CN106032859A - 一种刚性复合管道结构及其生产方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种刚性复合管道结构，其包括结构层，所述结构层为钢筋混凝土管道，作为受力结构层，还包括内衬层和/或外衬层，置于所述结构层的内壁和/或外壁上，所述内衬层和/或外衬层为光固化纤维增强复合材料，该光固化纤维增强复合材料粘贴并通过光固化而与所述结构层固为一体。本发明提供的复合管道能够减少由于混凝土开裂引发的渗漏，并提高管道的使用寿命。进一步地，还能够防止管道接口处开裂，同时提高管道输水效率。本发明还提供上述刚性复合管道结构的生产方法。

Description

一种刚性复合管道结构及其生产方法
技术领域
本发明涉及给排水工程管路结构领域，尤其涉及用于大口径压力输水刚性复合管道结构及其生产方法。
背景技术
为了解决城市化过程中的水资源短缺问题，我国仍然需要新建大量原水输送工程；大口径压力输水管道是这些原水输送工程的主要结构形式。在地质地形条件较为复杂的地区，常需要采用钢筋混凝土、预应力钢筋混凝土等刚性管道结构，以改善管道受力状态。
然而，常规混凝土管道的应用存在很多问题，一是混凝土管道接口容易开裂和错位，形成泄漏；二是混凝土结构长期运行，存在耐久性问题，原水或者地下水沿着裂缝渗入，会造成结构内部钢筋锈蚀，从而降低结构的承载力，引发安全问题；三是管道内壁粗糙度较大，管道输水效率较低。
目前，应用于混凝土管道的防渗防腐技术，主要包括：
1)通过在混凝土管道内、外壁喷涂防水材料，防水涂料经固化后形成的防水薄膜具有一定的延伸性、弹塑性、抗裂性、抗渗性及耐候性，能起到防水、防渗和保护作用。常见的防水涂料包括：聚氨酯、聚脲、沥青类防水涂料等。
2)在混凝土配合比中直接加入渗透结晶型防水材料、高分子聚合物等材料，以起到改善混凝土内部孔隙结构，从而阻碍水分子和其他有害物质向混凝土内部渗透的作用。
然而，上述技术方案都存在一定的局限性：对于常见防水涂料，对基面的处理和涂料固化所需的温湿度环境往往有较高的要求，基面处理不良或者固化所需的温湿度环境达不到要求，都会影响防水、防渗的效果；而内掺型的防水材料，对由于混凝土结构裂缝而产生的渗漏和腐蚀问题往往无能为力。同时，无论防水涂料还是内掺防水材料，对于管道内壁的糙率影响不大，无法改善管道的输水效率。
本发明的目的在于改进现有技术的缺陷，提供一种刚性复合管道结构，其能够减少由于混凝土开裂引发的渗漏，并提高管道的使用寿命。进一步地，还能够防止管道接口处开裂，同时提高管道输水效率。
本发明的另一个目的在于提供上述刚性复合管道的生产方法。
发明内容
一种刚性复合管道结构，包括结构层，所述结构层为混凝土管道，作为受力结构层，还包括内衬层和/或外衬层，，置于所述结构层的内壁和/或外壁上，所述内衬层和/或外衬层为光固化纤维增强复合材料，该光固化纤维增强复合材料粘贴并通过光固化而与所述结构层固为一体。
所述光固化纤维增强复合材料是紫外光固化复合材料，包括填充材料和基体组分，所述基体组分为紫外固化树脂，所述填充材料是纤维和/或纤维毡。
所述填充材料例如是玻璃纤维或/和玻纤毡。
所述紫外光固化树脂浸在所述纤维或纤维毡中；和/或，
在所述光固化纤维增强复合材料中，光固化树脂的浸入量为每平方米纤维或纤维毡浸入光固化树脂1.3-2.5kg；和/或，
当每平方米纤维或纤维毡为1kg时，浸入光固化树脂后重量变为2.4-2.7kg；或者，
当每平方米纤维或纤维毡为1.5kg时，浸入光固化树脂后重量变为3.5-3.8kg。
所述复合材料的厚度为1.0～5.0mm之间；和/或，
所述套管是由若干块所述复合材料搭接而成的；和/或，
