CN104500856A - 一种高延性混凝土中空管及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高延性混凝土中空管及其制作方法。从内到外依次为树脂基复合材料内衬层、高延性混凝土中空结构层、树脂基复合材料预应力层；高延性混凝土中空结构层的横截面有均匀分布的空心孔；树脂基复合材料内衬层为浸过树脂的聚酯毡、玻璃纤维表面毡或短切毡等玻璃纤维织物缠绕制作而成；树脂基复合材料预应力层为纤维丝与树脂复合而成的树脂基材料缠绕制作而成。内壁采用树脂基复合材料内衬层，防腐防渗，能输送腐蚀性介质水力性能优良；采用树脂基复合材料预应力层，可以防腐又避免了PCCP管中预应力钢丝锈蚀断裂的现象发生，提高了管道的耐久性；具有质量轻、耐内外腐蚀性介质、水力特性优良、刚度大、成本低、耐久性高等特点。

Description

一种高延性混凝土中空管及其制作方法

技术领域

本发明涉及一种高延性混凝土中空管及其制作方法。

背景技术

在给排水工程中运用较多的管道为预应力钢套筒混凝土管(PCCP管)、玻璃钢管道、钢筋混凝土管道。

PCCP管具有刚度大、成本相对较低的特点。但目前，即便是在淡水输送中，PCCP管在工程应用中存在以下缺陷和不足：(1)预应力钢丝容易锈蚀，一旦钢丝的任何部位发生锈蚀而断裂，整个管材将会突然崩坏而造成爆管，维修比其他管材要困难；(2)混凝土内壁的糙率系数较高，水力特性差，对管道的流量造成了一定的影响；(3)普通混凝土易开裂破坏；(4)PCCP管由于混凝土结构层太厚，重量重，导致运输、安装困难。

玻璃钢管具有轻质高强、耐腐蚀、水力性能优良的特点。但其成本较高、刚度较低，对施工要求较高。如果想进一步提高其刚度而不改变现有玻璃钢管的结构，那么成本将会增加很多。

钢筋混凝土管道质量大，运输、安装困难，混凝土内壁的糙率系数较高，水力特性差，对管道的流量造成了一定的影响，且钢筋混凝土管只能作为无压力管道使用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高延性混凝土中空管及其制作方法，其具有耐腐蚀性好、表面光滑、高延性混凝土抗拉应变高、拉伸强度大、延展性好。

为达到上述目的，采用的技术方案如下：

一种高延性混凝土中空管，从内到外依次为树脂基复合材料内衬层、高延性混凝土中空结构层、树脂基复合材料预应力层；

所述高延性混凝土中空结构层的横截面有均匀分布的空心孔；

所述树脂基复合材料内衬层为浸过树脂的聚酯毡、玻璃纤维表面毡或短切毡等玻璃纤维织物缠绕制作而成；

所述树脂基复合材料预应力层为纤维丝与树脂复合而成的树脂基材料缠绕制作而成。

按上述方案，所述内衬层厚度为0.5-5mm；所述中空结构层厚度为50-500mm；所述预应力层厚度为2-40mm。

按上述方案，所述均匀分布的空心孔为圆形或者椭圆形。

按上述方案，所述均匀分布的空心孔排列为一层或两层。

按上述方案，所述高延性混凝土为聚乙烯醇纤维混凝土或为超高分子量的聚乙烯纤维混凝土。

按上述方案，所述纤维丝是玻璃纤维丝或碳纤维丝。

上述高延性混凝土中空管的制作方法，步骤如下：

在连续缠绕系统上或定长缠绕系统上用浸过热固性树脂或热塑性树脂的聚酯毡、玻璃纤维表面毡或短切毡等玻璃纤维织物缠绕制作内衬层，内衬层厚度为0.5-5mm；

高延性混凝土中空结构层采用立式浇筑工艺浇注在内衬层、中空模具、钢外模具之间的空腔振动成型，高延性混凝土中空结构层厚度为50-500mm；

树脂基复合材料预应力层为浸过热固性树脂或热塑性树脂的纤维丝在高延性混凝土中空结构层外缠绕制作而成，树脂基复合材料预应力层厚度为2-40mm。

高延性混凝土中空结构层采用高抗拉强度、高韧性的高延性混凝土，管道重量轻；混凝土具有高韧性,可以有效的避免中空结构层局部应力集中现象的产生；高延性混凝土具有多缝开裂特性，能有效地抑制普通混凝土的早期塑性裂缝，提高其耐久性；高延性混凝土的极限拉伸应变是普通混凝土的100倍以上，能够抵抗管道使用中外压等荷载作用下产生的弯曲拉应力、高内压作用下的拉应力，其承载能力高。

