CN102909784B - 一种应用界面剂生产预应力钢筒混凝土管的方法及设备 - Google Patents

Abstract

一种应用界面剂生产预应力钢筒混凝土管的方法及设备，属于生产预应力钢筒混凝土管的方法及设备技术领域。在管芯的外表面圆形薄钢板筒上缠绕环向预应力高强钢丝，其特征在于它还进行如下步骤：在管芯的外表面圆形薄钢板筒上缠绕环向预应力高强钢丝后，再在其上面喷射一层厚度为1.5～2.5mm的界面剂，对金属与非金属材料二者之间结合的界面进行处理，然后用辊射机喷射干硬性水泥砂浆保护层。该方法通过对金属与非金属材料之间用界面剂进行界面处理，增强管芯的薄钢筒表面、环向预应力高强钢丝表面与水泥砂浆保护层二者之间的附着粘结性能，增强水泥砂浆保护层保护效果，提高预应力钢筒混凝土管的耐久性和使用寿命。其设备能完成上述方法。

Description

一种应用界面剂生产预应力钢筒混凝土管的方法及设备

技术领域

本发明属于生产预应力钢筒混凝土管的方法及设备技术领域，具体涉及一种应用界面剂生产预应力钢筒混凝土管的方法及设备。

背景技术

预应力钢筒混凝土管（Prestressed conerete cylinder pipe，简称PCCP），其中小口径是在制成内侧混凝土，外侧圆形薄钢板筒的管芯外侧缠绕环向预应力钢丝，并制作水泥砂浆保护层的管子，结构型式称为内衬式，代号为PCCPL。预应力钢筒混凝土管具有抗内外压强度高，抗渗、抗裂性能好，耐腐蚀性能优良，成本低等优势，是目前引水、供水、水利、市政管道工程首选的产品。是国家发改委、水利部、科技部等五部委制订的《中国节水政策大纲》优先推广的产品。现有技术生产预应力钢筒混凝土管的方法是采用薄钢板通过螺旋卷焊机卷制薄钢板筒，在薄钢板筒两端分别焊接承口钢环、插口异型钢环，形成圆形钢筒，将圆形钢筒置于钢模内在离心机上高速旋转，同时往圆形钢筒内侧投入配制的混凝土，通过离心机高速旋转的离心力使混凝土密实成型，或通过振动使混凝土密实成型，制成内侧混凝土，外侧圆形薄钢板筒的管芯，将管芯吊入养护坑进行蒸汽养护，达到一定强度后进行拆模，待管芯的混凝土达到混凝土设计强度的70～75%时，在管芯的外表面圆形薄钢板筒上缠绕环向预应力高强钢丝，然后在上述外表面用辊射机喷射抗压强度≥45MPa，厚度≥20㎜的干硬性水泥砂浆保护层。但现有的上述方法存在如下弊病：管芯的外表面薄钢筒及缠绕在上面的环向预应力高强钢丝，它们的表面光滑，水泥砂浆直接喷射在它们光滑的表面上后，钢筒、钢丝和水泥砂浆即金属与非金属材料二者之间的界面附着粘结性能差，水泥砂浆保护层干燥后易产生分层、空鼓、开裂、脱落等缺陷，影响水泥砂浆保护层的保护效果，使埋在地下的预应力钢筒混凝土管容易受到地下强酸、强碱、氯离子等有害介质的腐蚀，影响管材的耐久性，减少使用寿命。界面剂是一种胶粘剂，它在非金属材料与非金属材料之间，如混凝土和砂浆的界面之间，瓷砖与墙体之间的界面处理已经有成熟的界面剂应用，并表现出了很好的粘接力。但金属与非金属之间，如在钢筒外侧缠绕环向预应力高强钢丝的管芯的金属表面与干硬性水泥砂浆保护层非金属表面之间现有技术还尚无一种界面剂能进行界面处理。更无此种界面剂喷射加工设备。

发明内容

本发明的目的是要提供一种应用界面剂生产预应力钢筒混凝土管的方法及设备，该方法通过对金属与非金属材料之间用界面剂进行界面处理，增强管芯的薄钢筒表面和缠绕在上面的环向预应力高强钢丝表面与水泥砂浆保护层二者之间的附着粘结性能，增强水泥砂浆保护层保护效果，延长预应力钢筒混凝土管在地下的使用寿命。该设备能按上述的生产方法，很好地完成界面剂在管芯的薄钢筒表面和缠绕在上面的环向预应力高强钢丝表面的喷射，且覆盖均匀，功效高。

