В качестве разрешительных документов используются разработанные тогда же ГУП «НИИ Мосстрой» и др. организациями РФ СП 40-103-98 [3] и 41-102-98 [4], на основании того, что они приведены в библиографии ГОСТ Р 536302009 [5], который «...устанавливает требования к многослойным трубам... для применения во внутренних системах горячего и холодного водоснабжения, а также для отопления.».

Согласно данному ГОСТ (пункт 5.2.2), внутренний и внешний слои труб (табл. 2) должны изготовляться (пункт 5.2.2): из сшитого полиэтилена РЕ-Х (минимальной длительной прочностью MRS не менее 8 МПа); полиэтилена повышенной теплостойкости PE-RT (MRS не менее 8 МПа); полипропилена PP-R (MRS не менее 8 МПа) и полибутена РВ (MRS не менее 12,5 МПа).

В качестве внешнего слоя допускается использовать (пункт 5.2.3) и другие термостойкие материалы, в том числе полиэтилен РЕ минимальной длительной прочностью MRS не менее 8 МПа. Для клеевого (адгезионного) слоя должны использоваться (пункт 5.2.4) композиции на основе термопластичных полимерных материалов, обладающие адгезией к соединяемым слоям трубы, с температурой плавления не менее 120 °C. Для металлического слоя используются (пункт 5.2.5) металлы и их сплавы, обладающие свариваемостью, в виде, например, алюминиевой ленты по ГОСТ 7452003 «Фольга алюминиевая для упаковки. Технические условия» или по другой документации. В качестве барьерного слоя используются (пункт 5.2.6) полимерные материалы с низкой кислородопроницаемостью, например, этиленвиниловый спирт EVOH. Кроме того, в ГОСТ [5] указывается, что: «...трубу, содержащую более одного рассчитанного на нагрузку слоя, в которой не менее 60 % толщины стенки выполнено из полимера...» следует считать многослойной. При этом такие трубы ранжируются на: «. многослойные трубы (М), содержащие, кроме рассчитанных на нагрузку слоёв полимера, один или более слоёв металла, рассчитанных на нагрузку (например, PE-X/Al/PE-X или PE-RT/Al/ PE-X) и (Р), содержащие более одного полимерного слоя, рассчитанного на нагрузку (например, PE-X/PE-RT).».

Согласно ГОСТ Р 53630-2009, внутренний и внешний слои МПТ труб должны изготовляться из материалов: сшитого полиэтилена РЕ-Х, полиэтилена повышенной теплостойкости PE-RT, полипропилена PP-R и полибутена РВ с минимальной длительной прочностью MRS не менее 8 МПа

Согласно СП 41-102-98 МПТ «...представляет собой пятислойную конструкцию, состоящую из тонкостенной алюминиевой трубы, на которую изнутри и снаружи наносится клеевая основа, а затем“сшитый” полиэтилен.».

В СП с учётом свойств металлополимерных труб (табл. 3) установлены требования (относительно рабочих давлений [МПа], температуры [°C] и сроков службы [лет]) для трубопроводов из МПТ (табл. 1) в системах: горячей и холодной воды: 1, 75, 25 и 1, 20, 50 (Свод Правил 40-103-98, пункт 2.15); отопления: 1, 90 (Свод Правил 41-102-98, пункт 1.1) и 25 (Свод Правил 41-102-98, пункт 2.4).

Свойства же МПТ производителей, как отечественных, так и зарубежных (табл. 1), могут существенно различаться значениями своих показателей, а также отличаться от МПТ, рекомендуемых к применению указанными СП (табл. 3), например, величинами SDR. Для МПТ SDR = 5,9-12,5 (табл. 1); SDR = 5,33-10,58 (табл. 2) и SDR = 7-14,62 (табл. 3).

То есть, МПТ по значениям SDR могут различаться в 2,74 раза (14,62/5,33). Существенные различия наблюдаются и в значениях степеней армирования стенок МПТ. Например, степень армирования стенок МПТ диаметром 16 мм (табл. 3, строки 2 и 4) составляет 8 %, а диаметром 26 мм (табл. 3, строка 10) — 23,33 °%, что приблизительно в три раза больше.

Однако в обоих Сводах Правил для МПТ всех размеров установлены одни и те же требования, например, к значениям показателя прочности, как это показано в табл. 4, пункт 4.

