Zasady postępowania przed badaniem rur żeliwnych z użyciem mikroskopu elektronowego

Miejskie Przedsiębiorstwo Wodociągów i Kanalizacji w Krakowie rozpoczęło w 2012 roku sporadyczne badanie żeliwnych przewodów wodociągowych dostarczanych na place budowy, korzystając z usług Katedry Wodociągów, Kanalizacji i Monitoringu Środowiska Politechniki Krakowskiej.

W badaniach wykorzystano mikroskop skaningowy Hitachi S-3400 wyposażony w urządzenie do analizy składu chemicznego powierzchni próbek EDS.

Chociaż zastosowanie techniki mikroskopii elektronowej jest od dawna znane, z punktu widzenia ochrony interesów inwestora poczyniono istotny krok naprzód, gdyż wprowadzono metody instrumentalne oceny jakości przewodów rurowych, a więc umożliwiono znacznie bardziej zaawansowaną ocenę dostarczanych odlewów [1] i ich warstw zabezpieczających [15, 16].

Kiedy rynek zorientował się, że po­czyniono nowy krok w kierunku oceny jakości sprzedawanych rur, niektórzy handlowcy postanowili wykorzystać te możliwości do walki z konkurencją.

Inwestorzy nie zawsze pamiętają, że przedstawione im wyniki badań z renomowanych laboratoriów wymagają przed interpretacją sprawdzenia:

• czy rury do badań zostały wybrane losowo,
• czy próbki pobrano z wyrobów danego producenta,
• czy poboru dokonali bezpośrednio pracownicy laboratorium.

Ponadto absolwenci inżynierii sanitarnej nie są najczęściej zorientowani, jakie możliwości i - co może nawet ważniejsze – ograniczenia ma technika mikroskopii elektronowej. Stąd potrzeba omówienia tych zagadnień.

Informacje ogólne

Czytelnik zainteresowany podstawowymi informacjami o przewodach żeliwnych i stalowych stosowanych w wodociągach może się zapoznać z ich właściwościami fizycznymi w pierwszym tomie monografii A. Kuliczkowskiego [7].

• Przewody żeliwne są wewnątrz zabezpieczane wyprawą cementową [2, 8], a w przypadku wód miękkich i małych średnic powłoką z żywicy epoksydowej lub poliuretanów.
• Podejmując decyzję co do sposobu ochrony wewnętrznej przewodów metalowych sieci wodociągowej, należy dokonać w pierwszej kolejności oceny tendencji i możliwości rozpuszczania węglanu wapnia [4] przez transportowaną wodę.
• Do ochrony wewnętrznej rurociągów wody pitnej nie stosuje się cementów wysokoglinowych [18], które najlepiej chronią chemicznie przewody żeliwne i stalowe wody przemysłowej. Wyprawa cementowa jest stosowana od ponad 80 lat i nie tylko zabezpiecza rurociąg wewnętrznie przed korozją, ale nie pozwala ponadto na powstanie chropowatej powierzchni zbudowanej z produktów korozji [17], które powodują po latach duże opory przepływu [5].
• Należy również wspomnieć o rewolucji, która dokonała się w zakresie połączeń kielichowych przewodów żeliwnych [3].

Pobór próbek do badań

Techniki mikroskopii są niestety inwazyjne i wymagają wycięcia fragmentu rury do badań. Fragment ten jest znacznie większy niż próbka badana pod mikroskopem, gdyż próba musi zostać wycięta w specjalnym urządzeniu gwarantującym schłodzenie materiału w stopniu zabezpieczającym przed zmianą jego struktury w czasie przecinania.

Kształt tej wyciętej próbki zależy od tego, czy ma ona służyć badaniom struktury i składu chemicznego, czy też wytrzymałościowym. Niemniej w jednym i w drugim przypadku kluczową kwestią jest zapewnienie, żeby fragmenty wycięte z rury były reprezentatywne dla ocenianego wyrobu, a więc najpierw wybrane w sposób losowy, a następnie pobrane bezpośrednio przez pracowników laboratorium, które wykonuje badania i ponosi za nie odpowiedzialność.

