管材环刚度作业指导书

管材环刚度作业指导书1适用范围本指导书适用于以聚乙烯（PE）、聚氯乙烯（PVC）、聚丙烯（PP）为原料的埋地用塑料波纹管、缠绕结构壁管材、双壁波纹管、钢塑复合缠绕管等管材的环刚度性能检测，涵盖公称内径100mm3000mm、环刚度等级SN2SN16的常规管材检测，其他材质或特殊规格管材可参照本指导书调整参数后执行。检测结果可用于管材出厂质量判定、工程进场验收、型式试验等场景。2规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件；凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB/T9647-2015《热塑性塑料管材环刚度的测定》

GB/T2916-2017《塑料塑料和硬橡胶使用硬度计测定压痕硬度（邵氏硬度）》

GB/T8806-2008《塑料管道系统塑料部件尺寸的测定》

CJ/T270-2017《聚乙烯塑钢缠绕排水管》

GB/T19472.1-2019《埋地用聚乙烯（PE）结构壁管道系统第1部分：聚乙烯双壁波纹管材》

JGJ143-2017《埋地塑料排水管道工程技术规程》

3术语和定义

3.1环刚度：管材在径向压力作用下抵抗变形的能力，单位为kN/m²，是埋地管材承受外压载荷的核心性能指标，数值等于管材发生3%径向变形时的力值相关计算结果。

3.2径向变形量：管材在垂直方向加载时，顶部与底部的相对位移值，以管材初始平均内径的百分比表示，检测中常用3%变形量作为判定基准。

3.3加载速率：试验机压头垂直向下移动的速度，环刚度检测中需控制为（5±1）mm/min，保证载荷施加的均匀性与检测结果一致性。3.4试样长度：沿管材轴向截取的试样有效长度，需符合不同规格管材的对应要求，保证检测过程中试样无轴向翘曲、端部变形等干扰。3.5力-变形曲线：检测过程中试验机实时采集的载荷值与变形量对应关系曲线，是环刚度计算的核心依据。4检测原理将规定长度的管材试样水平放置于两个平行平板之间，以恒定速率对试样施加径向压力，记录试样产生3%径向变形时对应的载荷值，通过公式计算得到管材的环刚度。原理基于埋地管材实际受外压载荷的力学模型，通过标准化的平面加载模拟土壤及上部荷载对管材的挤压作用，环刚度数值与管材的弹性模量、截面惯性矩呈正相关，与管材内径的三次方成负相关。

5仪器设备

5.1万能材料试验机配备平行钢板压头组件，压头长度应大于试样长度20mm以上，宽度不小于200mm，钢板平面度误差不大于0.1mm，硬度不低于HRC55；力值测量范围0100kN，精度等级不低于1级，示值误差≤±1%；变形测量系统精度不低于0.01mm，位移示值误差≤±0.5%；可实现恒速加载，加载速率可调范围120mm/min，速率误差≤±10%。设备需定期经法定计量机构检定合格，有效期内方可使用。

5.2尺寸测量器具5.2.1钢卷尺：量程0~5000mm，分度值1mm，用于测量试样轴向长度、外径。5.2.2游标卡尺：量程0~3000mm，分度值0.02mm，用于测量管材内径、壁厚，内径大于3000mm的管材可使用内径千分尺，分度值0.01mm。5.2.3直角尺：精度等级1级，用于检查试样端面与轴线的垂直度。5.2.4壁厚千分尺：量程025mm、2550mm，分度值0.001mm，用于精确测量管材壁层、增强层厚度。5.3环境调节设备恒温恒湿箱，温度控制范围10℃30℃，精度±2℃，相对湿度控制范围45%75%，精度±5%，用于试样状态调节。

5.4辅助工具切割机、倒角器、记号笔、无水乙醇、无尘布、试样固定夹具等。切割机需保证切面平整，无崩边、裂纹；倒角器用于去除试样端面毛刺，避免检测过程中局部应力集中。6试样制备6.1取样要求6.1.1批量抽样：同一批次、同一规格、同一原材料、同一生产工艺的管材，每100t为一个检验批，不足100t按一批计；每批随机抽取3根完整管材，每根截取1段试样，共3个平行试样。若为进场验收抽样，需额外增加1个备用试样，用于检测结果异常时的复验。6.1.2取样位置：截取位置距离管材端部不小于1m，避免管材端部生产过程中冷却不均、成型缺陷对检测结果的影响；试样上不得有气孔、凹陷、裂纹、明显变形等缺陷，若截取过程中产生损伤需重新取样。6.2试样长度要求按照GB/T9647-2015要求，不同公称内径（DN）的试样长度L需符合以下要求：

