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软管内衬:: 告别“复合厚度”以及不切实际的弹性模量

13.12.2021

2011年推行DIN EN ISO 11296-4标准以来,软管内衬的树脂层在德国市场上备受关注。 随着标准阐述空间的扩大,各企业展开了对最高弹性模量的竞争 这也成为高质量产品的同义词。 由此产生一些在技术依据上值得怀疑的参数 这些参数还需要在实践中进一步确认 由于产品标准更新,这些参数的依据已经失效。 为软管内衬引入AoC文件的另一个理由:需要摆脱“德国特殊道路”。

写作动机

2021 8 月,面向软管内衬的AoC 文件公布于世 这也是 ISO/TS 23818-2 [1]的暂行标准。 其中规定了符合EN ISO 11296-4 [2]标准规定重力范围以及EN ISO 11297-4 [4]标准规定压力范围的产品要求。 AoCAssessment of Conformity ,即“合格评定”。

ISO/TS 23818-2暂行标准的章节6.1.2通过对软管内衬的机械性能加以描述 ,对结束“德国特殊道路”做出了进一步的贡献。  与国际惯例不同,在德国的施工过程中,软管内衬的弹性模量始终与复合厚度密切相关。 DWA规则体系通过最新的M 144-3说明[5]以及新版DIN EN ISO 11296-4标准规定了各种复合厚度的弹性模量分组。 这是一种几何方法的参考标准,在当前有效的产品标准中不再使用。  根据该定义制定的早期版本标准已撤销三年多 [3] 最新版标准只认可“新型复合厚度(Kompositdicke)”这一术语 与传统的“复合厚度(Verbunddicke)”有着明显的区别。

与此后经修订且最初目标不同的国际通用定义相反:自从2011年引入DIN EN ISO 11296-4标准以来,关于树脂层的计算在德国市场上备受关注。 德国建筑技术研究院(DIBt)对软管内衬制定的一般性施工监理授权/一般性建筑方式许可(abZ/ AB)也支持了这一德国方法。 相关参数始终依据的是后撤销的标准规定的复合厚度。

ISO/TS 23818-2标准明确规定:软管内衬的机械参数必须依据复合厚度确定。 此外,在进行合格评定的范围内,需要根据直径和环刚度对软管内衬进行分组。 根据环刚度对软管内衬进行分类,意味着进一步接近一般管道的国际惯例。 通常,管道 - 这里是软管内衬 - 基本上都归类为建筑产品 并精确地按这两个参数分类,即直径和环刚度。

ISO/TS 23818标准的功能和意义

AoC文件的重要作用:建筑产品是否满足各自产品标准的要求。 在欧洲产品标准中,AoC文件分为两类。 在经修订的产品标准中,AoC文件作为ZA附录构成标准的一部分。 修订版产品标准是受欧盟委员会的委托制定的。 通常,这些标准根据相关建筑法规引入,ZA附录由此具有法律约束力。 一旦建筑产品符合要求,则可带有 CE 标志。 目前只有一个统一管道产品标准 - DIN EN 295-1标准[6],该标准描述了对粗陶管道的相关要求。

第二组还包括大量未经修订的产品标准,例如 软管内衬标准。 该标准没有ZA附录。 补充性合格评定规则作为单独文件发布,通常具有TS(技术规范)的特征,在德语中称为“存在误导性”的暂行标准。 TS通常无法转换为正式的标准文件(技术标准)。 不允许根据这些AoC文件颁发CE标志。

TS比国际上的EN标准或ISO标准低一级。 尽管如此,它们仍然是最先进的技术标准。 这些规范一旦发布,制造商、认证机构和用户都将其用于对建筑产品进行评定。

ISO/TS 23818-2标准在“适用范围”的第1点就明确规定:软管内衬的合格评定需要遵照EN ISO 11296, 1129711298标准系列的第4章规定执行。 该文件的制定目的:作为质量管理体系的一部分以及作为认证程序的基础,纳入制造商的质量计划。 这意味着:未来在涉及到软管内衬的型式检验、厂家的生产监管以及外部监测时,都将按照ISO/TS 23818的规定进行。

根据TS的规定,首先需要依据直径和环刚度对软管内衬进行分类。 在对软管内衬进行分类时,弹性模量不会作为参数出现。 所有机械性能当然都参照最新的相关标准定义确定。 弹性模量未来不再是机械性能评定的重点。 软管内衬的环刚度将越来越重要。 因此,未来将遵循一般管道 

