TNO-onderzoek: Levensduurverwachting bestaande PVC leidingen

Levensduurverwachting van bestaande PVC Leidingen

Resultaten van het TNO-onderzoek naar de levensduurverwachting van bestaande PVC leidingen

Probleemstelling

PVC waterleidingen van de leden van BureauLeiding worden al tientallen jaren toegepast voor de distributie van drinkwater in Nederland. In het verleden is een testprocedure ontwikkeld om een levensduur van 50 jaar te kunnen garanderen. Hoewel algemeen wordt aangenomen dat de levensduur van PVC waterleidingen groter is dan 50 jaar is dit niet bewezen en bestaan nog geen procedures om de levensduurverwachting van bestaande leidingen te kwantificeren.

De oudste PVC waterleidingen in Nederland zullen zeker de gegarandeerde levensduur van 50 jaar overschrijden. Dit betekent dat de waterleidingbedrijven voor de keuze staan van vervanging of rehabilitatie van deze oude leidingen.

Beschrijving van de werkzaamheden

Samen met Dyka, Pipelife en Wavin, de fabrikanten van PVC leidingen, met de grondstoffenleveranciers LVM, Shin-Etsu en Solvin en met Kiwa als vertegenwoordiger van de waterdistributiebedrijven werd een onderzoek gestart bij TNO Industrie en Techniek naar de levensduurverwachting van bestaande PVC waterleidingen.

Voor het kwantificeren van de restlevensduur was geen procedure aanwezig. Bestaande meetmethoden, op basis waarvan de 50 jaar levensduurverwachting wordt uitgesproken, gaan uit van nieuwe buisdelen. Enerzijds worden hierbij de initiele eigenschappen bepaald en anderzijds langeduur eigenschappen. Deze laatstgenoemde worden gemeten na een versnelde expositie waarbij vooral de temperatuur als versnellingsfactor wordt gebruikt. Voor bestaande leidingen, waarin gedurende de gebruiksperiode optredende degradatieprocessen zijn geevolueerd, is deze methode niet altijd toegestaan. Bovendien spelen de initiele eigenschappen, de materiaalkwaliteit, de toevoegingen en de verwerking ook een rol in het verloop van degradatieprocessen.

De degradatieprocessen, die de levensduurverwachting van bestaande PVC leidingen beinvloeden, zijn geevalueerd en procedures zijn ontwikkeld om deze op een zo realistisch mogelijke wijze te versnellen. Zo zijn de relevante degradatieprocessen en de verwachte degradatie na een gebruiksperiode van vele decaden in kaart gebracht, de kritieke niveaus van functionele eigenschappen vastgesteld, meetmethoden ter bepaling van de relevante eigenschappen uitgewerkt en versnelde methoden om het voortschrijdende degradatieproces in de tijd te kwantificeren toegepast. Uit de verkregen experimentele resultaten en toegepaste extrapolatiemethoden is een restlevensduurverwachting bepaald.

Resultaten en conclusies

De levensduur van een kunststof product wordt bepaald door de intrinsieke eigenschappen van het toegepaste polymeer, de verwerking van het polymeer tot een product en het uiteindelijke gebruik. Hoewel PVC tamelijk inert is, kan de chemische structuur een PVC polymeer worden aangetast. Uiteindelijk resulteert dit in ketenbreuk en afname van de functionele eigenschappen. Als deze aantasting optreedt, zal dit vooral tijdens de verwerking van het PVC poeder tot de buis gebeuren. Door toevoeging van stabilisator wordt dit proces geneutraliseerd. Het bepaalde restgehalte aan stabilisator was in alle onderzochte buismonsters meer dan voldoende om gedurende nog eens 100 jaar te beschermen tegen deze vorm van aantasting.

Dat de verwerking van PVC poeder tot PVC buis belangrijk was, was wel bekend. Toch liet een betrouwbare methode ter bepaling van de verwerking, de gelering, op zich wachten tot de zeventiger I tachtiger jaren. In die periode werd vastgesteld dat de beste mix van belangrijke eigenschappen als scheurweerstand, sterkte, taaiheid en slagsterkte werd verkregen als de geleergraad tussen 60 en 85 % ligt. In dit onderzoek is gebleken dat de PVC materialen uit de zeventiger en tachtiger soms lage geleergraden vertoonden en na verdergaande fysische veroudering een sterke afname van de scheurweerstand vertoonden.

Op basis van verwachte grootte van beschadiging en optredende wandspanningen blijken de meeste onderzochte PVC leidingen onder normaal gebruik een verwachte restlevensduur van meer dan 100 jaar te bezitten.

De grootste onzekerheid in de voorspelling betreft de optredende belastingen. Vooral door externe belastingen, bijvoorbeeld ongelijke grondzettingen, kunnen locaal grote spanningen op de PVC buis worden uitgeoefend, waardoor de verwachte levensduur sterk kan afnemen. Bij calamiteiten kan de levensduur beperkt worden tot minder dan 10 jaar.

Toepasbaarheid

De resultaten van het onderzoek kunnen worden toegepast ter beoordeling  van  de  langeduur  eigenschappen  van  PVC drinkwaterleidingen, maar eveneens van andere leidingen.

De beheerders van leidingen hebben nu methoden om o.a. de scheurweerstand  van  bestaande  PVC  buisdelen  te  laten bepalen.