ISO 104682023 玻璃钢热固性塑料管在潮湿或干燥条件下环蠕变性能的测定标准立项发展报告

玻璃钢热固性塑料管在潮湿或干燥条件下环蠕变性能的测定标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:Glass-reinforcedthermosettingplastics(GRP)pipes—Determinationoftheringcreeppropertiesunderwetordryconditions摘要玻璃纤维增强热固性塑料（GRP）管道因其优异的耐腐蚀性能、轻质高强特性及长期使用寿命，已在给排水、市政工程、化工输送及海洋工程等领域获得广泛应用。环蠕变性能是评价GRP管道长期承载能力的核心力学指标，直接关系到管道在埋地条件下的结构安全性与服役寿命预测精度。国际标准化组织（ISO）于2023年7月28日正式发布ISO10468:2023《玻璃钢热固性塑料管在潮湿或干燥条件下环蠕变性能的测定》，该标准替代原版本，系统规定了GRP管道在湿态和干态两种环境条件下环蠕变性能的试验原理、试验装置、试样制备、试验程序、结果计算及试验报告要求。本报告全面梳理了该标准的立项背景、技术内容与创新要点，深入分析了标准编制的技术依据及国内外相关标准对比情况，并介绍了主要起草单位在标准制定过程中的技术贡献，旨在为行业相关人员提供系统、权威的标准解读与实施参考。关键词：玻璃纤维增强热固性塑料；环蠕变；长期性能；国际标准；管道测试；湿态条件AbstractGlass-reinforcedthermosettingplastics(GRP)pipeshavebeenwidelyappliedinwatersupplyanddrainage,municipalengineering,chemicaltransportation,andmarineengineeringfieldsowingtotheirexcellentcorrosionresistance,highspecificstrength,andlongservicelife.Ringcreepperformanceservesasacoremechanicalindicatorforevaluatingthelong-termload-bearingcapacityofGRPpipes,directlydeterminingstructuralsafetyunderburiedconditionsandtheaccuracyofservicelifeprediction.OnJuly28,2023,theInternationalOrganizationforStandardization(ISO)officiallyreleasedISO10468:2023,whichsystematicallyspecifiesthetestprinciples,apparatus,specimenpreparation,testingprocedures,resultcalculations,andtestreportingrequirementsfordeterminingtheringcreeppropertiesofGRPpipesunderbothwetanddryenvironmentalconditions.Thisreportcomprehensivelyreviewstheprojectbackground,technicalcontent,andinnovativehighlightsofthestandard,analyzesthetechnicalbasisandcomparisonswithrelevantdomesticandinternationalstandards,andintroducesthetechnicalcontributionsoftheprimarydraftingorganizations,aimingtoprovideasystematicandauthoritativereferenceforindustrypractitioners.Keywords:Glass-reinforcedthermosettingplastics;Ringcreep;Long-termperformance;Internationalstandard;Pipetesting;Wetconditions一、引言1.1研究背景玻璃纤维增强热固性塑料管道（以下简称GRP管道）是以玻璃纤维及其制品为增强材料，以热固性树脂为基体，通过缠绕、拉挤等工艺成型的一类复合材料管道。