CN104197129A - 一种新型钢筋混凝土排水管材及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新型钢筋混凝土排水管材及其制造方法。本发明针对钢筋混凝土排水管道目前存在的问题，从三方面提出新型混凝土管材的制造的关键技术，不仅以新型防腐措施及接口型式以对抗环境因素，提高管道的耐久性、接口的严密性，还从管道本身入手，采用适合排水管材的活性粉末混凝土(RPC)的配方为原材料，使其强度更高、稳定性更优、结构更为致密，阻断可能形成的渗透通路，同时还使管材本身用料更省、重量更轻，从根本上改善钢筋混凝土管道基本性能的方法。由于重量减轻，接口更严密，可将排水管道标准长度(2.5m)延长至4～6m。

Description

一种新型钢筋混凝土排水管材及其制造方法

技术领域：

本发明属于给排水工程及水利工程领域，具体涉及一种新型钢筋混凝土排水管材及其制造方法。

背景技术：

长期铺设于地下的混凝土排水管道，在一般情况下使用良好，管材本身造价很低，但由于管道重量大，难以运输和安装，对基础要求较高(常采用混凝土基础)，因此总体造价并不低，且内部或外部存在侵蚀介质时，会产生腐蚀破坏，导致结构强度下降，无法达到使用期限的要求，造成能源、资源的浪费。近年来，由于排水管路接口不严密，雨污水漏失后影响基础所造成的地面塌陷事故逐渐增多，已造成巨大的经济损失，因此管材的耐久性、接口密封性能日益受到工程界和科学界的普遍重视。

相比混凝土管材，化学建材管材(如玻璃钢夹砂管、HDPE管等)因具有较好的耐腐蚀性、较轻的管材重量以及可靠的接口型式，得到国家的大力推广，但混凝土管材抗外压性能是化学建材管材无可比拟的，且维修费用少、使用寿命长，在大中口径排水管材中仍占据较大市场，主要用于雨、污水管道、引水管、农用排灌及顶管工程。在国外，混凝土管材的市场占有率更高，欧洲的统计数据显示，大于DN400的排水管中，混凝土管道占90～95％，大口径管则100％采用混凝土管道。

目前混凝土排水管材存在的突出问题是其结构形式，由于壁厚大、重量大，造成安装不方便；接口严密性较差、易破损、常需混凝土基础；防腐处理困难，造成结构稳定性和耐久性较差等。根据《混凝土结构耐久性设计规范》GB/T50476-2008要求，混凝土结构的设计使用年限不低于50年，因此更要求我们从混凝土内部结构，管道接口严密性、可靠性及管道防腐等性能等方面着手，解决目前混凝土排水管存在的问题，从而研究出可靠的、稳定的、满足设计使用年限要求的新型混凝土排水管。

要改善混凝土管的脆性，减轻其重量，需改变混凝土自身的特性，改变混凝土内部结构。由于原材料，制作工艺等方面的限制，混凝土内部存在大量的微裂缝及不均匀性，内部结构显得极端的复杂性，而改善混凝土的脆性也变得相对困难。国内外学者对混凝土的脆性进行了大量的研究，从本质上讲，改善混凝土的脆性应寻找有效的方法，改善其内部结构，改善孔结构，降低孔隙率，改善水泥石与骨料过渡层的界面结构和性能，减少内部微裂缝，控制破坏时的微裂缝的开裂和扩展等。

要提高混凝土管道的耐久性和密封性，管道接口型式十分重要。对于混凝土管材，目前各地区特别是沿海和发达城市，已越来越多地采用承插口管和钢承口管，平口管日渐淘汰，埋管采用承插口管，顶管使用钢承口管逐渐成为主流。管接口常采用单、双胶圈型式，双胶圈接口主要用于压力管道。

要提高管道的结构稳定性和耐久性，需提高其抗腐蚀性能。引起混凝土材料排水管腐蚀的原因是多种多样的，铺设环境中的含盐土壤(如SO₄ ^2-、Cl^-、Mg²⁺含量高的土壤环境)、降雨渗滤、地下水渗入、沿海地区海水入侵、管内污水外渗、管道接头处存在的较强腐蚀环境、污水在管内滞留产生的腐蚀性气体(如H2S等)以及排水系统内部可能适宜硫酸盐菌生长的环境等。常规的混凝土管道防腐做法一般采用内衬PVC或橡胶材料，由于PVC、橡胶材料存在与混凝土连接不紧密及易老化等问题，运行一段时间后，内衬材料会脱落，从而使管道失去防腐性能；也有混凝土管道采用刷环氧防腐涂料(如环氧沥青等)，由于环氧涂层无透气性，所以施工时构件混凝土表面一定要干燥，否则涂层易鼓泡、剥落，一旦产生局部脱膜现象即造成防腐失败。