相对玻璃钢管环刚度可提高10倍以上，综合成本可降低20％左右。相对于PCCP管，粗糙率系数降低45％左右，重量减轻25％左右。相对于钢筋混凝土管，该管道可以具有一定的压力等级，应用范围更广泛，粗糙率系数降低48％左右，重量减缩30％左右。成本介于玻璃钢管与PCCP管之间，具有良好的经济性能，该管材可广泛用于各种给排水工程。

本发明有益效果在于：

内壁采用树脂基复合材料内衬层，防腐防渗，能输送腐蚀性介质，且水力性能优良；

采用树脂基复合材料预应力层，既可以防腐，又避免了PCCP管中预应力钢丝锈蚀断裂的现象发生，提高了管道的耐久性；

弥补了PCCP管、玻璃钢管、钢筋混凝土管的缺陷，具有质量轻、耐内外腐蚀性介质、水力特性优良、刚度大、成本低、耐久性高等特点。

附图说明

图1是高延性混凝土中空管纵剖面示意图；

图2是高延性混凝土中空管横截面示意图；

其中，1-高延性混凝土中空管；2-树脂基复合材料内衬层；3-高延性混凝土中空结构层；4-树脂基复合材料预应力层；5-空心孔。

具体实施方式

以下实施例进一步阐释本发明的技术方案，但不作为对本发明保护范围的限制。

参照附图1、2，本发明高延性混凝土中空管1，从内到外依次为树脂基复合材料内衬层2、高延性混凝土中空结构层3、树脂基复合材料预应力层4；所述高延性混凝土中空结构层的横截面有均匀分布的空心孔5。

树脂基复合材料内衬层为在连续缠绕系统上或定长缠绕系统上用浸过热固性树脂或热塑性树脂的聚酯毡、玻璃纤维表面毡或短切毡等玻璃纤维织物缠绕制作而成；高延性混凝土可以为聚乙烯醇纤维混凝土、或为超高分子量的聚乙烯纤维混凝土、或为其他高延性混凝土；树脂基复合材料预应力层为纤维丝与热固性树脂或热塑性树脂复合而成的树脂基材料，纤维丝可以是玻璃纤维丝，或碳纤维丝、或其他高强纤维丝。

优化地，所述均匀分布的空心孔5为圆形或者椭圆形。

优化地，所述均匀分布的空心孔5排列为一层或两层。

本发明高延性混凝土中空管的制作过程如下：

1)在连续缠绕系统上或定长缠绕系统上用浸过热固性树脂或热塑性树脂的聚酯毡、玻璃纤维表面毡或短切毡等玻璃纤维织物缠绕制作内衬层；

2)等树脂基复合材料内衬固化后，将内衬模具连同制好的树脂基复合材料内衬层、中空模具、钢外模一起直立在工作台上，内衬模具、中空模具、钢外模均与工作台固定，在钢外模外部不同高度固定4-6个风动振动器；树脂基复合材料内衬层、中空模具、钢外模之间形成管环空腔，将配比好的高延性混凝土灌注到此空腔内，并用风动振动器振动成型，形成高延性混凝土中空结构层，并蒸养；

3)蒸养过程为升温、恒温、降温三个过程，蒸养湿度为80％-95％，蒸养6-10小时后，将中空模具抽出，用起吊的方式将管材从树脂基复合材料内衬模具和混凝土外模具脱模；