-DN≤200mm时，L=（300±10）mm；200mm＜DN≤500mm时，L=（500±10）mm；500mm＜DN≤1000mm时，L=（1000±10）mm；DN＞1000mm时，L≥DN，且不小于1000mm，最大不超过2000mm（避免试样自重导致的初始变形）。6.3试样加工要求6.3.1切割：使用锯床或无齿切割机截取试样，切割面需与管材轴线垂直，端面垂直度误差不大于0.005DN，且最大不超过3mm；切割过程中避免管材受热变形，若切割温度过高，需采用水冷降温。6.3.2端面处理：用倒角器去除试样两端面的内外毛刺，倒角角度45°，倒角深度不超过壁厚的1/10；用无尘布蘸取无水乙醇擦拭试样表面的灰尘、油污，自然晾干。6.3.3标记：在试样外表面沿圆周均匀标记4个内径测量点，同时标记试样的顶部、底部定位线，确保放置时位置统一；在试样端面标记编号，避免平行试样混淆。6.4状态调节试样制备完成后，放置于温度（23±2）℃、相对湿度（50±5）%的恒温恒湿环境中调节24h以上；若为PVC-U等对温度敏感的管材，状态调节时间延长至48h，保证试样内部温度均匀，与环境温度差不超过±1℃。状态调节过程中试样需水平放置，避免堆叠导致的永久变形。

7检测步骤

7.1检测前准备7.1.1环境检查：确认实验室环境温度为（23±2）℃，相对湿度（50±5）%，检测过程中环境温度波动不超过±1℃，避免温度变化导致管材弹性模量变化影响检测结果。

7.1.2设备校准：开机预热万能材料试验机30min，运行设备自检程序，确认力值、位移传感器零点校准正常；用标准量块校准位移精度，用标准砝码校准力值精度，误差在允许范围内方可开始检测。7.1.3尺寸测量①长度测量：用钢卷尺沿试样圆周均匀测量3个位置的轴向长度，取算术平均值作为试样长度L，精确至1mm。②内径测量：用游标卡尺在试样两端分别测量相互垂直的2个方向内径，共4个测量值，取算术平均值作为试样初始平均内径d₀，精确至0.1mm；若为波纹管材，内径测量需避开波峰、波谷位置，选取管材内壁平滑处测量。③3%变形量计算：根据公式Δy=0.03×d₀，计算试样达到3%径向变形时的理论位移值，精确至0.01mm。

7.2试样安装7.2.1将试样水平放置于试验机下压板中心位置，确保试样轴线与压头平面平行，试样标记的底部定位线与下压板对齐，顶部定位线与上压头中心对齐；若试样为波纹管，需保证波峰垂直于上下压板平面，避免倾斜加载导致的受力不均。7.2.2调整上压头位置，缓慢下降至上压头与试样顶部轻微接触，此时试验机力值显示为（1±0.2）%的预期最大载荷（可根据管材环刚度等级预估：预期最大载荷F₀≈S×L×0.03，S为标称环刚度），记录此时的位移值作为位移零点。

7.2.3对于大口径（DN≥1000mm）试样，使用辅助夹具固定试样两侧，避免加载过程中试样发生轴向滚动；夹具与试样接触处需垫3mm厚橡胶垫，避免夹具夹伤试样表面产生应力集中。7.3加载测试7.3.1设置试验机加载速率为（5±1）mm/min，启动加载程序，连续均匀施加径向压力；加载过程中实时观察力-变形曲线，若曲线出现异常波动，需立即停止加载，检查试样是否发生滑动、局部塌陷，若存在异常需更换试样重新检测。7.3.2当试样径向变形量达到Δy（即3%初始内径）时，立即停止加载，记录此时的载荷值F，精确至1N；加载过程中若试样出现破裂、局部屈曲等破坏现象，且破坏时变形量小于3%，则记录破坏时的载荷值及对应变形量，在报告中注明破坏情况。

7.3.3卸载：以10mm/min的速率提升上压头，待压头离开试样50mm以上后取出试样，检查试样变形情况，若存在永久变形超过2%的情况，需确认试样状态调节是否符合要求，必要时重新取样检测。

7.4平行试验按照上述步骤完成3个平行试样的检测，若3个试样的环刚度结果极差超过平均值的10%，需再取3个备用试样进行复验，复验后以6个试样的算术平均值作为最终结果；若无备用试样，需重新从原批次管材中取样检测。

8结果计算与评定

8.1环刚度计算公式按照GB/T9647-2015规定，环刚度S按以下公式计算：

式中：S——环刚度，单位为kN/m²；F——试样径向变形量为Δy时的载荷值，单位为N；L——试样长度，单位为m；Δy——试样3%径向变形量，单位为m；

d₀——试样初始平均内径，单位为m。当Δy=0.03d₀时，公式可简化为：

计算结果保留2位有效数字，或根据产品标准要求保留小数位数。8.2结果修正8.2.1若检测环境温度偏离（23±2）℃，需对环刚度结果进行温度修正：

式中：S23——23℃下的环刚度值，单位为kN/m²；

St——t℃下测得的环刚度值，单位为kN/m²；

修正仅适用于温度在15℃~30℃范围内的情况，超出该范围的检测结果无效。8.2.2若试样加载时发生轻微滑动，导致位移测量值偏大，可通过力-变形曲线的线性段修正零点：取曲线线性段延长线与变形轴的交点作为实际位移零点，重新计算Δy对应的载荷值。8.3结果评定8.3.1单个试样的环刚度值不低于产品标称环刚度等级的90%，且3个平行试样的算术平均值不低于标称环刚度等级时，判定该批次管材环刚度合格。