上述的发明目的是通过以下技术方案实现的：一种应用界面剂生产预应力钢筒混凝土管的方法，采用薄钢板通过螺旋卷焊机卷制圆形薄钢板筒，在圆形薄钢板筒两端分别焊接承口钢环、插口异型钢环，形成圆形钢筒，将圆形钢筒置于钢模内在离心机上高速旋转，同时往圆形钢筒内侧投入配制的混凝土，通过离心机高速旋转的离心力使混凝土密实成型，或通过立式振动使混凝土密实成型，制成内侧混凝土，外侧圆形薄钢板筒的管芯，将管芯吊入养护坑进行蒸汽养护，达到一定强度后进行拆模，待管芯的混凝土达到混凝土设计强度的70～75%时，在管芯的外表面圆形薄钢板筒上缠绕环向预应力高强钢丝，其要点在于它还进行如下步骤：

在管芯的外表面圆形薄钢板筒上缠绕环向预应力高强钢丝后，再在其上面喷射一层厚度为1.5～2.5mm的界面剂，对金属与非金属材料二者之间结合的界面进行处理，然后用辊射机喷射抗压强度≥45MPa，厚度≥20mm的干硬性水泥砂浆保护层。

上述的一种应用界面剂生产预应力钢筒混凝土管的方法，其方法之一是配制的界面剂各材料组份按重量百分比，由如下配方组成：

水泥 18 ～22%

水性环氧树脂 1.8 ～2.2%

环氧固化剂 2.7 ～3.3%

≥80目的胶粉 0.8 ～1.2%

直径1～4㎜的石英砂 26 ～34%

ZD脂肪族减水剂 0.8 ～1.2%

水 49.9～36.1%

一种应用界面剂生产预应力钢筒混凝土管的界面剂喷射设备，其要点在于它包括程序控制装置、管芯装夹旋转装置、大车行走驱动装置和界面剂喷射装置；其中管芯装夹旋转装置由行走平台、管芯两端的端头夹板和旋转轴、第一电机、传动轮、传动皮带所组成；大车行走驱动装置由第二电机、变速箱、传动齿轮和四只导向轮、二条导轨所组成；界面剂喷射装置由喷嘴输浆管、净浆压力泵、搅拌机和高压输气管、贮气罐、空气压缩机所组成；上述装置的动作程序由程序控制装置进行控制。

上述的应用界面剂生产预应力钢筒混凝土管的界面剂喷射设备，其结构之一是将缠绕环向预应力高强钢丝的管芯两端用端头夹板固定牢固，通过第一电机、传动轮、传动皮带使管芯绕旋转轴旋转；界面剂喷射装置通过喷嘴对着缠绕环向预应力高强钢丝的管芯进行界面剂喷射；缠绕环向预应力高强钢丝的管芯通过大车行走驱动装置的第二电机、变速箱、传动齿轮和四只导向轮，完成沿导轨来回往复行走；界面剂喷射装置是将在搅拌机里配制的界面剂经净浆压力泵、输浆管输送到喷嘴，然后利用空气压缩机将0.4～0.6MPa压缩空气的压力，通过贮气罐、高压高压输气管传送到喷嘴，将界面剂均匀地喷射复合于管芯、钢丝表面。

本发明其方法的有益效果是在管芯的外表面薄钢筒上缠绕环向预应力高强钢丝后，再在其上面喷射一层厚度为1.5～2.5mm的界面剂，对金属与非金属材料二者之间结合的界面进行处理，然后用辊射机喷射抗压强度≥45MPa，厚度≥20mm的干硬性水泥砂浆保护层。因为界面剂是一种胶粘剂，具有超强的粘结力，所以它增强了管芯的薄钢筒表面和缠绕在上面的环向预应力高强钢丝表面与水泥砂浆保护层二者之间的附着粘结性能，克服了水泥砂浆保护层干燥后易产生分层、空鼓、开裂、脱落等缺陷，增强了水泥砂浆保护层的保护效果；另外，以水性环氧树脂、固化剂和水泥净浆为基材的界面剂进行界面处理，对管芯的薄钢筒表面和缠绕在上面的环向预应力高强钢丝表面本身就是一层良好的保护层，这等于是又增加了一层保护层；因为上述二方面原因，使埋在地下的预应力钢筒混凝土管不易受到土壤中强酸、强碱、氯离子等有害介质的腐蚀，使得增强预应力钢筒混凝土管在工程应用中的耐久性、使用寿命得以延长。本发明具体配方所制得的界面剂，其中的水性环氧树脂、环氧固化剂是一种高分子材料，它具有强度高、耐久性好等优点，在界面剂组份中起增强粘结强度作用，同时水性环氧树脂是一种水溶性树脂，和水泥有良好的配伍性，并能在潮湿的环境下使用，操作时无须进行干燥处理，喷射完界面剂即可转入下道工序进行喷射干硬性水泥砂浆保护层；ZD脂肪族减水剂起界面剂中减少水份，提高强度，增加稠度的作用；界面剂中加入石英砂起到使钢筒、钢丝光滑的表面增加粗糙度，能对砂浆保护层增加附着力作用，进一步增强管芯的薄钢筒表面和缠绕在上面的环向预应力高强钢丝表面与水泥砂浆保护层二者之间的附着粘结性能。本发明的界面剂解决了现有技术的界面剂不能在金属与非金属材料二者之间结合应用的难题。

