Ví dụ kết quả đánh giá ngoại suy 50 năm xác định MRS của vật liệu PE80
PN của ống nhựa sẽ được xác định trên cơ sở độ bền yêu cầu tối thiểu MRS (minimum required strength) của vật liệu chế tạo ống, hệ số thiết kế (hay hệ số an toàn) và tỷ số kích thước chuẩn SDR (standard dimension ratio – là tỷ lệ giữa đường kính ngoài danh nghĩa và độ dày thành danh nghĩa của ống), theo công thức sau:
Ví dụ: Ống được làm từ nhựa PE có giá trị MRS là 10,0MPa (nhựa PE100) để chế tạo ống có đường kính ngoài danh nghĩa dn là 110mm; chiều dày thành danh nghĩa en là 15,1mm (SDR được làm tròn từ tỷ lệ dn/en ~ 7,4), hệ số vận hành (hệ số thiết kế) được qui định theo tiêu chuẩn TCVN 7305-1 (ISO 4427-1) cho ống PE là 1,25 thì ống này có áp suất danh nghĩa được xác định theo công thức trên là PN25; Nếu sử dụng nhựa PE80 tức là nhựa có giá trị MRS là 8,0 MPa thì áp suất danh nghĩa của loại ống này là PN20.
Do đó để có căn cứ công bố áp suất danh nghĩa của một loại ống nhựa thì cần có thông số MRS của vật liệu chế tạo ống. Giá trị MRS của vật liệu được xác định thông qua phương pháp ngoại suy độ bền áp suất thủy tĩnh dài hạn 50 năm theo tiêu chuẩn ISO 9080. Đây là phương pháp xây dựng một đường cong suy giảm ứng suất vòng (hoop stress) (hay ứng suất thủy tĩnh (hydrostatic stress) – là ứng suất tác động lên thành ống khi sử dụng nước làm môi trường tạo áp suất)) theo thời gian.
Phương pháp thử nghiệm này sẽ đánh giá khả năng chịu áp suất thủy tĩnh theo bộ tiêu chuẩn TCVN 6149 (ISO 1167) của một loạt mẫu ống có đường kính từ 25 đến 63mm được tạo ra từ loại nhựa cần đánh giá MRS. Số lượng mẫu tối thiểu thử nghiệm là 30 mẫu thử, thời gian đánh giá tối thiểu của phương pháp là 9000 giờ (~ 1 năm).
Kết quả thu thập được từ dữ liệu ứng suất phá hủy của mẫu thử nghiệm theo thời gian duy trì sẽ xây dựng được đồ thị suy giảm ứng suất theo thời gian. Giá trị ứng suất ngoại suy tại thời điểm 50 năm dựa trên đường cong hồi qui được làm tròn xuống giá trị thấp hơn của dãy R10 hoặc R20 (Dãy số Renard theo ISO 3 và TCVN 7298 (ISO 497)) chính là giá trị độ bền yêu cầu tối thiểu MRS của vật liệu chế tạo ống.
Ví dụ: Giá trị ứng suất ngoại suy tại thời điểm 50 năm trên đường hồi qui trong Hình 1 là sLPL = 8,70 MPa. Giá trị được làm tròn xuống giá trị thấp hơn của dãy R10 và R20 theo TCVN 7298 (ISO 497) là 8,0 MPa. Do đó giá trị MRS của vật liệu PE được đánh giá ngoại suy theo hình 1 là MRS =8,0 MPa. Nguyên liệu PE có chỉ số MRS=8,0MPa sẽ được ký hiệu là PE80 theo TCVN 7305-1 (ISO 4427-1).
Theo yêu cầu của tiêu chuẩn việc phân loại nguyên liệu theo tiêu chuẩn ISO 9080 phải được chứng nhận bởi nhà sản xuất nguyên liệu. Khi ống được sản xuất từ loại vật liệu đã biết MRS, thì ống sẽ được định danh cấp chịu áp PN và được tính theo công thức trên.
