CN105202278B - 碳芯增强复合智能管 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种碳芯增强复合智能管。由内向外依次为玻璃钢内衬层，厚度为1～5mm；混凝土结构层，厚度为70～200mm；碳芯传感预应力层，厚度为1～20mm；玻璃钢外保护层，厚度为1‑2mm；其中，所述碳芯传感预应力层是将离线预成型、截面规则的连续碳芯施加预应力后输送至混凝土结构层上缠绕制作而成；相邻碳芯间用树脂混凝土或玻璃钢材料进行填充。充分利用了碳芯具有高强度、力电感知的特点，通过缠绕及预应力工艺，使碳芯在管壁内形成传感预应力层；在大幅度地提高复合管的抗外荷载刚度的同时，可对管材服役间进行实时健康监测的功能，使得管道具有自我感知的智能化特点。

Description

碳芯增强复合智能管

技术领域

本发明属于管道工程技术领域，具体涉及一种碳芯增强复合智能管材结构。

背景技术

玻璃钢管道是一种树脂基复合管，具有强度高、耐腐蚀、管壁光滑、优良的水力性能，在给排水管道工程等市政建设中具有广泛的应用背景。但其刚度低，变形较大，对施工要求较高，且一旦安放完成后，其服役期间无法监控，导致管道破坏无法预测，可造成严重的后果。如果在不改变其结构的条件下，要提高玻璃钢管道的刚度，必须增加树脂用量，这样往往导致产品成本过高。

另外，如果在管壁层间或管壁内外嵌入传感器以获取管材服役状态信息，往往给管材制作工艺带来困难，并且对施工要求很高，如施工工艺达不到，会较大地影响传感器正常工作，严重影响传感器工作寿命。因此工程上渴求一种既能在低成本前提下，弥补玻璃钢(夹砂)管道目前刚度较低等不足，又具有自我感知特性的新型复合管材。

发明内容

本发明目的在于提供一种具有自我感知和健康监测功能的复合智能管。

为达到上述目的，采用技术方案如下：

一种碳芯增强复合智能管，由内向外依次为玻璃钢内衬层，厚度为1～5mm；混凝土结构层，厚度为70～200mm；碳芯传感预应力层，厚度为1～20mm；玻璃钢外保护层，厚度为1-2mm；

其中，所述碳芯传感预应力层是将离线预成型、截面规则的连续碳芯施加预应力后输送至混凝土结构层上缠绕制作而成；相邻碳芯间用树脂混凝土或玻璃钢材料进行填充。

按上述方案，将所述混凝土结构层替换为树脂混凝土结构层；采用缠绕方式将经过树脂浸润后的石英砂通过兜砂布缠绕到玻璃钢内衬层上制作而成。

按上述方案，所述碳芯传感预应力层所用碳芯截面为圆形。

本发明利用碳芯高强度及其力电传感的特点，与玻璃纤维增强塑料联合制作碳芯增强复合智能管。该管材具有自我感知，健康监测功能，采用缠绕及预应力工艺，使得碳芯在夹层内形成预应力层；同时因为碳芯具有力电效应，使得该预应力层兼具有感知管道受力的功能，形成碳芯传感预应力层，从而获得一种碳芯增强复合智能管及其制作方法。

本发明的有益效果是：

管线或管道一旦发生局部变形甚至破坏，对应位置的连续碳纤维束也将随之变形，导致其电阻发生改变。通过监测连续碳纤维束的电阻变化曲线，可在管道变形之初就可反映给管线管理部门，达到管道具有自我感知的智能化特点。