发明内容：

本发明的目的是提供一种成本较低、操作简便、强度和耐久性好、抗渗能力强、防腐性能好、重量轻的新型钢筋混凝土排水管材及其制造方法。

本发明的新型钢筋混凝土排水管材是通过以下方法制备的，该方法包括以下步骤：

a、钢筋混凝土排水管材的制作：采用活性粉末混凝土(Reactive Powder Concrete，简称RPC)为原材料，用该原材料按照常规方法制成排水管材；

b、钢筋混凝土排水管材的接口：钢筋混凝土排水管材一端设置呈“L”型的插口钢环，另外一端设置呈“L”型的承口钢环，一根钢筋混凝土排水管材的插口钢环能相配合的插入另外一根钢筋混凝土排水管材的承口钢环，插口钢环和承口钢环与钢筋混凝土排水管材内的管道钢筋相连，在插口钢环的前端周侧面和端面上具有能装橡胶圈的凹槽环，在插口钢环能相配合的插入承口钢环时，凹槽环中装填橡胶圈，从而使插口钢环和承口钢环紧密连接；

c、对上述钢筋混凝土排水管材的混凝土表面进行清洗，对宽度大于0.2mm的裂缝采用环氧胶泥或高强砂浆进行修补，喷涂硅烷前混凝土表面应为表干状态，混凝土表面无游离水，浸渍硅烷的施工采取浸泡、涂刷、低压喷涂或滚刷进行施工。

本发明充分考虑了影响混凝土管道耐久性等结构性能的内外因素，首先从改善混凝土脆性等方面入手，选用活性粉末混凝土(RPC)作为制作管材的原材料，主要成分有水泥，细砂，石英粉，硅灰，高效减水剂，钢纤维等。这种混凝土的抗压强度、抗拉强度、弹性模量、断裂韧性等力学指标较之普通混凝土大大提升，是目前用于桥梁、桥墩的新型建材。用在桥梁、桥墩等的RPC混凝土所掺入的钢纤维长度约为3～13mm，直径约0.15～0.20mm，体积掺量为1.5％～3％。掺入微钢纤维后，RPC的抗压强度、弯折强度和韧性有较大幅度的提高。而排水管道，其不仅需要考虑提高抗压强度，还要使其结构更轻薄，大幅度减轻自重，使管材更易于运输和铺设。由于去除石子等粗骨料，以细砂为骨料，掺入大量硅灰等矿物掺合料、高效减水剂和微细钢纤维，薄弱的界面得到大幅度加强，将其用于制作检查井可以减少壁厚，使其结构更轻薄，大幅度减轻自重，使管道更易于运输和装配。另外，还需考虑界面过渡区的厚度与范围，结构十分密实，孔隙率低，不仅能够阻止管材内运送的介质向外泄露，而且能够抵御外部侵蚀性介质的腐蚀，从而提高了体系均匀性、强度和耐久性，因此，本发明经过无数次的预实验，得到能够满足上述要求的排水管道用的活性粉末混凝土。该活性粉末混凝土具体配料为水泥：砂：石英粉：硅灰按照质量比2：0.5：0.32：0.15，减水剂的用量为水泥、砂、石英粉和硅灰总质量的2％，钢纤维的长度为3～13mm，直径0.15～0.20mm，体积掺量为1％，水胶比为0.18。采用该最佳质量配合比的RPC混凝土抗压强度达150Mpa，同时管壁厚度可减小至常规的一半左右，重量可减至常规管道的60％左右，安装及运输更为方便。

优选，所述的浸渍硅烷的施工，施工时混凝土表面温度在5-45℃之间，浸渍硅烷施工顺序应自下向上连续喷涂实施，使被涂表面饱和溢流，被涂面至少有5s看上去是湿的，每遍喷涂量为300ml/m²，喷涂两遍，间隔时间至少为6h。