所述套管由若干块环绕在一设定轴向长度管壁上的所述复合材料块组成，每块所述复合材料块首尾相接的接缝构成轴向搭接缝，相邻的所述复合材料块之间构成纵搭接缝；和/或，
所述搭接缝处相邻两块所述复合材料的重叠长度为8-10cm或30-50mm；和/或，
在所述复合材料和管壁之间还涂覆有一光固化底漆层。
各个所述轴向搭接缝相错设置。
上述刚性复合管道结构的生产方法是：首先在混凝土预制管厂，预制混凝土管道，混凝土管道脱模后，清理混凝土管道内、外壁表面，然后分别在混凝土管道的内壁和外壁上贴敷一层光固化纤维增强复合材料，最后采用紫外光照射固化纤维增强复合材料，形成内衬层和/或外衬层。
作为原料的所述复合材料，其正面敷有一层透明薄膜，反面敷有一层透明或不透明的薄膜；在使用该原料向管壁上粘贴时，将反面的薄膜揭开一些粘到管壁上，然后边揭边粘，直至将一块复合材料粘到管壁上；和/或，所述复合材料的原料形式为卷材或片材。
本发明提供的刚性复合管道结构管壁上的内衬层和/或外衬层，是由若干块复合材料拼接而成的，相邻复合材料块的交接缝隙处，后粘贴的复合材料与前面已经粘贴的复合材料要重叠一段，重叠部分的尺寸为30-50mm或8-10cm为宜。
在光固化纤维增强复合材料粘贴时，采用圆柱形弹性支架支撑，使材料与管内、外壁紧密贴合；和/或，
采用紫外光照射固化纤维增强复合材料时，将紫外灯安装在可转动机构上，通过转动机构的转动照射管道设定长度的圆周管壁，通过机构运动对材料进行逐段固化。
所述可转动机构包括一支架，该支架上平行地设置一个或两个轨道，在所述轨道上可移动地设置一支撑架，在该支撑架上固设紫外光照射装置，使其与所述管道的内壁和/或外壁对应而对其照射紫外光，该支撑架上连接动力装置，使得该支撑架在所述轨道上移动。
所述弹性支架包括一管道内壁支架，其包括一杆体和支撑件，在该杆体的至少一端的杆上设有滑道，所述支撑件可滑动地设置在该杆体上，该支撑件朝外的一端具有一弧形支撑面，在所述杆体和所述支撑件之间设有弹簧；和/或，
所述弹性支架包括一管道外壁支架，在该管道外壁支架的内壁上固设至少一个支撑架，该支撑架包括杆体和支撑件，该杆体的一端固定在所述管道外壁支架的内壁上，该杆体的另一端设有滑道，所述支撑件可滑动地设置在该杆体上，在该支撑件的端部具有一个弧形支撑面，在该支撑件和杆体之间设有弹簧。
本发明的关键在于，在常规混凝土管道内壁和/或外壁粘贴一层光固化纤维增强复合材料，与原有混凝土管道组合形成复合结构。
本发明有益效果是：
1.本发明提供了包括内衬层和/或外衬层以及结构层的刚性复合管道结构。由常规混凝土管道结构作为受力结构层，由光固化纤维增强复合材料作为内衬层和外衬层，起到防水、防渗、防腐等作用，同时降低混凝土管道内壁的糙率，从而提高输水效率。
2.本发明中，所用的光固化纤维增强复合材料，是由光固化树脂体系与玻璃纤维或/和玻纤毡、或其他纤维或/和纤维毡制成的复合材料，材料的正面敷有一层透明薄膜，反面敷有一层透明或不透明的薄膜。产品形式为卷材或片材，厚度为1.0-5.0mm之间可调，幅宽可调。光固化纤维增强复合材料施工方便，可以根据要求的形状、大小任意裁剪、粘贴，粘贴后在紫外灯照射下高分子交联固化形成无缝密封套层。
3.本发明提供的复合管道生产方法，通过简单的步骤，就可以使混凝土管道的性能得到改善。
4.在本发明天的提供的复合管道生产方法时，还发明了辅助工具，在光固化纤维增强复合材料粘贴时，采用弹性支架支撑，使材料与管内、外壁紧密贴合；采用紫外光照射固化纤维增强复合材料时，将紫外灯安装在可转动机构上，通过机构运动对材料进行逐段固化。由此可以高质量、高效率地完成复合管道的制造。
下面通过附图和实施例对本发明做进一步说明。