Z zasady nie należy dawać wiary wynikom pomiarów nawet z akredytowanych i powszechnie uznawanych laboratoriów, jeśli pochodzenie badanego materiału nie jest znane, a w szczególności gdy zachodzi obawa, że materiał do badań został do laboratorium dostarczony przez dystrybutorów reprezentujących producenta lub jego konkurencję.

Sprawdzenie pochodzenia próby jest pierwszą niekwestionowaną zasadą postępowania każdego inwestora zainteresowanego oceną jakości rur.

Próba może być również pobrana przez inwestora i dostarczona do laboratorium, ale tylko pod warunkiem, że uzyskane dzięki wynikom badań informacje będą służyły wyłącznie jemu.

Przygotowanie zgładów

Badania struktury żeliwa sferoidalnego, a tym bardziej przekroju przez powłoki ochronne, wymagają pracochłonnego przygotowania zgładów próbki za pomocą coraz drobniejszych past szlifierskich oraz starannego usunięcia nawet najdrobniejszych pozostałości po tych pastach z powierzchni zgładów.

Wycięcie próbek i przygotowanie ich zgładów jest długim, żmudnym i na tyle kosztownym procesem, że rzutuje on istotnie na cenę ekspertyzy technicznej, której zadaniem jest ocena jakości badanego materiału.

Informacje uzyskane z obrazów

Wysoka rozdzielczość obrazu przy dużych powiększeniach wiąże się z małym obszarem obserwacji. Powstaje zatem poważny problem doboru liczby próbek, która byłaby reprezentatywna dla całej rury, a ponadto pobranych losowo rur dla oceny jakości dużej dostawy produktów.

Do badania powinno się przygotować sześć zgładów z jednej rury, aby można było uznać, że uzyskane wyniki dotyczące ilościowego składu warstw ochronnych są reprezentatywne.

Struktura żeliwa sferoidalnego z dobrze wykonanych zgładów może zostać oceniona precyzyjnie na skaningowym mikroskopie elektronowym (SEM – scanning electron microscope).

Znacznie trudniejsze jest określenie, czy spełnione zostały wymagania ilościowe i jakościowe stawiane warstwom ochronnym. Zazwyczaj wymagania te określa Polska Norma, ale może to być również inna norma, która nie została przyjęta przez Polski Komitet Normalizacyjny (PKN).

Wymagania mogą także zostać sprecyzowane w warunkach przetargu albo w umowie.

3 kwietnia 1993 r. zniesiono częściowo ustawowy obowiązek stosowania Polskich Norm, pozostawiając jednak ministrom możliwość ustalania list norm nadal obowiązujących.

Z kolei 1 stycznia 2003 r. weszła w życie ustawa o normalizacji z 12 września 2002 r. (DzU nr 169/2002, poz. 1386), która nie przewiduje już tworzenia przez ministrów list norm obowiązujących, ale wprowadza możliwość powoływania się w aktach prawnych na Polskie Normy lub ich fragmenty, pod warunkiem że zostały one przetłumaczone na język polski lub wydane drukiem w tym języku.

Wydaje się naturalne, że w Polsce powinno się stosować Polskie Normy, jak również unormowania europejskie.

Stosowanie w umowach kupna–sprzedaży powołań na normy spoza kontynentu europejskiego mogłoby utrudnić znalezienie odpowiednich oferentów. Niemniej prawnie istnieją możliwości uzgodnienia między stronami innych wymagań co do warstw ochronnych rur z żeliwa sferoidalnego niż wymienione w normie PN-EN 545:2010, rozpowszechnionej w wersji angielskiej.

Czytaj też: Dobór materiałów do budowy sieci wod-kan. Sieci kanalizacyjne (cz. 1) >>>

 [woda, badanie rur żeliwnych, badanie jakości rur żeliwnych, rury żeliwne, technika mikroskopii elektronowej]