本发明其设备的有益效果是它能确保本发明方法的顺利实施，实现在管芯的外表面薄钢筒上缠绕环向预应力高强钢丝后，喷射界面剂的机械化、自动化。

附图说明

图1：采用本发明的方法和设备生产的预应力钢筒混凝土管的半剖结构示意图。

图2：图1中A处放大结构图。

图3：本发明设备的结构示意图。

图1—3中，1-预应力钢筒混凝土管，2-承口钢环，3-内侧混凝土，4-管芯，5-环向预应力高强钢丝，6-界面剂，7-干硬性水泥砂浆保护层，8-插口异型钢环，9-程序控制装置，10-管芯装夹旋转装置，11-大车行走驱动装置，12-界面剂喷射装置，13-行走平台，14-端头夹板，15-旋转轴，16-第一电机1，17-传动轮，18-传动皮带，19-第二电机，20-变速箱，21-传动齿轮，22-导向轮，23-导轨，24-喷嘴，25-输浆管，26-净浆压力泵，27-搅拌机，28-高压输气管，29-贮气罐，30-空气压缩机。

具体实施方式

一种应用界面剂生产预应力钢筒混凝土管的方法，采用薄钢板通过螺旋卷焊机卷制圆形薄钢板筒，在圆形薄钢板筒两端分别焊接承口钢环、插口异型钢环，形成圆形钢筒，将圆形钢筒置于钢模内在离心机上高速旋转，同时往圆形钢筒内侧投入配制的混凝土，通过离心机高速旋转的离心力使混凝土密实成型，制成内侧混凝土，外侧圆形薄钢板筒的管芯，将管芯吊入养护坑进行蒸汽养护，达到一定强度后进行拆模，待管芯的混凝土达到混凝土设计强度的75%时，在管芯的外表面圆形薄钢板筒上缠绕环向预应力高强钢丝，其特征在于它还进行如下步骤：

在管芯的外表面圆形薄钢板筒上缠绕环向预应力高强钢丝后，再在其上面喷射一层厚度为2.0mm的界面剂，对金属与非金属材料二者之间结合的界面进行处理，然后用辊射机喷射抗压强度48MPa，厚度25mm的干硬性水泥砂浆保护层。

水泥 20%

水性环氧树脂 2%

环氧固化剂 3%

≥80目的胶粉 1%

直径1～4㎜的石英砂 30%

ZD脂肪族减水剂 1%

水 43%

由图1-3所表示的是本发明一种应用界面剂生产预应力钢筒混凝土管的界面剂喷射设备实施例：一种应用界面剂生产预应力钢筒混凝土管的界面剂喷射设备，它包括程序控制装置9、管芯装夹旋转装置10、大车行走驱动装置11和界面剂喷射装置12；其中管芯装夹旋转装置10由行走平台13、管芯两端的端头夹板14和旋转轴15、第一电机16、传动轮17、传动皮带18所组成；大车行走驱动装置11由第二电机19、变速箱20、传动齿轮21和四只导向轮22、二条导轨23所组成；界面剂喷射装置12由喷嘴24、输浆管25、净浆压力泵26、搅拌机27和高压输气管28、贮气罐29、空气压缩机30所组成。上述装置的动作程序由程序控制装置9进行控制，动作程序是将缠绕环向预应力高强钢丝5的管芯4两端用端头夹板14固定牢固，通过第一电机16、传动轮17、传动皮带18使缠绕环向预应力高强钢丝5的管芯4绕旋转轴15旋转；界面剂喷射装置12通过喷嘴24对着缠绕环向预应力高强钢丝5的管芯4进行界面剂6喷射；缠绕环向预应力高强钢丝5的管芯4通过大车行走驱动装置11的第二电机19、变速箱20、传动齿轮21和四只导向轮22，完成沿导轨23来回往复行走；界面剂喷射装置12是将在搅拌机27里配制的界面剂6经净浆压力泵26、输浆管25输送到喷嘴24，然后利用空气压缩机30将0.4～0.6MPa压缩空气的压力，通过贮气罐29、高压输气管28传送到喷嘴24，将界面剂6均匀地喷射复合于管芯4、环向预应力高强钢丝5上。

