.330.6916:3016

10、9.02168.81167.43167.01167.71167.99167.010.7019:00170.02169.32168.19167.84168.63168.91167.090.9019:30171.23170.70169.37168.84169.79170.40167.471.0020:30171.30170.73169.32168.63169.74170.06167.420.9621:30171.30170.41169.46168.35169.63170.03167.420.9222:30171.22170.37169.13168.58169.67169.98167.440.922

11、3:30171.18170.37169.13168.50170.03169.95167.430.920:30171.22170.42169.27168.63169.64169.98168.430.921:30171.09170.33169.30168.40169.60169.95168.580.922:30171.00170.38169.51168.42169.75169.90167.530.923:30171.03170.35168.95168.30171.01169.83167.470.924:30170.96170.22168.90168.30169.57169.80167.570.93

12、5:30171.00170.25168.87168.45169.96169.97167.500.936:30171.00170.26168.86168.48169.98169.83167.580.937:30171.26170.44169.32168.49169.46169.88168.090.928:30171.03170.08168.91168.38169.56169.97167.630.929:30171.04170.40168.94168.32169.47169.88167.570.9010:30171.14170.39168.95168.36169.52169.89167.570.8

13、811:30171.45170.62169.19168.48169.58169.95167.590.8513:30172.00170.85169.32168.62169.61170.10167.770.8414:30171.95170.77169.22168.65169.62170.08167.690.8515:30171.83170.64169.20168.48169.68170.00167.730.8516:30171.77170.89169.15168.40169.63169.97167.740.8617:30171.74170.52169.02168.35169.43169.97167

14、.640.865、管路系統(tǒng)的破壞試驗（1）使用電動泵進(jìn)行打壓，管道壓力打至0.84 MPa后，管道壓力下降至0.82 MPa，管材在靠近測試點2處韌性破裂，時間在中午11：00左右，水溫達(dá)到55；（2）經(jīng)連接后對管材再次試壓，壓力達(dá)到0.92后，管材依舊在靠近測試點2處韌性破裂，時間在中午12：00左右，水溫達(dá)到55；（3）后對管材進(jìn)行劃傷，再進(jìn)行試壓，在1.0MPa保壓情況下，管材在靠近測試點1處，于中午12：00左右韌性破裂，水溫達(dá)到54；（4）后對管材進(jìn)行破壞試驗，管材壓力達(dá)到1.35MPa，管材由劃傷較厲害處脆性破裂，水溫為46；四、試驗分析1、試壓設(shè)備選擇對試驗結(jié)果的影響在試驗時，首

15、先選用手動液壓泵進(jìn)行試驗，按照埋地聚乙烯給水管道工程技術(shù)規(guī)程要求，管道沒有出現(xiàn)破裂現(xiàn)象。在壓力打至1.0 MPa，管材沒有破裂。在運用手動液壓泵打壓至1.05MPa，在保壓時壓力很快下降至1.0MPa，經(jīng)三次升壓至1.05MPa壓力還是下降。改用電動液壓泵，在改為液壓泵打壓時，管內(nèi)水溫升至55，壓力降至0.87MPa。在用電動壓力泵打壓時壓力反倒降至0.82 MPa，后壓力表升至0.84MPa時，管材韌性破裂。破裂情況分析：管材的韌性破裂與聚乙烯材料的特性是相符的，首先是管材在一次屈服前，壓力持續(xù)上升至1.05 MPa，隨著氣溫的升高，管材屈服強(qiáng)度降低，壓力在水溫達(dá)到55時，壓力降至0.87M

16、Pa。隨著打壓的繼續(xù)進(jìn)行，超過管材的一次屈服，管材迅速膨脹，壓力降至0.82 MPa后，管材達(dá)到二次屈服，壓力升至0.84 MPa，超過管材的最大承受壓力，管材韌性破裂。補壓進(jìn)行二次試壓時，電動壓力泵打到0.92MPa時，管材在第一次破裂附近韌性破裂。以上情況可以看出手動打壓和電動打壓有較大的區(qū)別，手動打壓壓力上升速度較慢，而電動打壓時，上升速度較快，所以在相同的壓力下，電動打壓較手動打壓管材受到的沖量較大，管材相對較容易破裂。2、溫度、壓力對管材外徑的影響從前面記錄的表格中可以看出管材的外徑明顯發(fā)生了較大的變化，由無壓狀態(tài)下的161.51mm，膨脹到171.95mm，同樣在保壓期間，夜晚和白

17、天管材由于受到溫度的影響外徑發(fā)生較大變化變化，具體為白天氣溫較高，管材受高溫影響，強(qiáng)度降低，外徑變大，壓力下降；晚上氣溫降低，管材強(qiáng)度增加，外徑相對變小，壓力增加，見圖2。圖2 3、管材外徑與管內(nèi)壓力走向趨勢 在保壓期間，管材外徑與壓力的變化曲線是一致的，也就是說管材外徑越大，管材內(nèi)水壓越大。圖3壓力與外徑變化關(guān)系圖4、溫度對壓力的影響按照中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)CJJ101規(guī)定，管材的壓力是在23±2的情況下制定的，管材的承壓能力會隨著溫度的升高而降低，下表為該標(biāo)準(zhǔn)給出的PE給水管道的壓力折減系數(shù)，從下表可以看出，管道的承壓能力是和溫度成一定的反比關(guān)系的，從下表可以推測出，在溫度達(dá)到

18、55時，折減系數(shù)達(dá)0.57左右，這樣0.8MPa的管材在55溫度時只能承受0.46MPa左右，按照1.5倍的試驗壓力要求，管材也只能達(dá)到0.69MPa的壓力，從我們試壓的實際情況來看，管材在打到0.75MPa時，管道承壓是沒有任何問題的，所以雖然管材沒有達(dá)到要求 1.5倍的壓力而韌性破裂，但是我們的管材在是不存在質(zhì)量問題的，所以，在高溫的情況下，我們一定要督促、指導(dǎo)施工、使用單位按照施工規(guī)范規(guī)范施工。溫度203040壓力折減系數(shù)1.00.870.745、管材受到劃痕等外力損傷對管材承壓能力的影響為了更加真實的模擬工地現(xiàn)場，我們對管材分別從縱向和環(huán)向進(jìn)行劃傷，劃傷程度在壁厚的10左右，在管材縱向劃傷長度為50cm、40cm、30cm，環(huán)向劃傷長度為1/3、1/2周長。在用電動泵連續(xù)幾次打壓至1.0MPa，管材未發(fā)生破裂，管內(nèi)水溫為50，但是管材末端（遠(yuǎn)離加壓端，受陽光照射強(qiáng)烈處）外徑已達(dá)177.24mm，之后在1.0MPa壓力下進(jìn)行保壓，管材于中午11：50左右，由管材末端處韌性破裂，內(nèi)部水