威海市产品质量标准计量检验研究院 山东省威海市 264210
摘要：随着社会经济与科技的同步发展，工业得到了突飞猛进的进步和良好的发展。管材作为工业发展的重要构成，在科技发展的大背景下，其生产工艺也处于不断改进的状态中。尤其是塑料管材，随着塑料工业的快速发展，塑料管材的品种越来越繁多，其生产工艺也越来越精湛。环刚度作为表征管材抗外压负载能力的一个重要指标，对评价判断管材的质量和性能方面起着非常关键的作用。对环刚度的概念和试验检测原理进行了简单介绍，并在此基础上就环刚度的试验检测要点进行了重点探讨。
关键词：塑料管材；环刚度；试验检测
引言
工业生产质量反映一个国家的经济发展水平，人民的责任意识、企业的管理水平等。工业作为国民经济发展的重要支柱产业，对国家经济的稳定增长有重要的作用。但是在市场经济体制不断完善的今天，关于工业产品的生产质量问题的争议也越来越多。塑料管材作为应用十分普遍的工业产品，尤其是在建筑给排水、城市燃气输送、电缆电线护套、化工流体输送等方面都有重要的作用。考虑到有压管道工作的特殊性，其对抗外部载荷性能有更高的要求，必须通过应用科学、合理的检测技术保障其质量。
1环刚度概述
对于需要承受外部载荷的有压管道，为了保障其工作的可靠性，需要对其抗外压负载能力进行检测。目前，国际上主要采用的检测指标为环刚度，在实际工程应用中，如果塑料管材的环刚度指标不合格，会对管材的正常使用和使用寿命造成重要影响，严重的甚至可能引发工程质量事故，需要引起高度重视。环刚度，即环向刚度的简称，是指垂直于管道轴线断面上的刚度。如果用S表示环刚度，E表示管道材质的弹性模量，I表示管材的惯性矩，D表示管环的平均直径，则环刚度在数学意义上的计算方法可以通过下式进行表示：S=EI/D3由此可知，塑料管材的环刚度计算需要知道结构壁管材的惯性矩I，但实际中，I值非常难计算，所以一般都建议通过试验检测的方式对S进行确定。
2试验原理
在实际工程应用中，塑料管材的环刚度通常依靠试验设备进行检测。依据现行标准，实际中通过以管材处于恒速变形时测得的负荷和变形量来确定环刚度。具体试验过程可以设计如下：取2个平行平板对一段处于水平放置的管材进行挤压，挤压速度必须保持恒定，且应沿着垂直与轴线的方向进行，挤压的速度应根据实际待检管材的尺寸进行确定。通过试验可以得到外部挤压负荷与变形量间的关系曲线，最后取管道在直径方向上的变形量达到3%时承受的外部负荷确定环刚度。果取L（单位：m）为待检管材试样的长度；F（单位：kN）为管材直径方向上变形量达到3%时的外部负荷测得值；Y（单位：m）为管材直径方向上变形量达到3%时的变形量测得值；d（单位：m）为待检管的内径。则通过试验检测手段得到的环刚度S（单位：kN/m2）可以通过下式进行确定：S=（0．0186+0．025Y/d）×（F/LY）
3试验检测要点
3.1试样的制备
要进行塑料管材的环刚度试验检测，首先需要对试样进行制备，而在制备试样的过程中，需要解决2个问题。1）要对试样长度进行确定。现实中埋设的塑料管材一般都较长，但受到试验检测设备和条件的限制，一般只截取待检管材的一段进行试验，而这就需要对截取试样的长度进行合理确定。对于塑料管材，如果直径的基本尺寸≤1．5m，那么试样的长度取（300±10）mm为宜；如果直径的基本尺寸＞1．5m，试样的长度应不小于管材公称外径的0．2倍。