附图说明
图1为本发明提供的刚性复合管道结构的一个具体实施例中复合管道的横截面的结构示意图。
图2为用于固化在管道结构的内壁和/或外壁上的光固化纤维增强复合材料原料状态的结构示意图。
图2a为成卷的复合材料在未使用之前包裹在避光包装层中的示意图。
图3为本发明提供的刚性复合管道结构生产方法中在光固化之前让复合材料粘接在管道内壁上的辅助工具的一种具体实例弹性支架的结构示意图。
图3a为使用图3所示的弹性支架支撑管道内壁上的复合材料的示意图。
图4为本发明提供的刚性复合管道结构生产方法中在光固化之前让复合材料粘接在管道外壁上的辅助工具的一种具体实例的结构示意图。
图4a为使用图4所示的辅助工具支撑管道外壁上的复合材料的示意图。
图5为本发明提供的刚性复合管道结构生产方法中同时向管道内壁和外壁照射紫外光的辅助工具紫外灯照射装置照射复合管道的示意图。
图6为由多块光固化纤维增强复合材料在管内壁或管外壁上拼接的一种搭接结构的示意图。
具体实施方式
在如图1所示的具体实例中，混凝土管道1作为结构层，承受荷载；光固化纤维增强复合材料作为内衬层2和外衬层3，起到防水、防渗、防腐等作用，同时降低混凝土管道内壁的糙率，从而提高输水效率。
由于光固化纤维增强复合材料固化后弹性模量小，强度高，易于同混凝土一起形成复合受力结构，混凝土开裂后仍然起到隔绝渗透水的作用。管道结构设计时，则不必考虑内衬层和外衬层的作用。
实际应用时，首先在混凝土预制管厂，预制混凝土管道1。脱模后，简单清理混凝土管道1内、外壁表面，然后分别贴敷一层光固化纤维增强复合材料，厚度根据设计要求，一般在1.0～5.0mm之间。采用紫外光照射固化纤维增强复合材料，形成内衬层和外衬层。该方法便于工厂化生产，提高效率。
本发明所采用的光固化纤维增强复合材料01的原料如图2和图2a所示，其正面敷有一层透明薄膜03，反面敷有一层透明或不透明的薄膜02；
所述复合材料的原料A形式为卷材，当然，也可以是片材。在原料储运中，其外面包覆一层避光材料B。
在使用该原料向管壁上粘贴时，将反面的薄膜02揭开一些，露出的复合材料01粘到管壁上，然后边揭边粘，直至将一块复合材料粘到管壁上。
本实施例使用的光固化纤维增强复合材料的基本性能指标如下：
1)物理及机械性能见表1。
附表1物理及机械性能指标
2)主要卫生性能指标见附表2。
附表2主要卫生标准及指标
下面是上述管道生产方法的具体实施例：步骤是：
1.首先按照常规方法、设计图纸、预制钢筋混凝土管道。
2.混凝土硬化达到脱模要求后，脱模，清理混凝土管道内、外壁表面，去除残余脱模剂、污水等。
3.根据原管道结构和形状设计所需要的光固化纤维增强复合材料的尺寸和形状，并按需要进行剪裁；
4.将光固化纤维增强复合材料直接贴合于除污后的管道内、外壁。也可以先在除污后的管道内、外壁涂一层光固化底漆，该底漆例如可以是金属底漆。然后将光固化纤维增强复合材料贴合上，再经过紫外光照射而使得复合材料固化在混凝土管壁上。具体实施方法如下：
a)将光固化纤维增强复合材料粘贴面的保护膜一端揭开，然后将揭去膜的一面仔细地粘贴在管道的内壁上。采用分段垂直包覆法，第一段的顺序从某一方位逆时针(顺时针)方向开始，绕贴到管道顶端，继续贴合到接缝位置，撕开内层膜，将两端进行搭接，搭接峰处应有8-10cm的搭接长度。粘贴在管壁上的复合材料如图6所示。为防止材料在固化前脱落，可采用辅助工具支撑。