8.3.2若存在1个试样结果低于标称值的90%，但平均值符合要求，需取双倍试样复验，复验全部符合要求后方可判定合格；若复验仍有试样低于标称值90%，则判定不合格。

8.3.3特殊工程用管材需符合设计要求，设计要求高于产品标准时，以设计要求作为判定依据。9检测过程质量控制9.1设备质控要求9.1.1万能试验机每年至少进行1次法定计量检定，每6个月开展1次期间核查：用标准环刚度试样（溯源至国家基准）进行比对检测，检测结果与标准值的偏差不超过±5%为核查合格，期间核查记录需归档留存。

9.1.2每次检测前需检查压头平面度，若存在划痕、变形需及时更换压头；尺寸测量器具每3个月校准1次，校准合格后方可使用。9.2操作质控要求9.2.1检测人员需经理论与实操培训合格，熟悉设备操作、试样制备、结果计算的全部流程，持证上岗；新上岗人员需在资深人员指导下完成至少20组试样检测，结果偏差不超过±5%方可独立操作。

9.2.2每检测10组试样，需插入1组已知环刚度的质控样进行比对，质控样检测结果与标称值偏差超过±5%时，需排查设备、环境、操作等影响因素，整改完成后方可继续检测。

9.2.3试样切割后需在24h内完成状态调节与检测，避免试样长期存放导致的老化、变形；状态调节后的试样取出后需在10min内完成安装与加载，避免温度变化影响性能。9.3异常情况处理9.3.1力-变形曲线出现多次波动：检查试样是否存在内部缺陷、放置是否倾斜、压头是否有异物，排除因素后重新检测。9.3.2试样变形量未到3%即发生破坏：记录破坏载荷与变形量，若破坏为管材本身缺陷导致，判定该试样不合格；若为切割损伤导致，重新取样检测。

9.3.3平行试样结果离散性过大：检查取样是否具有代表性、试样长度是否符合要求、加载速率是否稳定，必要时重新抽样制备试样。10安全与环保要求10.1设备操作安全10.1.1试验机运行过程中，操作人员不得离开设备，禁止将手、工具伸入压头之间的区域；大口径试样安装时需2人配合，采用吊装工具搬运，避免砸伤。10.1.2设备出现异常噪音、力值突变时，需立即按下紧急停止按钮，切断电源后排查故障，故障未排除前不得开机。10.1.3切割机操作时需佩戴防护眼镜，避免碎屑飞溅伤人；切割过程中采用水冷降温，避免产生有毒烟气。10.2环保要求10.2.1切割产生的塑料碎屑需分类收集，交由有资质的单位回收处理，不得随意丢弃。10.2.2无水乙醇等易燃试剂需密封存放于阴凉通风处，使用时远离火源，废弃试剂倒入指定废液桶统一处理。10.2.3检测后的不合格试样需标记后单独存放，不得流入市场或用于工程，定期集中销毁。11检测报告编制与归档11.1报告内容检测报告需包含以下信息：委托单位信息、工程名称、样品名称、规格型号、标称环刚度、生产单位、抽样日期、检测日期；检测依据标准、检测环境温度、相对湿度；试样编号、初始平均内径、试样长度、3%变形量、对应载荷值、单个试样环刚度、平均值；检测结果判定、检测人员、审核人员、批准人员签字，检测机构公章；异常情况说明（如试样提前破坏、结果修正情况等）。11.2报告管理11.2.1检测报告一式三份，委托单位两份，检测机构留存一份；报告编号具有唯一性，不得涂改，若需修改需加盖修改章并由批准人签字确认。11.2.2检测原始记录（包括尺寸测量记录、力-变形曲线、设备校准记录、环境记录）需与报告一并归档，保存期限不少于6年，电子记录需备份至云端服务器，防止数据丢失。11.2.3报告仅对来样负责，若为抽样检测，需注明抽样基数、抽样位置、抽样人员信息。12复验与仲裁12.1若委托方对检测结果有异议，需在收到报告后15日内向检测机构提出复验申请；复验需采用留存的备用试样，若无备用试样，需双方共同到原批次产品中重新抽样检测。12.2复验结果与原结果偏差在±5%以内时，维持原结果；偏差超过±5%时，以复验结果为准。

12.3若双方对复验结果仍有异议，可委托双方共同认可的第三方检测机构进行仲裁检测，仲裁结果为最终判定依据。附录A不同规格管材环刚度