- 特别是 - GFK管道发展的方向。 GFK管道的生产厂家没有为其产品规定弹性模量。 技术评估工作需要根据环刚度进行 - 因为这是计算时参照的尺寸。

为了开展国际业务,软管内衬的生产厂家需要采用统一的参数制定技术数据单,由此避免出现混淆。 这意味着弹性模量不再取决于复合厚度。

随着ISO/TS 23818-2标准的引入,不再需要其他测试方法,只需要不同的计算方法来确定参数即可。 为了确保完整性,我们需要再次强调这一点。

 

不同尺寸规格的弹性模量与环刚度的关系

众所周知,软管内衬最重要的机械与尺寸规格、弹性模量、壁厚以及环刚度都是密不可分的。 可通过不同的组合描述产品的机械特性。 归根结底,根据弹性模量和壁厚计算得出的环刚度决定着软管内衬的稳定性。 其中,壁厚以表面的惯性力矩形式表示。 在任何情况下,软管内衬的相关材料试验都需要确定刚度 - 即抗变形能力。 然后借助壁厚参数,根据刚度计算弹性模量。

根据最新的软管内衬产品标准、附带的DWA规则以及abZ/AB规定,共有四种弹性模量作为特定软管内衬的短期值,而这些弹性模量必须换算为具有折减系数的长期值。 因此,软管内衬在管道产品家族中扮演着特殊的角色。 通常,一种材料只有一个弹性模量。

 

 

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Kompositdicke 3

图片1: 软管内衬安装的准备工作 拉入 滑动膜

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Kompositdicke 4

图片2: 拉入SAERTEX-LINER MULTI Typ S+产品

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Kompositdicke 2

图片3: SAERTEX-LINER MULTI Typ S+产品的三点弯曲试验

表格1: 三点弯曲试验中要求的 SAERTEX-LINER MULTI

分级

弹性模量(复合壁厚)

弹性模量(复合厚度)

3er 14.500 MPa 9.100 MPa
4er - 5er 16.800 MPa (IST) 12.600 MPa
6er - 15er 16.800 MPa (IST) 14.200 MPa

 

共有四种弹性模量作为特定软管内衬的短期值,而这些弹性模量必须换算为具有折减系数的长期值。 因此,软管内衬在管道产品家族中扮演着特殊的角色。 通常,一种材料只有一个弹性模量。

  1. 通过圆环测试得出的弹性模量依据的传统型复合厚度 参见abZ/AB 20,500 MPa. 这些参数是在静力学状态下计算得出的。
  2. 通过圆环测试得出的弹性模量依据的新型复合厚度 目前只有内部参数,参见下列说明。
  3. 通过三点弯曲测试得出的弹性模量依据的传统型复合厚度 参见abZ/AB 16,800 MPa. 借助这些参数,可检测建筑工地上的软管内衬质量。
  4. 通过三点弯曲测试得出的弹性模量依据的 目前只有内部参数,参见下列说明。

近年来,德国的软管内衬生产企业展开了对最高弹性模量的竞争。 弹性模量高,也成为软管内衬高质量的同义词。 这也体现在DWA的数据表M 144-3补充版本中:弹性模量会经常出现,并且越来越高,正如表2中的材料分类所示。 在过去的十年中,经过五次补充,弹性模量的最高值几乎翻了一番。

除了技术领域的发展,弹性模量的增加也体现了2011DIN EN 11296-4标准的设计可行性。 通过对树脂层的尺寸进行尽可能大幅度的减扣,可以计算出非常高的弹性模量。 对于特定类型软管内衬的规定刚度,通过进行申报,在总壁厚中减扣的数值层厚度越多,弹性模量也就随之增高。 在最新版DWA数据单中,软管内衬的长期弹性模量的最高值仍然处于GFK管道的最大值范围内 同时兼具理想化的放大效果,正如DWA规则的其他条款所述。 这有些令人难以置信:因为GFK管道不仅来自长期性的技术研发,并且是在经过改良的工业化流程中制造出来的,而不是像软管内衬那样产自建筑工地。 在某些情况下,对于软管内衬,在材料试验中,需要借助减扣尺寸的方法确定超过GFK技术极限的参数值。 在实现最大纤维含量以及具备理想状态的条件下,可以在大约35,000MPa的弹性模量下实现这项极限值。

厂家对这一参数的竞争其实相当荒谬,因为弹性模量只是实现所需环刚度的基础条件之一。 确切地说,弹性模量实际上远不如壁厚有实际效力。 在计算环刚度时,需要使用三次方的壁厚参数。 弹性模量每增加20%,环刚度就会增加相同的比例。 壁厚增加20%,环刚度也会随之增加到173%