一些塑料管材可能存在螺旋的肋、波纹或其他规则的结构，此时的试样长度应以管材的平均内径为基础上下浮动20mm，还要确保最终的长度取值必须处于290～1000mm。同时，考虑到管材的界面为环形，在截取时很容易出现歪斜，进而导致沿着圆周方向试样的长度可能会存在差异，因此在试验制备时，还必须对不同圆周方向上的试样长度的一致性进行保证，工程中一般要求沿圆周方向的试样长度最小值与最大值之比应≥0．9。2）当确定了试样长度后，应从待检管材上切割截取下等于试样长度的一段管材作为检测试样。但待检管材一般都比较长，满足试样长度要求的切割位置存在多种，此时就需要对切割位置进行合理确定。具体切割位置应按照管材的结构壁类型进行确定。对于实壁管材及水平规则结构壁管材，其切割截取位置与管材壁无关，只需要保证截取时沿圆周方向的试样长度一致性即可；但对于垂直规则结构壁管材，其切割位置与管材壁有关，必须保证截取下来的试样至少包含1个完整的肋、波纹或其他的规则结构，截取部位应定在这些规则结构的中点。
3.2试样的尺寸测量
在对塑料管材的环刚度进行试验检测时，需要测得试样的一些尺寸参数，主要涉及试样的长度和直径。对于试样长度的测量，考虑到试样切割时可能因为歪斜导致沿圆周方向上的长度值不一致，测量必须沿着圆周方向进行多点测量。如果多点测量结果满足试样的制备精度要求，则取多点测量结果的均值作为试样长度的最终测得值；反之就需要重新进行调整切割。具体测量时，若管材直径的基本尺寸处于200～500mm，应沿圆周方向测量4点；如果基本尺寸≥500mm，则应沿圆周方向测量6点。对于试样直径的测量，考虑到试验检测时的加载速率由管材直径确定，且试样结束条件也是以管材直径方向的变形情况为依据，测量的准确性就显得尤为重要。考虑到试样端部在切割截取时可能会出现局部变形，进而该处直径存在误差，所以实际一般取试样长度的中部作为直径测量部位。①在试样长度中部的横截面处，采用沿圆周间隔45°一次测4次的方式，再取4次测量结果的均值作为最终测得值。这种方法要求沿圆周方向上的测量间隔角必须足够精确，要严格控制等于45°，否则就会导致测量没有覆盖整个圆周，进而可能产生误差。②在试样长度中部的横截面处，用内径π尺进行测量。采用这种方法必须保证π尺紧密贴合试样内壁，以免因间隙影响导致误差产生。
3.3验状态控制调节
在实际测量中，考虑到塑料管材的力学性能容易受到温度等环境要素的影响，比如温度过高会使试样软化，温度过低又可能导致脆性增加，这些都会影响到最终的环刚度测量结果。所以在进行试验检测时，必须对潜在可能影响试验结果准确性的试验状态进行控制。一般在正式试验检测前，应将管材试样置于环境温度23℃±2℃中24h以上，以保证最终试验数据的准确性。
3.4试验设备
塑料管材的试验检测主要是在环刚度试验机上进行。为了保证最终得到的试验数据准确可靠，需要根据试验的具体要求，对试验机进行合理确定，并注意在整个试验过程中做到准确无误的操作。此外，环刚度的试验检测还需要用到一对相互平行的挤压平板，挤压平板在选择时要注意保证其尺寸与试样尺寸间的协调性，同时还必须具备足够的刚度和硬度。如针对具体试样，挤压平板的长度不能比试样的长度小，宽度必须比试样承受载荷时的接触表面宽，且留有一定裕量；如果挤压平板的刚度和硬度不达标，试验检测时可能会导致平板本身发生变形，那么最终得到的管道变形数据自然就会不准确，进而影响到最终的试验检测结果。
结束语
给排水等领域的塑料管材在我国的需求量巨大，在这种背景下，更需要提升对这些产品质量和性能的重视，通过应用科学检测手段来保障其性能的可靠性。
参考文献：
[1]何尤，林伟.建筑给水用塑料管材质量现状[J].聚氛乙烯，2005（8）：16-21.
[2]何芃，林伟.建筑给水用塑料管材质量现状[J].聚氯乙烯，2015（8）：16-21.