当粘贴管内壁的复合材料时，使用如图3所示的弹性支架，所述弹性支架为一管道内壁支架，其包括一杆体4和支撑件5，所述支撑件具有一个管子51，杆体4的端部插设在该管子51中，使得支撑件5可滑动地设置在该杆体4上，该支撑件5朝外的一端具有一弧形支撑面，在所述杆体4和所述支撑件5之间设有弹簧52；弹性支架的两端的支撑件上的弧形支撑面支撑在管内壁上(如图3a所示)。调节支架弹簧，使材料贴合管道表面，以去除材料与管道表面之间的空气，使得管壁与复合材料紧密贴合；转动支架，对材料进行逐段压紧贴合。
当粘贴管外壁的复合材料时，使用如图4所示的管道外壁支架6，该支架6为镂空的简体，在该管道外壁支架6的内壁上固设至少一个支撑架，如图4所示的实例中是圆周上均布3个支撑架，每个支撑架包括杆体7和支撑件8，该杆体7的一端固定在所述管道外壁支架6的内壁上，该杆体的另一端上可滑动地设置支撑件8。具体地，支撑件8上有一管体，插在杆体7上，在该支撑件8的端部具有一个弧形支撑面，在该支撑件8和杆体7之间设有弹簧9。
根据管径不同，粘接宽度可以不同，但复合材料两端的重叠部分至少要有8-10cm(包括轴向重叠缝E部分和环形纵向重叠缝D部分)。在固化前将这往前、后延伸的复合材料两端分别用不透光胶带或其他不透光膜遮住8-10cm，以便轴向延伸搭接另一块复合材料时粘接之用。
b)复合材料的轴向粘接位置：相邻的两个重叠处不能在同一直线上，以防止4层材料重合在同一位置，不利于充分固化；应保证两段材料的粘接位置相错15°以上。(如图6所示)
c)上述过程完成后进行紫外光照射固化。固化用紫外线灯圈安装在可转动机构上(如图4所示)，所述可转动机构包括一支架F，该支架F上平行地设置一个或两个轨道，在所述轨道上可移动地设置一支撑架E，在该支撑架E上固设紫外光照射装置，使其与所述管道的内壁和外壁对应而对其照射紫外光，该支撑架E上通过传动机构连接动力装置，使得该支撑架在所述轨道上移动，支架F也连接动力装置，使之转动起来，有支架F的转动和支撑架E的移动，就可以将整个管壁上粘贴的复合材料固化在混凝土管壁上；通过机构运动对材料进行逐段固化。紫外操作人员应穿上紫外线防护服及带上防紫外线眼睛，以防紫外线直接照射到人体。固化时要顺着管壁操作，以免使尚未发生固化反应的复合材料与管壁脱离而产生空气间隙。根据紫外线灯情况，可以一段一段的固化，也可以几段一起固化。固化时，非粘贴面透明薄膜不要揭下来，等完全固化后才将其揭下。
d)材料的固化时间可定为5-60min(视现场具体情况而定)，直至完全固化为止，材料完全固化后将没有气味。在基本固化后，将防止脱落的内外弧形弹性支架移除，以进行完全固化，完全固化操作必须要保证每个部位材料的受光时间均保持在5-60min。
上述实施例中，是在混凝土管道的内壁和外壁上均固化上复合材料。当然，根据具体使用的需求，单在管内壁或管外壁上固化复合材料。
本发明提供的刚性复合管道，通过在现有钢筋混凝土管壁上粘贴光固化纤维增强复合材料，改善混凝土管道的防腐防渗效果，提高钢筋混凝土管道的综合性能和使用寿命。而本刚性复合防腐管道的生产方法，为安全可靠、快速便利的在混凝土管壁上粘贴光固化复合防腐材料提供了指导和帮助。本发明提升了钢筋混凝土管道的防腐防渗等综合性能，延长了管道使用寿命，开拓了混凝土管道更多的应用领域，将为建设百年地下管线工程、降低管道的建设和维护成本、为环保节能做出显著的贡献。

Claims (10)

1.一种刚性复合管道结构，其特征在于：包括结构层，所述结构层为钢筋混凝土管道，作为受力结构层，还包括内衬层和/或外衬层，置于所述结构层的内壁和/或外壁上，所述内衬层和/或外衬层为光固化纤维增强复合材料，该光固化纤维增强复合材料粘贴并通过光固化而与所述结构层固为一体。
2.根据权利要求1所述的刚性复合管道结构，其特征在于：所述光固化纤维增强复合材料是紫外光固化复合材料，包括填充材料和基体组分，所述基体组分为紫外固化树脂，所述填充材料是纤维和/或纤维毡。