本发明提出了一种“L”型双橡胶圈钢承插式接口型式。本发明将钢制接口与管道的钢筋连接，结构上一体性更强；在插口钢环的周侧面和端面设有两个能装橡胶圈的凹槽环，在插口钢环能相配合的插入承口钢环时，凹槽环中装填橡胶圈，使得管道发生横向和纵向偏转的时候，由于橡胶圈的作用，管道均能得到“自锁”作用，防止管道接口漏水；管道与管道直接接口完全是钢板对接，接缝更小、接口更紧密且对接更容易，克服了以往混凝土与混凝土接口或混凝土与钢板接口缝隙过大、对接难以紧密而容易漏水的问题。“L”型双橡胶圈钢承插式接口使得管道的抗不均匀沉降和密封性能大大提高。“L”型双橡胶圈钢承插口，并用于重力流排水管道，具有柔性承插口管的特点，同时接口“自锁”作用更强，接口更紧密，抗基础变形、抗渗漏更佳，适合长距离施工，工程(管材)寿命期长，取消了混凝土基础，从根本上解决排水管接口不严、易受侵蚀从而影响管道结构稳定性和耐久性问题，也解决了管道接口不严而漏水引起的地面沉降和塌陷问题。

本发明提出了一种硅烷浸渍混凝土管材的新型防腐处理的方法，采用硅烷浸渍防腐材料，该材料属于化学建材，通过渗透进入混凝土表面与水化的水泥发生化学反应，在基材表面上生成了不溶性防水树脂薄膜。这层防水薄膜使混凝土毛细孔壁憎水化，使水分和水分所携带的盐类难以渗入混凝土，起到保护作用。硅烷具有良好的耐酸、耐碱、耐磨、耐紫外线、耐风化、耐冻融、耐氯离子、透气性佳等性能。解决外部环境因素如复杂成分污水及腐蚀性土壤、地质条件对混凝土管道的侵蚀，且克服了常规防腐涂料常见的脱皮、起泡问题，使得管道结构稳定性、耐腐蚀性及耐久性大大提高。

本发明针对钢筋混凝土排水管道目前存在的问题，从三方面提出新型混凝土管材的制造的关键技术，不仅以新型防腐措施及接口型式以对抗环境因素，提高管道的耐久性、接口的严密性，还从管道本身入手，采用适合排水管材的活性粉末混凝土(RPC)的配方为原材料，使其强度更高、稳定性更优、结构更为致密，阻断可能形成的渗透通路，同时还使管材本身用料更省、重量更轻，从根本上改善钢筋混凝土管道基本性能的方法。由于重量减轻，接口更严密，可将排水管道标准长度(2.5m)延长至4～6m。

因此，本发明的新型钢筋混凝土排水管材具有壁厚小、重量小、成本较低、操作简便，耐久性、密封性、稳定性好，抗腐蚀性能强，抗渗能力强的优点。

附图说明：

图1是本发明的新型钢筋混凝土排水管材的结构示意图；

其中1、第一排水管材；2、第二排水管材；3、插口钢环；4、承口钢环；5、凹槽环；6、橡皮圈；7、管道的钢筋。

具体实施方式：

以下实施例是对本发明的进一步说明，而不是对本发明的限制。

实施例1：

本实施例的新型钢筋混凝土排水管材是通过以下方法制备的，该方法包括以下步骤：

a、钢筋混凝土排水管材的制作：采用活性粉末混凝土(Reactive Powder Concrete，简称RPC)为原材料，该活性粉末混凝土具体配料为水泥：砂：石英粉：硅灰按照质量比2：0.5：0.32：0.15，减水剂的用量为水泥、砂、石英粉和硅灰总质量的2％，钢纤维的长度为3～13mm，直径0.15～0.20mm，体积掺量为1％，水胶比为0.18。用该原材料按照常规方法制成排水管材，采用该最佳质量配合比的RPC混凝土抗压强度达150Mpa，同时管壁厚度可减小至常规的一半左右，重量可减至常规管道的60％左右，安装及运输更为方便。

