ترک‌خوردگی تنشی در ورق HDPE؛ آزمون NCTL و درس‌هایی از خرابی‌های میدانی

HDPE مقاوم و بادوام است، اما یک نقطه‌ی ضعف شناخته‌شده دارد: ترک‌خوردگی تنشی محیطی (Environmental Stress Cracking). در این پدیده، ترکی کوچک زیر تنشی بسیار کمتر از مقاومت کششی ورق، آرام‌آرام و به‌صورت ترد رشد می‌کند تا ورق را بشکافد.

چرا HDPE؟

هرچه چگالی و درصد بلورینگی پلی‌اتیلن بیشتر باشد، مقاومت شیمیایی و سختی آن بیشتر است؛ اما به ترک تنشی حساس‌تر می‌شود. به همین دلیل انتخاب رزین مناسب با مقاومت کافی در برابر ترک تنشی برای ساخت ژئوممبران حیاتی است. رزین‌های ارزان یا مخلوط‌های بازیافتی اغلب در همین آزمون رد می‌شوند.

درس از خرابی‌های میدانی

Grace Hsuan (۲۰۰۰) در مجله‌ی Geotextiles and Geomembranes پایگاه داده‌ای از خرابی‌های واقعی ترک تنشی در پروژه‌ها جمع‌آوری کرد و از آن برای تعیین حداقل مقاومت لازم در مشخصات فنی استفاده کرد. محل‌های رایج شروع ترک در این خرابی‌ها:

• کنار جوش‌های اکستروژن، جایی که سنگ‌زنی سطح شیار ایجاد کرده است.
• خراش‌ها و شیارهای ناشی از حمل و نصب.
• چین‌های تحت تنش و محل‌های خم شدید (چین و چروک ورق).
• محل‌هایی با تنش دائمی، مثل لبه‌ی سازه‌ها و گوشه‌ها.

عکس: NPS Photo — Public domain، ویکی‌مدیا کامنز

آزمون NCTL

Hsuan، Koerner و Lord (۱۹۹۳) آزمون NCTL (بار کششی ثابت روی نمونه‌ی شیاردار) را برای ژئوممبران HDPE توسعه دادند. در نسخه‌ی تک‌نقطه‌ای آن (SP-NCTL، استاندارد ASTM D5397)، نمونه‌های شیاردار در محلول گرم مرطوب‌کننده زیر درصد مشخصی از تنش تسلیم قرار می‌گیرند و زمان شکست ثبت می‌شود. مشخصات GRI-GM13 برای ورق HDPE حداقل چند صد ساعت (در نسخه‌های اخیر ۵۰۰ ساعت) را الزامی می‌کند (مشخصات GRI-GM13).

پیری هم اثر دارد

Ewais و همکاران (۲۰۱۴) نشان دادند که پیر شدن ورق (کاهش آنتی‌اکسیدان و اکسیداسیون) مقاومت آن در برابر ترک تنشی را کاهش می‌دهد. یعنی ورقی که امروز آزمون را با موفقیت می‌گذراند، پس از سال‌ها در آفتاب و گرما حساس‌تر می‌شود؛ پس حاشیه‌ی اطمینان کافی لازم است (OIT و آنتی‌اکسیدان‌ها).

پیشگیری

1. ورق با گزارش آزمون NCTL معتبر بخرید.
2. هنگام سنگ‌زنی پیش از جوش اکستروژن، عمق سنگ‌زنی را کم و جهت آن را عمود بر درز نگه دارید.
3. از خراش و کشیدن ورق روی زمین جلوگیری کنید.
4. ورق را بدون کشش اضافی نصب کنید و چین‌های بزرگ را زیر خاک نگذارید.
5. جزئیات اطراف سازه‌ها را طوری طراحی کنید که تنش متمرکز نشود.

جمع‌بندی

ترک تنشی بی‌صدا و دیر ظاهر می‌شود، اما با رزین مناسب، آزمون NCTL و نصب دقیق قابل پیشگیری است. این آزمون یکی از مهم‌ترین مواردی است که باید از فروشنده بخواهید.