Правда, в СП 41-102-98 записано (пункт 2.5): «Допускается для систем отопления применение труб, не уступающих (по показателям) требованиям нормативных документов и настоящего Свода Правил, имеющих сертификат или техническое свидетельство...».

Что касается «...требований настоящего Свода Правил.», то основные показатели МПТ (табл. 4, пункты 4 и 6) использовать на практике не представляется возможным. Во-первых, при таких испытаниях (пункт 4) могут быть получены разные значения, так как не указаны длины кольцевых образцов, с которыми они связаны прямо пропорциональной зависимостью. Во-вторых, эти показатели не охватывают диаметры МПТ более 25 мм. В-третьих, значения стойкости металлополимерных труб при постоянном внутреннем давлении могут отличаться от указанных (пункт 6), так как на них могут влиять используемые внутри и снаружи испытуемых образцов среды (вода-воздух, вода-вода, масло-воздух и т.п.), а они не отмечены в Сводах Правил. В-четвёртых, не указано, к испытаниям по какой схеме (с нагруженными или с ненагруженными торцами) относятся приведённые (пункт 6) значения.

Согласно ГОСТ [5], трубы должны быть стойкими (без разрушений) при нагружении образцов от каждой группы размеров не менее трёх штук с проведением испытаний по ГОСТ 24157 «Трубы из пластмасс. Метод определения стойкости при постоянном внутреннем давлении» и с соблюдением требований относительно постоянных внутренних давлений, температур и времён (табл. 5).

В обоих Сводах Правил компенсацию температурных удлинений при воздействии на трубопроводы из МПТ (табл. 3) положительных перепадов температур ?t рекомендуется (пункт 2.7 СП 40-103-98 и пункт 3.22 СП 41-102-98) осуществлять естественным путём (прокладка «змейкой» за счёт поворотов и изгибов), а также встраиванием в трубопроводы компенсаторов из отводов (рис. 2), изготовляемых посредством гнутья тех же самых МПТ.

Качественная [6] компенсация температурных продольных деформаций при этом может быть обеспечена только путём правильной расстановки неподвижных креплений, делящих трубопровод из МПТ на независимые участки расчётной длины L. При расстановке неподвижных креплений должно обязательно учитываться перемещение (?L ? 2dн ? f) трубопровода в плоскости, перпендикулярной стене. Согласно СП длина компенсационного участка Lк (рис. 2):

Абсолютные температурные продольные удлинения ?L [мм] трубопроводов из МПТ должны рассчитываться с использованием коэффициента температурного расширения ? = 25 х 10-6 (табл. 4, пункт 2). Это значение в шесть раз меньше величины ? для ПНД (150 х 10-6 / 25 х 10-6), в восемь раз меньше а для ПВД (200 х 10-6 / 25 х 10-6) и на 14 % больше ? для алюминия (22 х 10-6).

В работах [6, 7] для трубопроводов из МПТ используется коэффициент линейного расширения, отличный от рекомендуемого в указанных Сводах Правил — ? = 26 х 10-6 1/°C, и с этим можно согласиться. Такое значение относительного продольного удлинения трубопровода из МПТ с определёнными величинами физико-механических показателей материалов слоёв и их размеров, действительно, может иметь место.

Вид, расстановку и прочность неподвижных опор и их закрепления в строительной конструкции следует осуществлять с учётом продольных сил, могущих возникать в стенках металлополимерных труб, находящихся под действием температурного перепада

Расстановку неподвижных опор, их вид и прочность закрепления в строительной конструкции следует осуществлять с учётом продольных сил N [Н], могущих возникать в стенках МПТ, находящихся под действием температурного перепада ?t [°С].

В связи с этим нельзя согласиться, например, с «.. .определением напряжения N в металлопластиковой трубе диаметром 16 мм при её нагреве [8, заблуждение №8]:

где ktкоэффициент температурного удлинения материала трубы; ?tразница между температурой теплоносителя и температурой воздуха во время монтажа трубы, 50 °C; Lдлина трубопровода; sплощадь поперечного сечения стенок трубопровода; Емодуль упругости материала трубопровода.».

Во-первых, исходя из теории размерностей, из формулы следует, что здесь речь идёт не о напряжениях, а о продольных усилиях:

kt [1/°C] ?t[°C] s [м2] Е[Н/м2] = N [Н].