b、钢筋混凝土排水管材的接口：如图1所示，钢筋混凝土排水管材一端设置呈“L”型的插口钢环3，另外一端设置呈“L”型的承口钢环4，第一排水管材1的插口钢环3能相配合的插入第二排水管材2的承口钢环4，插口钢环3和承口钢环4与钢筋混凝土排水管材内的管道钢筋7相连，在插口钢环的前端周侧面和端面上设有能装橡胶圈的凹槽环5，在插口钢环能相配合的插入承口钢环时，凹槽环中装填橡胶圈6，橡胶圈6使得管道发生横向和纵向偏转的时候，由于橡胶圈的作用，均能得到“自锁”作用，防止管道接口漏水；管道与管道直接接口完全是钢板对接，接缝更小、接口更紧密且对接更容易，克服了以往混凝土与混凝土接口或混凝土与钢板接口缝隙过大、对接难以紧密而容易漏水的问题。“L”型双橡胶圈钢承插式接口使得管道的抗不均匀沉降和密封性能大大提高。

c、应用硅烷浸渍防腐：

(1)：基层清理：在硅烷浸渍施工前，对上述钢筋混凝土排水管材的混凝土表面进行清洗，去除灰尘、油污和附着物，对宽度大于0.2mm的裂缝采用环氧胶泥或高强砂浆进行修补，喷涂硅烷前混凝土表面应为表干状态，混凝土表面无游离水即可施工。需要提醒的是在加工中切忌使用烘干设备，因为硅烷需要与水化的水泥发生化学反应才能发挥防水性能，但表面过湿会影响渗透深度，因此基面表干时喷涂效果最好。

(2)浸渍或涂装：浸渍硅烷的施工可采取浸泡、涂刷、低压喷涂或滚刷均可。加工时混凝土表面温度应在5-45℃之间，浸渍硅烷施工顺序应自下向上连续喷涂实施，使被涂表面饱和溢流，被涂面至少有5s看上去是湿的，每遍喷涂量为300ml/m²，喷涂两遍，间隔时间至少为6h。

由此得到本实施例的新型钢筋混凝土排水管材。本实施例的新型钢筋混凝土排水管材采用活性粉末混凝土(RPC)为原材料，改善混凝土内部微观结构，使其强度更高，采用该最佳质量配合比的RPC混凝土抗压强度达150Mpa，稳定性更优、结构更为致密，阻断可能形成的渗透通路，相比于普通混凝土管材，其本身用料更省、重量更轻，从根本上改善钢筋混凝土管道基本性能。再通过硅烷浸渍防腐以及接口型式以对抗环境因素，提高管道的耐久性、接口的严密性。

Claims (4)

1.一种新型钢筋混凝土排水管材的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：

a、钢筋混凝土排水管材的制作：采用活性粉末混凝土为原材料，用该原材料按照常规方法制成排水管材；

b、钢筋混凝土排水管材的接口：钢筋混凝土排水管材一端设置呈“L”型的插口钢环，另外一端设置呈“L”型的承口钢环，一根钢筋混凝土排水管材的插口钢环能相配合的插入另外一根钢筋混凝土排水管材的承口钢环，插口钢环和承口钢环与钢筋混凝土排水管材内的管道钢筋相连，在插口钢环的前端周侧面和端面上具有能装橡胶圈的凹槽环，在插口钢环能相配合的插入承口钢环时，凹槽环中装填橡胶圈，从而使插口钢环和承口钢环紧密连接；

c、对上述钢筋混凝土排水管材的混凝土表面进行清洗，对宽度大于0.2mm的裂缝采用环氧胶泥或高强砂浆进行修补，喷涂硅烷前混凝土表面应为表干状态，混凝土表面无游离水，浸渍硅烷的施工采取浸泡、涂刷、低压喷涂或滚刷进行施工。

2.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述的活性粉末混凝土具体配料为水泥：砂：石英粉：硅灰按照质量比2：0.5：0.32：0.15配合，减水剂的用量为水泥、砂、石英粉和硅灰总质量的2％，钢纤维的长度为3～13mm，直径0.15～0.20mm，体积掺量为1％，水胶比为0.18。

3.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述的浸渍硅烷的施工，施工时混凝土表面温度在5-45℃之间，浸渍硅烷施工顺序应自下向上连续喷涂实施，使被涂表面饱和溢流，被涂面至少有5s看上去是湿的，每遍喷涂量为300ml/m²，喷涂两遍，间隔时间至少为6h。

4.一种根据权利要求1、2或3所述的新型钢筋混凝土排水管材的制造方法制造得到的新型钢筋混凝土排水管材。