Để chứng minh ống sản xuất đáp ứng các yêu cầu quy định về khả năng chịu áp, nhà sản xuất ống sẽ phải tiến hành đánh giá thử nghiệm điển hình (type testing) đối với chỉ tiêu độ bền áp suất bên trong khi tiến hành thử nghiệm lần đầu đối với hệ thống mới, có sự thay đổi polymer hoặc thay đổi phụ gia hay thay đổi thiết kế sản phẩm. Ví dụ đối với ống PE yêu cầu về độ bền áp suất bên trong được qui định trong phần 2 của bộ tiêu chuẩn là TCVN 7305-2 (ISO 4427-2). Tiêu chuẩn sẽ qui định thử nghiệm tại ba điều kiện 20oC trong 100h; 80oC trong 165 giờ và 80oC trong 1000h được qui định trong – Điều 7 – Bảng 3 - TCVN 7305-2:2008 (ISO 4427-2:2007):
Ví dụ: Ống PE 80; DN 110 x 15,1 mm; SDR 7,4; PN 20. Để đánh giá khả năng chịu áp suất thủy tĩnh của loại ống này. Phòng thử nghiệm sẽ tiến hành thử nghiệm 3 mẫu ống tại 3 điều kiện 20oC trong 100h; 80oC trong 165h và 80oC trong 1000h. Ứng suất vòng theo yêu cầu tiêu chuẩn đưa ra trong Bảng 3 như trên là căn cứ để phòng thử nghiệm tính toán áp suất thử tương ứng với mỗi điều kiện thử. Cụ thể đối với PE 80 - ứng suất vòng khi thử nghiệm tại các điều kiện 20oC trong 100h; 80oC trong 165h và 80oC trong 1000h lần lượt là 10,0 MPa; 4,5 MPa và 4,0 MPa. Áp suất thử nghiệm sẽ được tính toán theo công thức sau:
Sau khi điều hòa mẫu thử tại điều kiện thử (20oC hoặc 80oC) theo thời gian qui định của TCVN 6149-1 (ISO 1167-1). Mẫu ống thử nghiệm chịu một áp suất thủy tĩnh bên trong không đổi trong suốt khoảng thời gian qui định là 100 giờ, 165 giờ và 1000 giờ hoặc cho đến khi mẫu bị phá hủy. Trong suốt quá trình duy trì, mẫu thử được giữ trong môi trường ở nhiệt độ không đổi qui định. Ống thử nghiệm phải không bị phá hủy bất kỳ mẫu thử nào trong toàn bộ quá trình thử nghiệm mới được chứng minh là đáp ứng khả năng chịu áp suất thủy tĩnh theo yêu cầu tiêu chuẩn đối với cấp áp suất PN20 và được sử dụng cho hệ thống cấp nước hoặc thoát nước thiết kế áp suất vận hành là 20 bar.
Hình 2: Thử khả năng chịu áp ống PE100-DN800
Hiện nay, phòng thí nghiệm Trung tâm Thiết bị, Môi trường & An toàn Lao động của Viện Vật liệu xây dựng có khả năng thử nghiệm được toàn bộ các chỉ tiêu cơ học, vật lý và hóa học của tất cả các loại vật liệu ống nhựa như PVC, PP, PE kể cả ống có kích cỡ lớn tới 1-2 m theo nhiều hệ thống tiêu chuẩn như TCVN, ISO, EN, DIN, BS, AS, ASTM,…
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] TCVN 8491, Hệ thống ống bằng chất dẻo dùng cho hệ thống cấp nước, thoát nước và cống rãnh được đặt ngầm và nổi trên mặt đất trong điều kiện có áp suất – Poly(vinyl clorua) không hoá dẻo (PVC-U).
[2] TCVN 7305, Hệ thống ống nhựa - Ống polyetylen (PE) và phụ tùng để cấp nước.
[3] TCVN 10097, Hệ thống ống chất dẻo dùng để dẫn nước nóng và nước lạnh – Polypropylen (PP).
[4] TCVN 6149, Ống, phụ tùng và hệ thống phụ tùng bằng nhựa nhiệt dẻo dùng để vận chuyển chất lỏng – Xác định độ bền với áp suất bên trong.
[5] TCVN 7298:2003 (ISO 497: 1973) về Hướng dẫn lựa chọn dãy số ưu tiên và dãy các giá trị quy tròn của số ưu tiên.
[6] ISO 9080:2003 Plastics piping and ducting systems - Determination of the long-term hydrostatic strength of thermoplastics materials in pipe form by extrapolation.
Thử nghiệm cấp áp suất danh nghĩa của ống nhựa chịu áp, liên hệ:
Trung tâm Thiết bị, Môi trường & An toàn lao động – Viện Vật liệu xây dựng
Địa chỉ: Ngõ 235 đường Nguyễn Trãi, Thanh Xuân, Hà Nội
Điện thoại: 0243.558.5928; 0915.502.834; 0912.181.479
Website: http://vibm.vn;
Email: thietbimoitruong.vibm@gmail.com ; tamnt.tbmt@gmail.com
Trung tâm Thông tin