自20世纪60年代问世以来，GRP管道凭借其比强度高、耐腐蚀性强、水力性能优良、使用寿命长（设计寿命通常达50年以上）以及综合安装成本低等突出优势，在全球范围内获得了迅猛发展。据相关行业统计，全球GRP管道年产量已超过150万吨，广泛应用于城市供水、污水输送、海水淡化、火力发电厂循环水系统、石油化工介质输送及地下管廊等领域。在埋地使用条件下，GRP管道承受的主要荷载包括土压力、地面交通荷载及内压等，其中环向荷载是控制管道结构设计的关键因素。与金属管道不同，聚合物基复合材料在持续荷载作用下表现出显著的粘弹性行为，即蠕变特性——在恒定应力水平下，材料的应变随时间不断增加。环蠕变性能直接决定了GRP管道在长期服役过程中的变形量和承载力衰减规律，是管道结构设计与使用寿命评估的核心输入参数。然而，GRP管道在实际服役环境中往往同时接触水分或腐蚀性介质。水分子渗入树脂基体后会产生塑化效应、降低玻璃纤维/树脂界面粘结强度，并在应力耦合作用下加速材料的蠕变进程，导致管道长期刚度显著下降。因此，准确测定GRP管道在潮湿和干燥两种条件下的环蠕变性能，对于保障管道工程的结构安全、优化结构设计及合理确定使用寿命具有不可替代的技术意义。1.2标准修订的必要性ISO10468标准最初发布于1993年（ISO10468:1993），该版本为GRP管道环蠕变性能测试提供了基础性的技术框架。然而，经过三十年的工程实践和技术发展，原标准在以下方面已难以满足当前行业发展需求：-试验加载方式单一：原标准仅规定了恒定载荷的平板加载方式，未充分考虑不同管径和壁厚管道的实际受力状态；-湿态试验条件不够细化和完善：对水温控制范围、水质要求及湿态条件下的预处理周期等关键参数规定不够明确，导致不同实验室之间的测试结果可比性不足；-长期性能外推方法有待进一步完善：原标准中蠕变数据的时间外推方法较为简略，未充分吸收近二十年来复合材料长期性能预测领域的最新研究成果。在此背景下，ISO/TC138（流体输送用塑料管材、管件及阀门技术委员会）下属SC6（增强塑料管道分技术委员会）于2018年正式启动ISO10468的修订工作，历经多轮国际研讨、实验室间比对试验（round-robintest）和技术审查，最终于2023年7月28日正式发布ISO10468:2023。二、标准主要内容2.1标准基本信息|项目|内容||------|------||标准编号|ISO10468:2023||标准名称|玻璃钢热固性塑料管在潮湿或干燥条件下环蠕变性能的测定||英文名称|Glass-reinforcedthermosettingplastics(GRP)pipes—Determinationoftheringcreeppropertiesunderwetordryconditions||发布机构|国际标准化组织（ISO）||发布日期|2023年7月28日||替代标准|ISO10468:1993||标准状态|现行有效||技术归口|ISO/TC138/SC6||国际分类号|23.040.20（塑料管材）;83.140.30（塑料管材和配件）||语言版本|官方英文版|该标准目前已正式发布，为电子版加密PDF格式，售价541元人民币。需要说明的是，该版本采用FileOpen数字版权管理（DRM）保护技术，下载后需安装专用插件方可阅读，限制累计3台电脑共打印5次。用户下载时需确保电脑联网以完成版权验证。2.2标准适用范围ISO10468:2023规定了玻璃纤维增强热固性塑料管道在潮湿或干燥条件下环蠕变性能的测定方法。该标准适用于具有环向或近似环向缠绕增强结构的GRP管道，涵盖管道的公称直径范围通常为DN50～DN4000，适用于压力管道和非压力管道。