Во-вторых, металлополимер не может характеризоваться модулем упругости (Е = 8400 х 106 Па), так как стенки МПТ состоят из слоёв, выполненных из разномодульных материалов, и при одинаковом удлинении всех слоёв вследствие нагревания в слоях будут наводиться термические напряжения различной величины. В-третьих, в результате счёта получается N = 950 Н. К тому же, МПТ могут существенно различаться степенями армирования стенок алюминием ?, как в зависимости от диаметра (табл. 3, столбец 6, табл. 6), так и от производителей (табл. 3, столбец 7).

В стенках (каждом слое) МПТ, подвергаемых воздействию положительных температурных перепадов ?t, в случае ограничения их продольных удлинений будут наводиться температурные сжимающие напряжения ? [Па]. Величины напряжений ?i будут зависеть от коэффициентов линейного расширения ?i и модулей упругости Е?i материала конкретного слоя в данный момент времени:

При этом усилие N [Н], действующее на ограничитель (к примеру, на обжимной хомут жёсткого крепления) сводного удлинения трубопровода:

где wi — площадь поперечного сечения [м2] слоёв, входящих в стенки трубы, определяемая по формуле:

где dнi, dвi, ei — наружный и внутренний диаметры и толщина стенки МПТ и слоёв, м. Подставляя в формулу (3) значение E?i (табл. 9), ?t = 100 °C и площади поперечного сечения слоёв, входящих в стенки труб с размерами (табл. 8), получаем величины усилий (рис. 3), действующих на ограничители сводного удлинения каждого слоя (рис. 4б).

Суммарные усилия при этом:

и 8 кН для МПТ диаметрами 16 и 50 мм, соответственно.

В реальных МПТ (рис. 1 и 4в) ограничителем удлинений полимерных (слои 1 и 5) и клеевых (слои 2 и 4) являются клеевые соединения их с алюминием (слой 3). То есть, продольные температурные усилия всех четырёх указанных слоёв будут восприниматься алюминиевым слоем. При этом в нём будут возникать растягивающие напряжения:

И в случае свободного перемещения трубопровод из металлополимерных труб удлинится на величину относительной деформации (табл. 10, столбец 5):

Таким образом, при воздействии на МПТ перепадов температур будет происходить их продольное удлинение, в том числе и под действием продольных сил, возникающих в полимерных и клеевых слоях (табл. 9, столбец 5).

Такое удлинение может существенно превышать (там же, столбец 6) расчётное [1, 2] температурное продольное относительное удлинение расчётного участка: в 3,23 (при диаметре 16 мм и степени армирования 12,44 %) и в 1,45 раза (при диаметре 50 мм и степени армирования 25 %). Относительные продольные удлинения для тех же диаметров МПТ будут большими в:

(табл. 2, столбец 8) относительных продольных удлинения, определяемых по [1, 2]. При этом длины компенсационных участков гнутых компенсаторов Lкф должны быть в 1,97 и 1,47 раз большими для диаметров 16 и 50 мм, соответственно. То есть, требование ?L ? 2dн ? f может быть не соблюдено, тогда длину расчётных участков трубопроводов из МПТ следует уменьшить на 48 и 32 %.

Влияние осевых усилий при воздействии на трубопроводы из МПТ температурных перепадов необходимо учитывать при расчётах путём использования коэффициента относительного удлинения ?ф, соответствующего степени армирования ? стенок (рис. 5).

В завершение следует отметить следующее. Всё рассмотренное относится к начальным физико-механическим показателям полимеров (E0 и ?0). Значения упомянутых показателей будут снижаться с течением времени, а показатели алюминия изменяться не будут [9]. В этом случае влияние полимерных слоёв на продольные деформации трубопроводов из МПТ будет уменьшаться. Как это может происходить в действительности [10], авторами может быть рассмотрено в следующих статьях.

Влияние осевых усилий при воздействии на трубопроводы из МПТ температурных перепадов необходимо учитывать при расчётах путём использования коэффициента относительного удлинения, соответствующего степени армирования стенок

Авторами не затронуты вопросы, связанные с особенностями монтажа внутренних напорных трубопроводов из различных МПТ, новых фитингов и соединений [11]. К настоящему моменту авторами накоплен обширный материал об особенностях трубопроводов из МПТ [12, 13], отражённый в том числе в публикациях [14-17]. ОАО «НИИ Мос- строй» приступил к разработке актуализированного Свода Правил по проектированию и монтажу трубопроводов из МПТ. В нём будут, естественно, учтены и рассмотренные в статье положения.