本实施例的作业运行程序如下：用吊机将缠绕有环向预应力高强钢丝5的管芯4吊上行走平台13，两端用两块端头夹板14将缠绕有环向预应力高强钢丝5的管芯4固定；利用程序控制装置9，启动管芯装夹旋转装置10，使缠绕有环向预应力高强钢丝5的管芯4旋转；启动搅拌机27将界面剂材料搅拌均匀配制成界面剂6，通过净浆压力泵26及输浆管25将界面剂6泵送到喷嘴24；启动空气压缩机30，将压缩的空气输入贮气罐29，通过高压输气管28，将压缩空气输送到喷嘴24，以0.5MPa的空气压力将界面剂6喷射到缠绕有环向预应力高强钢丝5的管芯4外表面；同时启动大车行走驱动装置11，带动四只导向轮22在导轨23上往复行走，通过缠绕有环向预应力高强钢丝5的管芯4的旋转和大车行走驱动装置11的行走，使界面剂6均匀地喷射复合于往复行走的整个缠绕有环向预应力高强钢丝5的管芯4外表面，通过程序控制装置9的自动控制大车行走驱动机构11往复数次，达到界面层6要求的厚度，喷射完毕后设备自动停止，转入下道工序干硬性水泥砂浆保护层7的制作。

采用上述方法和设备的实施例生产的“预应力钢筒混凝土管”,经委托有资质的第三方进行检测，缠绕有环向预应力高强钢丝的管芯在喷射水泥砂浆保护层之前，表面经本发明的界面剂进行界面处理和未经界面处理的进行比较，检测表明，试件14天的剪切粘结强度，经界面剂处理的为2.12MPa，未经界面剂处理的为0.60MPa，经界面剂界面处理的是未经界面剂处理的353.3％；试件14天的拉伸粘结强度，经界面剂界面处理的为1.16MPa，未经界面剂处理的为0.39MPa，经界面剂界面处理的是未经界面剂处理的297.4％，所以效果十分明显。

界面处理力学性能检测结果（从检验报告中下载）

Claims (1)

1.一种应用界面剂生产预应力钢筒混凝土管的方法，采用薄钢板通过螺旋卷焊机卷制圆形薄钢板筒，在圆形薄钢板筒两端分别焊接承口钢环、插口异型钢环，形成圆形钢筒，将圆形钢筒置于钢模内在离心机上高速旋转，同时往圆形钢筒内侧投入配制的混凝土，通过离心机高速旋转的离心力使混凝土密实成型，或通过立式振动使混凝土密实成型，制成内侧混凝土，外侧圆形薄钢板筒的管芯，将管芯吊入养护坑进行蒸汽养护，达到一定强度后进行拆模，待管芯的混凝土达到混凝土设计强度的70～75%时，在管芯的外表面圆形薄钢板筒上缠绕环向预应力高强钢丝，其特征在于它还进行如下步骤：

在管芯的外侧圆形薄钢板筒上缠绕环向预应力高强钢丝后，再在其上面喷射一层厚度为1.5～2.5mm的界面剂，对金属与非金属材料二者之间结合的界面进行处理，然后用辊射机喷射抗压强度≥45MPa，厚度≥20mm的干硬性水泥砂浆保护层；

配制的界面剂各材料组份按重量百分比，由如下配方组成：

水泥 18 ～22%

水性环氧树脂 1.8 ～2.2%

环氧固化剂 2.7 ～3.3%

≥80目的胶粉 0.8 ～1.2%

直径1～4㎜的石英砂 26 ～34%

ZD脂肪族减水剂 0.8 ～1.2%

水 49.9～36.1% 。