3.根据权利要求2所述的刚性复合管道结构，其特征在于：所述填充材料是玻璃纤维或/和玻纤毡。
4.根据权利要求2或3所述的刚性复合管道结构，其特征在于：所述紫外光固化树脂浸在所述纤维或纤维毡中；和/或，
在所述光固化纤维增强复合材料中，光固化树脂的浸入量为每平方米纤维或纤维毡浸入光固化树脂1.3-2.5kg；和/或，
当每平方米纤维或纤维毡为1kg时，浸入光固化树脂后重量变为2.4-2.7kg；或者，
当每平方米纤维或纤维毡为1.5kg时，浸入光固化树脂后重量变为3.5-3.8kg。
5.根据权利要求1至4之一所述的刚性复合管道结构，其特征在于：所述复合材料的厚度为1.0~5.0 mm之间；和/或，
所述套管是由若干块所述复合材料搭接而成的；和/或，
所述套管由若干块环绕在一设定轴向长度管壁上的所述复合材料块组成，每块所述复合材料块首尾相接的接缝构成轴向搭接缝，相邻的所述复合材料块之间构成纵搭接缝；和/或，
所述搭接缝处相邻两块所述复合材料的重叠长度为8-10cm或30-50mm；和/或，
在所述复合材料和管壁之间还涂覆有一光固化底漆层。
6.如权利要求1至5所述的刚性复合管道结构的生产方法是：首先在混凝土预制管厂，预制混凝土管道，混凝土管道脱模后，清理混凝土管道内壁和/或外壁表面，然后在内壁和/或外壁上贴敷一层光固化纤维增强复合材料，最后采用紫外光照射固化纤维增强复合材料，在所述混凝土管道上形成内衬层和/或外衬层。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：作为原料的所述复合材料，其正面敷有一层透明薄膜，反面敷有一层透明或不透明的薄膜；在使用该原料向管壁上粘贴时，将反面的薄膜揭开一些粘到管壁上，然后边揭边粘，直至将一块复合材料粘到管壁上；和/或，
所述复合材料的原料形式为卷材或片材；和/或，
所述刚性复合管道结构管壁上的内衬层和/或外衬层，是由若干块复合材料拼接而成的，相邻复合材料块的交接缝隙处，后粘贴的复合材料与前面已经粘贴的复合材料要重叠一段，重叠部分的尺寸为30-50mm或8-10cm。
8.根据权利要求6或7所述的方法，其特征在于：光固化纤维增强复合材料粘贴时，采用弹性支架支撑粘贴到混凝土管道管壁上的复合材料，使该复合材料与管内和/或外壁紧密贴合；和/或，
采用紫外光照射固化纤维增强复合材料时，将紫外灯安装在可转动机构上，通过转动机构的转动照射管道设定长度的圆周管壁，通过机构运动对复合材料进行逐段固化。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于：所述可转动机构包括一支架，该支架上平行地设置一个或两个轨道，在所述轨道上可移动地设置一支撑架，在该支撑架上固设紫外光照射装置，使其与所述管道的内壁和/或外壁对应而对其照射紫外光，该支撑架上连接动力装置，使得该支撑架在所述轨道上移动。
10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于：
所述弹性支架包括一管道内壁支架，其包括一杆体和支撑件，所述支撑件可滑动地设置在该杆体上，该支撑件朝外的一端具有一弧形支撑面，在所述杆体和所述支撑件之间设有弹簧；和/或，
所述弹性支架包括一管道外壁支架，在该管道外壁支架的内壁上固设至少一个支撑架，该支撑架包括杆体和支撑件，该杆体的一端固定在所述管道外壁支架的内壁上，该杆体的另一端可滑动地设置所述支撑件，在该支撑件的端部具有一个弧形支撑面，在该支撑件和杆体之间设有弹簧。
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