标准中所述的环蠕变试验旨在通过测量管段试件在恒定环向压缩载荷下的变形随时间的变化规律，为评估GRP管道在埋地条件下的长期环向刚度、蠕变系数及长期承载力提供数据基础。2.3术语和定义该标准界定了以下关键术语：-环蠕变（ringcreep）：管段试样在恒定环向载荷作用下，其径向变形量随时间的持续增长现象；-初始环刚度（initialringstiffness）：在规定条件下，管道在短期载荷作用下的环向刚度值；-长期环刚度（long-termringstiffness）：通过蠕变试验数据外推获得的管道在设计使用寿命末期的环向刚度值；-蠕变系数（creepfactor）：初始环刚度与长期环刚度的比值，反映了管道刚度的时效衰减程度；-湿态条件（wetconditions）：试样在试验前及试验过程中完全浸没于规定温度的水中；-干态条件（dryconditions）：试样在试验前及试验过程中处于规定的温度和湿度环境空气中。2.4试验原理该标准规定的环蠕变试验原理如下：截取规定长度的GRP管段作为试样，通过两块平行刚性平板沿管径方向施加恒定的线性载荷（plateloadingmethod），在规定的环境条件（湿态或干态）和温度条件下，连续或定期测量试样的径向变形量（挠度），记录变形随时间的变化曲线。试验持续时间为1000小时（约42天），通过分析蠕变曲线，采用对数线性回归方法外推至设计使用寿命（通常为50年）对应的长期环刚度值。湿态试验的关键技术要点在于：试样在加载前需在规定的温水浴中（通常为23℃±2℃或60℃±2℃，根据产品标准和工程要求选定）进行规定时长的预浸泡处理，使试样达到水分饱和状态；在加载过程中持续保持试样浸没于恒温水浴中，以模拟管道在满水或高地下水位条件下的真实服役环境。2.5试验装置要求标准对试验装置提出了系统而明确的技术要求：-加载系统：应能施加并保持恒定载荷，载荷精度为±1%，加载方向垂直于管轴平面，通过刚性平板均匀传递至管壁；-变形测量系统：推荐使用线性可变差动变压器（LVDT）或同等精度的位移传感器，测量精度不低于0.01mm；-恒温水浴系统：用于湿态试验，温控精度为±1℃，水浴容积应保证试样完全浸没且水温均匀；-环境箱：用于干态试验，应能控制温度为23℃±2℃，相对湿度为50%±10%；-计时系统：自动记录加载后不同时间点的变形数据，时间记录精度不低于1分钟。2.6试样制备与状态调节标准规定了详细的试样制备要求：试样应从具有代表性的管材上截取，管段长度为管径的1.0倍（公称直径DN≤1000时）或0.7倍（DN＞1000时），但不得小于150mm，两端面应平整且垂直于管道轴线，切口处无分层、崩边等缺陷。每组试验至少需要5个试样进行平行试验。状态调节条件因试验条件不同而有所区别：干态试验的试样应在23℃±2℃、相对湿度50%±10%的环境中进行不少于40小时的状态调节；湿态试验的试样则需在试验温度的水中浸泡不少于336小时（14天），以确保水分充分渗透至管壁内部，此后在加载过程中仍须保持浸水状态。需要特别注意的是，对于DN较大或壁厚较厚的管道，标准允许适当延长预浸泡时间以保证水分饱和的均匀性。2.7试验程序试验程序主要包括以下步骤：1.按标准要求测量试样的初始几何尺寸（外径、壁厚、长度），精确至0.1mm；2.将试样安装于试验装置中，施加预载荷（通常为预期破坏载荷的2%～5%）以消除间隙并稳定测试系统；3.加载至规定载荷水平，记录加载完成时的初始变形量；4.按照规定的时间间隔（如1min、6min、30min、1h、2h、4h、8h、16h、24h、48h、72h、120h、240h、500h、720h、1000h等）记录变形读数；5.试验过程中定期检查载荷稳定性，确保载荷变化不超过设定值的±1%；6.试验结束后，卸载并检查试样有无分层、裂纹、屈曲等破坏现象。2.8结果计算与外推方法蠕变试验数据处理的关键在于建立对数时间与对数变形量之间的线性回归关系。标准规定以式（1）表示蠕变曲线：\[\lgy_t=\lgy_1+b\cdot\lgt\]式中：\(y_t\)为时间\(t\)时刻的径向变形量（mm）；\(y_1\)为1小时时刻的径向变形量（mm）；\(b\)为蠕变速率指数（回归斜率）；\(t\)为加载持续时间（h）。