CN110397797A - 预应力超高性能混凝土压力管 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及输水管技术领域，尤其是涉及一种预应力超高性能混凝土压力管，包括管芯、螺旋缠绕在所述管芯外壁上以对所述管芯施加环向预压应力的中强度螺纹钢筋、浇筑在所述管芯外部的保护层、以及分别设置在所述管芯轴向端部的承口钢环和插口钢环，所述管芯和所述保护层均由超高性能混凝土浇筑而成。本发明的优点是应用超高性能混凝土预应力技术，大幅减小了管道壁厚减轻管道自重，为管道的运输和安装带来了极大方便，同时提高了管芯、螺纹钢筋和保护层的结合程度，使管道结构整体性得到加强，管道耐久性得以大幅提升。

Description

预应力超高性能混凝土压力管
技术领域
本发明涉及输水管技术领域，尤其是涉及一种预应力超高性能混凝土压力管。
背景技术
超高性能混凝土（UHPC）以超高的强度、韧性和耐久性为主要特征，上世纪七十年代起源于丹麦，目前UHPC的配置生产、施工和预制技术趋于成熟，我国桥梁、薄壳结构、装饰性工程已经使用。
预应力技术广泛应用于桥梁，建筑结构,压力管道等工程，它是对混凝土施加预压应力，减少结构变形，提高结构承载力的常用技术。进入上世纪八十年代，我国引进的预应力钢筒混凝土管技术，开始了使用高强钢丝对混凝土管道施加预应力的历史，并制定了国家标准GB/T19685-2017。到目前为止，我国已有18000公里预应力钢筒混凝土管道埋地运行，发展之快，数量之多，创世界纪录。
预应力钢筒混凝土管主要由薄钢板、高强钢丝和混凝土构成，具有承受高压力和高抗渗的特性，然而，在大量使用的过程中，其仍会出现许多结构缺陷，如下：
1、混凝土强度标号相对较低，一般采用C50（即强度为50MPa），为克服施加的预应力，增加结构钢度，需对管道的混凝土管芯厚度加厚，造成管道自重很大，给施工、安装、道路运输带来很大的困难；
2、管芯混凝土上缠绕有较细的光面高强钢丝（钢丝直径一般为4-7毫米，强度为1570Mpa），保护层采用辊射干混砂浆（强度45Mpa），两者之间由于摩擦力较小，而导致管芯混凝土与保护层之间，保护层与钢丝之间的粘结力不良，甚至出现空鼓裂缝和分层问题，使整体性变差；
3、采用的高强钢丝强度太高，使用过程中可能会出现脆化断丝、与保护层粘结不牢和空鼓裂纹的问题，导致钢丝被腐蚀，甚至导致管道失效。
因此，在现有压力管道中，仍存在产品较单一，结构有不同程度的缺陷，技术方面尚需要进一步完善结构上的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种预应力超高性能混凝土压力管，其优点是应用超高性能混凝土预应力技术，大幅减小了管道壁厚减轻管道自重，为管道的运输和安装带来了极大方便，同时提高了管芯、螺纹钢筋和保护层的结合程度，使管道结构整体性得到加强，管道耐久性得以大幅提升。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种预应力超高性能混凝土压力管，包括两端分别设有承口钢环和插口钢环的管芯、螺旋缠绕在所述管芯外壁上以对所述管芯施加环向预压应力的中强度螺纹钢筋、浇筑在所述管芯外部的保护层、以及分别设置在所述管芯轴向端部的承口钢环和插口钢环，所述管芯和所述保护层均由超高性能混凝土浇筑而成。
通过上述技术方案，本申请中的管芯和保护层都采用超高性能混凝土浇筑而成，具有很高的粘结能力、密实性和抗渗性能，能够代替现有技术中预应力钢筒混凝土管中的钢筒，当保护层浇筑在管芯上时，管芯、保护层和中强度螺纹钢筋之间会形成共同受力的整体，使之能够承担较高内压和较高外荷载，管道的整体性大为加强，而纤维的加入使管道整体具有很高的韧性和适应变形的能力，可减少或消除混凝土管道受到作用力时产生的裂纹，提高耐久性；由于管芯由超高性能混凝土浇筑而成，具有很高的强度，能够承受中强度螺纹钢筋缠绕时的预压应力，因此，在加工时可大幅减小管芯的厚度，从而大幅减轻混凝土管道的重量，为混凝土管道的运输、安装带来极大方便，同时，由于管芯的厚度变薄，因此还减少了混凝土材料的用量，有利于降低砂石资源的开采，达到对环境保护的效果；管芯采用超高性能混凝土，抗渗性能优良，可替代预应力钢筒混凝土管中的钢筒，相比现有预应力钢筒混凝土管无中间钢筒，降低了用钢量，减少了钢材能耗。