SmC软管内衬的新参数

未来需要根据最新版本DIN EN ISO 11296-4标准规定的几何关系调整相关参数 也就是说:需要参考复合厚度,这意味着弹性模量的明显减少,因为新型复合厚度通常大于传统型复合厚度。 内衬的复合厚度等于总厚度减去热塑性的内膜或外膜在设置薄膜的前提下。 薄膜厚度必须在技术数据单中列出。

由此废除测量内衬的常规做法 - 即根据生产厂家的说明,对树脂层进行非常复杂且不十分客观的测量,或进行同样不够合理的固定比例减扣。 通常,除了薄膜,还需要从总壁厚中减去作为树脂层厚度的固定值,由此将复合厚度确定为弹性模量的几何参考值。

由于几何关系的改变,与较大壁厚相比,壁厚越小,弹性模量的变化越大。 由此可借助上文介绍过的壁厚杠杆,进入惯性力矩的三次方。 对于规定的刚度,将壁厚从4.0毫米(复合厚度减去0.5毫米树脂层的总厚度)改为4.5毫米(新型复合厚度)则意味着弹性模量减少至70% 如果将10.0毫米更改为10.5毫米,则弹性模量仅会降低到86%

因此,SmC 决定为弹性模量的新参数重新进行壁厚分组。 与以前每种内衬类型都有一个弹性模量的做法相比,现在每组都有不同的弹性模量。 对于某些生产工艺以及内衬设计,弹性模量对壁厚的依赖性都是众所周知的。 但是,这个课题在过去并无人关注。 根据弹性模量,软管内衬的环刚度确定为复合厚度和外径的函数。

三点弯曲试验中要求的 SAERTEX-LINER MULTIINDUSTRY Typ S+产品参数(3)作为范例在 表格1 中列出。 还显示了与壁厚相关的经修改内衬几何关系以及未来的相关名称。

在重新评估和转换过程中,借助全面的检测程序,为复合厚度为3.5mm的软管内衬确定了新参数,同时考虑统计方差,这些参数都列在 表格1

表中数值是根据abZ的特征值换算得来的。 将来,这些数值将成为根据相关法规进行材料测试的对象。 修改的参数只是对可靠测量方法重新进行评估的结果。 软管内衬或原材料的结构没有发生任何变化。 现有授权仍然完全有效。 SmC会逐渐改变其特征值,并在一定时期内根据新旧版本产品标准同时使用两种特征值。 当然,这种变化对所需的壁厚并没有任何影响这也是稳定性证明的结果,由此可以在实践中选择合适的软管内衬。  在所需的环刚度规定范围内,仅在数学上将重点从弹性模量转移到壁厚。 借助某种固定系数,将作为静力学基础的弯曲刚度转换为环刚度。 这同样是根据abZ的特征值换算得来的。

参考文献

[1] ISO/TS 23818-2 „Konformitätsbewertung von Kunststoffrohrleitungssystemen zur Sanierung von bestehenden Rohrleitungen – Teil 2: Harz-Faser Verbundwerkstoff (RCF)“ (2021-08)

[2] DIN EN ISO 11296-4 „Kunststoff-Rohrleitungssysteme für die Renovierung von erdverlegten drucklosen Entwässerungsnetzen (Freispiegelleitungen) – Teil 4: Vor Ort härtendes Schlauch-Lining“ (2018-09)

[3] DIN EN ISO 11296-4 „Kunststoff-Rohrleitungssysteme für die Renovierung von erdverlegten drucklosen Entwässerungsnetzen (Freispiegelleitungen) – Teil 4: Vor Ort härtendes Schlauch-Lining“ (2011-07)

[4] DIN EN ISO 11297-4 „Kunststoff-Rohrleitungssysteme für die Renovierung von erdverlegten Abwasserdruckleitungen – Teil 4: Vor Ort härtendes Schlauch-Lining“ (2018-09)

[5] DWA M 144-3 „Zusätzliche Technische Vertragsbedingungen (ZTV) für die Sanierung von Entwässerungssystemen außerhalb von Gebäuden – Teil 3: Renovierung mit Schlauchliningverfahren (vor Ort härtendes Schlauchlining) für Abwasserkanäle“ (2018-12)

[6] DIN EN 295-1 „Steinzeugrohrsysteme für Abwasserleitungen und -kanäle – Teil 1: Anforderungen an Rohre, Formstücke und Verbindungen“ (2013)

Autoren

博士工程师 RICKY SELLE

总经理

Selle Consult GmbH, 有限公司,莱比锡

电话:+49 341 30 82 410

博士NILS FÜCHTJOHANN

全球产品经理

SAERTEX multicom有限公司,萨尔贝克

电话:+49 2574 902-502

 

感谢3R组织提供这篇文章。