4)采取差速法或多级增加张力法在高延性混凝土中空结构层外表面缠绕已浸过热固性树脂或热塑性树脂的纤维丝，形成树脂基复合材料预应力层。

实施例1

采用上述工艺制作内径2000mm的高延性混凝土中空结构管，工艺参数选用如下：

浸过环氧乙烯基酯树脂的ECR表面毡打底，ECR喷射纱和网格布交替铺设缠绕成树脂基复合材料内衬层，厚度为1.5mm；

聚乙烯醇纤维与水泥质量比为4.0％，粉煤灰与水泥质量比为1.5，石英砂与水泥质量比为1.2，搅拌制作成高延性混凝土，高延性混凝土中空结构层厚度为50mm；

树脂基复合材料预应力层为浸过间苯型不饱和聚酯树脂的碳纤维丝缠绕工艺制作，厚度为2mm。

经过性能测试：管刚度≥60000、粗糙系数≤0.0084。管刚度测试标准为：GB/T 5352-2005纤维增强热固性塑料管平行板外载性能试验方法，GB/T 21238-2007玻璃纤维增强塑料夹砂管。粗糙系数测试公式为：其中v是水流速度；k是转换常数，国际单位制中值为1；R_h是水力半径，是流体截面积与湿周长的比值，湿周长指流体与明渠断面接触的周长，不包括与空气接触的周长部分；S指明渠的坡度。

实施例2

采用上述工艺制作内径3000mm的高延性混凝土中空结构管，工艺参数选用如下：

浸过聚乙烯树脂的玻璃纤维预浸纱缠绕成树脂基复合材料内衬层，厚度为4mm；

超高分子量聚乙烯纤维与水泥质量比为2.0％，粉煤灰与水泥质量比为2.5，河砂与水泥质量比为1.6，搅拌制作成高延性混凝土，高延性混凝土中空结构层厚度为500mm；

树脂基复合材料预应力层为浸过环氧乙烯基酯树脂的玻璃纤维丝缠绕工艺制作，厚度为40mm；

经过性能测试：管刚度≥500000、粗糙系数≤0.0084。

实施例3

采用上述工艺制作内直径2000mm的高延性混凝土中空结构管，工艺参数选用如下：

浸过聚乙烯树脂的玻璃纤维预浸纱缠绕成树脂基复合材料内衬层2.5mm；

聚乙烯醇纤维与水泥质量比为4.5％，粉煤灰与水泥质量比为2.0，石英砂粉末与水泥质量比为1.5，搅拌制作成高延性混凝土，高延性混凝土中空结构层厚度为250mm；

树脂基复合材料预应力层为浸过聚醚醚酮树脂的玻璃纤维预浸纱缠绕工艺制作，厚度为4mm；

经过性能测试：管刚度≥150000、粗糙系数≤0.0084。

Claims (7)

1.一种高延性混凝土中空管，其特征在于从内到外依次为树脂基复合材料内衬层、高延性混凝土中空结构层、树脂基复合材料预应力层；

所述高延性混凝土中空结构层的横截面有均匀分布的空心孔；

所述树脂基复合材料内衬层为浸过树脂的聚酯毡、玻璃纤维表面毡或短切毡等玻璃纤维织物缠绕制作而成；

所述树脂基复合材料预应力层为纤维丝与树脂复合而成的树脂基材料缠绕制作而成。

2.如权利要求1所述高延性混凝土中空管，其特征在于所述内衬层厚度为0.5-5mm；所述中空结构层厚度为50-500mm；所述预应力层厚度为2-40mm。

3.如权利要求1所述高延性混凝土中空管，其特征在于所述均匀分布的空心孔为圆形或者椭圆形。

4.如权利要求1所述高延性混凝土中空管，其特征在于所述均匀分布的空心孔排列为一层或两层。

5.如权利要求1所述高延性混凝土中空管，其特征在于所述高延性混凝土为聚乙烯醇纤维混凝土或为超高分子量的聚乙烯纤维混凝土。

6.如权利要求1所述高延性混凝土中空管，其特征在于所述纤维丝是玻璃纤维丝或碳纤维丝。

7.权利要求1-6任一项所述高延性混凝土中空管的制作方法，其特征在于步骤如下：

在连续缠绕系统上或定长缠绕系统上用浸过热固性树脂或热塑性树脂的聚酯毡、玻璃纤维表面毡或短切毡等玻璃纤维织物缠绕制作内衬层，内衬层厚度为0.5-5mm；

高延性混凝土中空结构层采用立式浇筑工艺浇注在内衬层、中空模具、钢外模具之间的空腔振动成型，高延性混凝土中空结构层厚度为50-500mm；

树脂基复合材料预应力层为浸过热固性树脂或热塑性树脂的纤维丝在高延性混凝土中空结构层外缠绕制作而成，树脂基复合材料预应力层厚度为2-40mm。