环柔性试验：评估塑料管材抗变形能力的关键测试

试验目的：
环柔性试验旨在测定塑料管材在外力作用下抵抗环向变形的能力（即环刚度）以及在规定变形量下管壁结构的完整性（抗开裂性或抗破坏性）。它是评估塑料管材，特别是大口径埋地排水排污管、电缆保护套管等在承受外部负载（如土压力、交通载荷）时是否易于过度变形或发生破裂的关键质量控制手段。

核心原理：
该试验模拟管材在铺设后承受径向压力的场景。采用三点加载法或平板加载法（更常见），将规定长度的管段试样水平放置在试验机的两个平行且固定的支承板上（间距可调）。一个带有特定曲率半径的弧形或平板加载压头，以恒定的速度垂直向下压缩试样，使其在两个支点之间产生径向变形。

执行标准：
国际上广泛遵循 ISO 13968:2008 《塑料管材和管件 环柔性的测定》。在中国，对应的国家标准是 GB/T 9647-2015 《热塑性塑料管材环柔性的测定》。试验应严格遵照所选标准的详细规定进行。

试验设备：

1. 万能材料试验机： 能提供恒定的压缩速度，并精确测量施加的载荷和压头的位移（变形量）。
2. 加载压头： 通常为弧形压头（曲率半径根据管材公称外径dn按标准公式计算，常见为dn/2）或平板压头（适用于大口径管材）。压头宽度通常大于管材试样长度。
3. 支承装置： 两个平行的、水平的、固定的刚性支承板（或辊），间距L可根据标准要求或管材规格调整（常见间距为0.1*dn）。
4. 变形测量装置： 用于精确测量管材试样在垂直方向上的内径变形量（常用百分表或电子位移传感器）。

试样要求：

1. 试样类型： 从管材上垂直于轴线截取，长度通常为(300±10) mm。对于小口径管材，也可取足够长度的完整管段。
2. 试样数量： 一般为3个有效试样。
3. 状态调节： 试样在(23±2)°C环境下至少状态调节24小时（具体按标准规定）。

试验步骤：

1. 准备： 根据标准要求，设定支承板间距(L)。将状态调节好的试样水平放置在两个支承板上。
2. 安装压头： 将加载压头对准试样长度的中点。安装变形测量装置，使其能精确测量加载点处试样内径的垂直方向变化量（初始内径值设为0）。
3. 预加载： 通常需要施加一个微小的初始载荷（如管材公称内径的1%变形量对应的载荷估算值的5%），使试样稳定接触，此时将变形测量装置归零。
4. 加载与测量： 启动试验机，以标准规定的恒定速度（例如(5±1) mm/min 或 (10±2) mm/min）向下移动压头，压缩试样。
5. 记录数据： 试验机持续记录载荷(F)和压头位移(或试样内径垂直变形量δ)的关系曲线(F-δ曲线)。
6. 变形阶段：
   • 达到规定变形量： 继续加载直至试样内径的垂直变形量(δ)达到标准规定的百分比（常用值为30%。例如，ISO 13968中常规定测量到δ = 0.03 * di，di为初始平均内径）。
   • 观察管壁： 在此过程中及达到规定变形量时，仔细观察试样管壁是否有可见裂纹、龟裂、分层或其他形式的破坏迹象。
7. 卸载阶段：
   • 方法A（评估回弹性）： 加载到规定变形量后，以与加载相同的速度卸载至初始载荷（或零载荷），记录卸载曲线，观察变形回复情况。
   • 方法B（评估抗开裂性）： 加载到规定变形量后，保持该变形量一段时间（如1分钟），观察试样是否发生破坏。卸载后，再次检查试样破坏情况。
8. 重复试验： 对其余试样重复步骤1-7。
9. 破坏检查： 对于没有在加载过程中明显破坏的试样，在试验结束后，仔细检查其内、外表面是否有裂纹或其他损伤迹象（有时需要弯曲或解剖检查）。

结果计算与判定：

1. 环刚度： (选做，非所有标准强制要求)
   • 通常计算试样在达到某一较小规定变形量（如δ = 0.03 * di）时的环刚度值(S)。
   • 公式：S = (F / δ) * (Correction Factor)
   • F 是达到指定变形量δ时对应的载荷(N)。
   • δ 是内径的垂直变形量(m)。
   • Correction Factor 是基于支承间距、管材几何尺寸的修正因子（具体公式参照标准ISO 13968或GB/T 9647附录）。
2. 破坏判定： 这是环柔性试验更核心的判定。
   • 通过： 所有试样在加载至规定变形量（如30%）并保持一段时间（若适用）的过程中及之后，管壁均未出现任何可见裂纹、龟裂、分层或穿孔等破坏现象。卸载后检查也确认无破坏。
   • 不通过： 任一试样在加载至规定变形量之前或过程中，或保持阶段结束前，管壁出现了可见裂纹、龟裂、分层、穿孔等任何一种破坏现象；或卸载后检查发现破坏。即视为该批次管材环柔性不合格。
3. 回弹性（可选）： 计算卸载后残余变形量或回弹率，评估材料的弹性恢复能力。

试验报告：
报告应清晰、完整地包含以下信息：

• 参照标准（ISO 13968或GB/T 9647等）。
• 管材标识（材料类型、规格尺寸dn/ID×e或OD×e、生产批号等）。
• 试样数量、长度和状态调节条件。
• 试验条件（温度、湿度、加载速度、支承间距L）。
• 加载压头类型（弧形半径或平板）。
• 规定变形量百分比（如30%）。
• 试验方法（仅加载到变形量、加载保持、加载卸载）。
• 关键结果： 每个试样是否在规定变形量下出现破坏（是/否），明确判定“通过”或“不通过”。
• （若计算）环刚度值（单个值和平均值，单位kN/m²）。
• （若评估）回弹性指标。
• 试验日期、操作人员、试验单位（不涉及具体企业名）。

意义与应用：
环柔性试验是塑料管材质量控制中至关重要的环节，其结果直接关系到管材在埋地应用中的长期可靠性和使用寿命：

• 质量控制： 作为强制性出厂检验或型式检验项目，确保产品符合设计要求和国家/国际标准。
• 材料与结构验证： 验证管材原材料、配方、壁厚结构设计、生产工艺（如挤出、缠绕、焊接）是否能赋予管材足够的抵抗外部压力的能力。
• 工程安全： 保证管材在铺设后能够承受预期的土壤载荷、交通动载而不发生过度变形或破裂，防止由此导致的管道系统失效、路面塌陷、环境污染等工程事故。
• 产品选型依据： 为工程设计人员和施工单位提供关键性能参数（如是否通过30%变形量不破坏），指导管材在特定载荷条件下的正确选择与应用。

安全提示：

• 操作万能材料试验机前，务必熟悉设备操作规程和安全注意事项。
• 制备试样时，注意管材断面可能存在的锐边，防止割伤。
• 加载过程中，人员应远离试验机活动区域，防止试样意外断裂飞出造成伤害。

总之，环柔性试验通过模拟管材在径向压力下的响应，直观且定量地评估了其抵抗变形和保持结构完整性的能力，对于保障塑料管道工程的安全稳定运行具有决定性意义。