Испытательный комплекс для проверки арматурных канатов с полиэтиленовой оболочкой

Стальные арматурные канаты с полиэтиленовой оболочкой широко применяются в строительстве, мостостроении, атомной энергетике и других отраслях, где к надежности конструкций предъявляются повышенные требования. Защитная оболочка изолирует металлический сердечник от воздействия окружающей среды, однако сама она также подвергается эксплуатационным нагрузкам.

Практика показывает, что даже качественная оболочка со временем может терять свои защитные свойства. Основными причинами являются температурные воздействия и механические повреждения. Поэтому еще на этапе разработки и производства важно подтвердить способность оболочки сохранять свои свойства в условиях, максимально приближенных к реальной эксплуатации.

Именно для решения этой задачи ООО «НПЦ «Самара» разработало и изготовило комплекс испытательного оборудования для компании «Северсталь».

Полиэтилен и сталь имеют различные коэффициенты линейного температурного расширения. Коэффициент линейного расширения полиэтилена примерно в 5–10 раз выше, чем у стали.

При транспортировке, монтаже и эксплуатации канаты многократно проходят циклы нагрева и охлаждения. В результате оболочка постепенно смещается относительно металлического сердечника, что приводит к появлению оголенных участков на торцах каната. Через эти участки влага получает доступ к металлу, после чего начинают развиваться коррозионные процессы.

Наиболее опасными являются циклические переходы от отрицательных температур к положительным.

Еще один распространенный механизм деградации связан с механическими повреждениями.

Во время транспортировки или монтажа полиэтиленовая оболочка может получать проколы, порезы и царапины. Через поврежденный участок вода проникает к металлическому сердечнику и распространяется вдоль каната. В результате начинается скрытая коррозия, снижающая несущую способность изделия.

Испытания выполняются в соответствии с требованиями нормативной документации, включая ХР А35-037-1 и внутренние методики компании «Северсталь».

Основными критериями являются:

• устойчивость сцепления полиэтиленовой оболочки после циклических температурных воздействий;
• динамическая водонепроницаемость оболочки.

Для выполнения этих испытаний специалистами ООО «НПЦ «Самара» разработаны два независимых испытательных стенда.

Температурная камера горизонтального исполнения объемом 530 литров предназначена для одновременного размещения 18 образцов канатов:

• 9 образцов длиной 2 м;
• 9 образцов длиной 1 м.

Главной задачей при разработке являлось обеспечение одинаковых температурных условий во всем рабочем объеме камеры.
Для этого реализованы:

• принудительная циркуляция воздуха;
• система нагрева и охлаждения;
• контроль температурного поля несколькими датчиками температуры;
• автоматическое выполнение заданной программы испытаний.

Градиент температуры внутри рабочей зоны не превышает ±2 °С при температурах −30 °С и +70 °С.
Температурный цикл включает:

• выдержку при +20 °С;
• охлаждение до −30 °С;
• выдержку при отрицательной температуре;
• возврат к +20 °С;
• нагрев до +70 °С;
• повторный возврат к +20 °С.

Во время испытаний оператор через смотровые окна контролирует величину смещения полиэтиленовой оболочки относительно металлического сердечника.

Второй испытательный стенд предназначен для оценки герметичности полиэтиленовой оболочки после механического повреждения.

Одновременно могут испытываться два образца длиной 1200 мм. Перед началом испытаний в оболочке выполняются шесть отверстий общей площадью 4 мм².

Во время испытаний стенд воспроизводит реальные эксплуатационные нагрузки:

• циклический знакопеременный изгиб;
• воздействие воды;
• длительную циклическую работу.

Основные характеристики установки:

• амплитуда изгиба — 12 мм;
• частота испытаний — до 5 Гц;
• количество циклов — до 2 000 000;
• автоматическое поддержание уровня воды;
• регистрация результатов испытаний.

После завершения испытаний определяется количество воды, проникшей под оболочку. Для этого оценивают прирост массы образца и объем воды, собранной в специальной емкости.

Оба испытательных комплекса полностью автоматизированы.

Система управления построена на оборудовании Siemens и включает:

• программируемый логический контроллер;
• панель оператора;
• частотные преобразователи;
• автоматическое выполнение программы испытаний;
• регистрацию параметров процесса.

Для обеспечения безопасной эксплуатации предусмотрены защитные ограждения, блокировки и аварийная остановка оборудования.

Испытательные стенды аттестованы в соответствии с требованиями ГОСТ 8.568−2017.

Разработанный ООО «НПЦ «Самара» комплекс позволяет проводить полный цикл лабораторных испытаний полиэтиленовой оболочки арматурных канатов в контролируемых условиях.

Использование температурной камеры и установки для испытаний на динамическую водонепроницаемость позволяет моделировать основные механизмы деградации защитной оболочки, получать воспроизводимые результаты и оценивать надежность изделий еще до начала эксплуатации.

Комплекс успешно изготовлен, аттестован и передан заказчику — компании «Северсталь».