基于上述回归模型，可进一步计算不同时间点的环向刚度（\(S_t\)），并按式（2）外推设计寿命期末的长期环刚度值：\[S_t=k\cdot\frac{F}{y_t\cdotL}\]式中：\(F\)为施加的恒定线载荷（N/mm）；\(L\)为试样有效长度（mm）；\(k\)为与管道几何尺寸和加载方向相关的修正系数。在获得蠕变回归参数后，可外推至50年（约438,000h）对应的时间点，从而计算长期环刚度值和蠕变系数。标准要求回归分析的相关系数不低于0.90，否则应检查试验过程的异常因素并重新试验。对于湿态试验结果的外推，原则上采用与干态相同的数学处理方法，但应充分考虑介质环境对蠕变速率的影响差异。三、标准技术特点与创新3.1与旧版标准的对比分析ISO10468:2023相比1993年版在多个技术层面进行了实质性更新，主要体现在以下几个方面：在湿态试验条件方面，新版标准细化了试验用水的品质要求（包括pH值范围、电导率等指标），明确了水浴温度的控制精度（±1℃），增加了对预浸泡周期的具体规定，消除了旧版标准中各实验室在水温和浸泡时间上的随意性。在加载装置方面，新版标准对加载板的刚度和平整度提出了定量要求，并对加载速度进行了明确规定，减少了因装置差异带来的系统误差。在数据采集与外推方法方面，新版标准引入了更为严格的回归分析判定准则，对相关系数、数据点数量及外推时间范围（不超过最长实测时间10倍）进行了明确限定，有效控制了长期外推的不确定性。在试样制备方面，新版标准增加了对切口质量、管段端面平行度及试样数量（至少5个）的规定，提高了试验结果的统计可靠性。3.2标准的国际协调性ISO10468:2023在技术内容上充分协调了欧盟标准体系的相关要求。该标准与EN761（GRP管道短期环刚度测定）、EN1446（GRP管道长期环刚度外推方法）等欧洲标准在试验原理和数据处理方法上保持了一致性。同时，该标准在修订过程中也参考和吸收了ASTMD5362（玻璃纤维管在湿态条件下的蠕变试验方法）中的合理技术要素，促进了全球范围内GRP管道环蠕变测试方法的统一化进程。在中国国内，该标准对应的转化工作由中国复合材料工业协会联合全国纤维增强塑料标准化技术委员会（SAC/TC572）推进，拟以等同采用（IDT）方式转化为国家标准，届时将替代现行的GB/T21492-2019中关于环蠕变性能测试的相关内容。四、标准主要参与单位4.1标准起草组织机构ISO10468:2023的修订工作由ISO/TC138/SC6（流体输送用塑料管材、管件及阀门技术委员会增强塑料管道分技术委员会）负责组织，秘书处设于日本工业标准调查会（JISC）。WG-2工作组（"增强塑料管道长期性能测试方法工作组"）具体承担了该标准的起草与修订工作。工作组成员来自中国、德国、日本、法国、荷兰、意大利、美国、韩国、西班牙等十余个国家的标准化技术专家和企业代表。工作组在2018年至2023年期间共召开7次国际工作会议和多次网络技术研讨，组织了两次国际实验室间比对试验（round-robintest），共有来自8个国家的12个实验室参与，验证了修订后试验方法的可行性和重复性。4.2重点参与单位介绍——北京玻钢院检测中心在本标准的修订过程中，中国建筑材料科学研究总院有限公司下属的北京玻钢院检测中心（以下简称"检测中心"）作为中国区内最主要的参与单位之一，发挥了关键性技术支撑作用。北京玻钢院检测中心成立于1992年，是国内复合材料领域权威的第三方检测与标准化研究机构，依托于纤维复合材料及其制品质量监督检验中心运行。该中心拥有国际领先的管材长期性能测试实验室，配备有恒温恒湿环境系统、多工位环蠕变试验机、高精度变形测量系统及全套水浴温控装置，具备开展DN50～DN4000不同规格GRP管道环蠕变试验的综合测试能力。在本标准修订过程中，检测中心承担了以下主要工作：-基础试验数据支撑：利用自身在GRP管道长期性能检测领域二十余年积累的试验数据库，为修订工作组提供了大量湿态和干态条件下不同管径、不同树脂体系、