同时，本管材充分利用碳芯具有高强度的特点，通过缠绕及预应力工艺，使碳芯在管壁内形成预应力层，可大幅度地提高复合管的抗外荷载刚度，抵御管壁受外力作用导致的破坏。

该型管材的碳芯传感预应力层，同时具有提前感知预警功能以及提高管刚度的特征，能在避免重大事故发生的同时，有效降低运行维护成本，具有潜在的社会和经济效益。

保持了玻璃钢(夹砂)管道耐腐蚀性等优良特性，解决了玻璃钢(夹砂)管道目前刚度较低的问题，使得管道在服役期间，具有自我健康监测功能，对管网运行安全有着极具重要的作用，在城镇地下管网建设方面具有广泛的应用前景。该新型管材的应用，可提高我国管材制造技术水平，实现复合材料的高性能、低成本，为规模化、工程化、产业化提供技术支撑，带动产业升级，对满足国家重点工程应用意义重大。

附图说明

图1：碳芯增强复合智能管结构示意图；

图2：碳芯传感预应力层截面图；

1-玻璃钢内衬层；2-混凝土结构层；3-碳芯传感预应力层；4-玻璃钢外保护层；5-碳芯。

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所示，本发明碳芯增强复合智能管，由内向外依次为玻璃钢内衬层1，厚度为1～5mm；混凝土结构层2，厚度为70～200mm；碳芯传感预应力层3，厚度为1～20mm；玻璃钢外保护层4，厚度为1-2mm；

其中，碳芯传感预应力层3是将离线预成型、截面规则的连续碳芯5施加预应力后输送至混凝土结构层上缠绕制作而成；相邻碳芯5间用树脂混凝土或玻璃钢材料进行填充。碳芯传感预应力层所用碳芯5截面为圆形。

另外，本发明还可以将混凝土结构层替换为树脂混凝土结构层；其采用缠绕方式将经过树脂浸润后的石英砂通过兜砂布缠绕到玻璃钢内衬层上制作而成。

本发明碳芯增强复合智能管的制作工艺如下：

1)在连续缠绕设备的管道模具上，将聚酯毡、玻璃纤维表面毡或短切毡以及针织毡等玻璃纤维织物浸上树脂后通过缠绕设备进行缠绕制作内衬层，使其厚度为1～5mm；

2)在内衬层上，制作混凝土(或树脂混凝土)结构层。该结构层根据管道压力等级进行设计，一般厚度为70～200mm；

若采用混凝土材料作结构层，则用内外模工艺将捣实后的混凝土制作结构层，若采用树脂混凝土材料作结构层，则用缠绕设备将经过树脂浸润后的石英砂通过兜砂布缠绕到玻璃钢内衬层上。

3)同时在另一工位上通过高张力施加系统，对截面规则(如圆形)的碳芯材料连续施加设定的预应力；

4)通过牵拉装置将已施加预应力后的碳芯材料，通过缠绕设备同步连续缠绕到混凝土(或树脂混凝土)结构层上，并在相邻碳芯间用树脂混凝土或玻璃钢材料进行填充，形成碳芯传感预应力层。传感预应力层一般为一层，设计厚度为1～20mm(视碳芯直径大小具体确定其厚度)；

5)在碳芯传感预应力层上通过缠绕或喷涂设备将玻璃钢或树脂砂浆等材料制作外保护层，设计厚度为1-2mm。

Claims (3)

1.一种碳芯增强复合智能管，其特征在于由内向外依次为玻璃钢内衬层，厚度为1～5mm；混凝土结构层，厚度为70～200mm；碳芯传感预应力层，厚度为1～20mm；玻璃钢外保护层，厚度为1-2mm；

其中，所述碳芯传感预应力层是将离线预成型、截面规则的连续碳芯施加预应力后输送至混凝土结构层上缠绕制作而成；相邻碳芯间用树脂混凝土或玻璃钢材料进行填充。

2.如权利要求1所述碳芯增强复合智能管，其特征在于将所述混凝土结构层替换为树脂混凝土结构层；采用缠绕方式将经过树脂浸润后的石英砂通过兜砂布缠绕到玻璃钢内衬层上制作而成。

3.如权利要求1所述碳芯增强复合智能管，其特征在于所述碳芯传感预应力层所用碳芯截面为圆形。