本发明进一步设置为：所述管芯和所述保护层选用的超高性能混凝土的强度不低于120Mpa，弯折强度不低于15Mpa。
通过上述技术方案，用于保证管芯和保护层能够承担较高内压和较高外荷载。
本发明进一步设置为：所述中强度螺纹钢筋选用强度等级在500MPa-970Mpa之间的冷轧带肋钢筋。
通过上述技术方案，由于中强度螺纹钢筋上带肋，因此，在管芯与中强度螺纹钢筋完全接触后，能够增加两者的接触面积，使之具有更大的附着力和抗拔力，提高了两者之间的结合能力。
本发明进一步设置为：所述保护层内掺加有聚乙烯醇纤维和钢纤维。
通过上述技术方案，聚乙烯醇纤维和钢纤维的加入，用于提高管道的抗变形能力、弯拉强度、劈裂抗拉强度和耐磨性能。
本发明进一步设置为：制作所述保护层的超高性能混凝土内掺加混凝土单位体积1.2％以上的钢纤维和每立方米3kg以上的聚乙烯醇纤维。
通过上述技术方案，在保证管道的形变能力、抗压强度和弯拉强度等性能的前提下，降低制作成本。
本发明进一步设置为：所述管芯两端分别设置有承口钢环和插口钢环，所述插口钢环上安装有双密封胶圈，相邻管节的插口钢环可插入另一管节的承口钢环内。
通过上述技术方案，双密封胶圈的设置，用于保证管道间的密封性。
本发明进一步设置为：两所述环状凹槽之间设有打压孔。
通过上述技术方案，打压孔的设置，用于检查管材衔接处的密封性能。
本发明进一步设置为：管道安装后的相邻管节之间的衔接处涂设有接缝密封膏。
通过上述技术方案，接缝密封膏的设置，用于对对管道进行最终密封，保护承口钢环和插口钢环不受腐蚀。
本发明进一步设置为：所述承口钢环和所述插口钢环的内壁上均焊接有多根等间距设置的连接钢筋，所述连接钢筋埋设于所述管芯内。
通过上述技术方案，多根连接钢筋的设置，用于对承口钢环和插口钢环进行固定，保证连接的稳定性。
综上所述，本发明的有益技术效果为：
1、本申请中的管芯和保护层都采用超高性能混凝土浇筑而成，具有较高的粘结能力和密实性，能够代替现有技术中预应力钢筒混凝土管中的钢筒，当保护层浇筑在管芯上时，管芯、保护层和中强度螺纹钢筋之间会形成共同受力的整体，使之能够承担较高内压和较高外荷载，管道的整体性大为加强，而纤维的加入使管道整体具有很高的韧性和适应变形的能力，可减少或消除混凝土管道受到作用力时产生的裂纹，提高耐久性；
2、由于管芯由超高性能混凝土浇筑而成，具有较高的强度，能够承受中强度螺纹钢筋缠绕时的预压应力，因此，在加工时可大幅减小管芯的厚度，从而大幅减轻混凝土管道的重量，为混凝土管道的运输、安装带来极大方便，同时，由于管芯的厚度变薄，因此还减少了混凝土材料的用量，有利于降低砂石资源的开采，达到对环境保护的效果。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图；
图2是体现压力管道结构的径向剖视图；
图3是体现插口钢环结构的轴向示意图；
图4是体现承口钢环结构的轴向示意图；
图5是体现插口钢环与承口钢环装配的安装示意图。
图中，1、管芯；2、承口钢环；3、插口钢环；31、环状凹槽；32、打压孔；4、连接钢筋；5、中强度螺纹钢筋；6、保护层；7、密封胶圈；8、接缝密封膏。
具体实施方式
参照图1，为本发明公开的一种预应力超高性能混凝土压力管，包括管芯1、承口钢环2、插口钢环3、连接钢筋4、中强度螺纹钢筋5和保护层6，其中，承口钢环2和插口钢环3分别设置在管芯1轴向的两端，连接钢筋4设置有多根，其等距焊接在承口钢环2和插口钢环3的内壁上并且预埋在管芯1内，用于对承口钢环2和插口钢环3进行固定。
参照图2，中强度螺纹钢筋5螺旋缠绕在管芯1的外壁上，中强度螺纹钢筋5优选强度等级在500MPa-970Mpa之间的冷轧带肋钢筋，缠丝应力达到钢筋强度等级的70%，用于对管芯1施加环向预压应力，预应力钢筋缠绕拉力可依据设计进行计算。由于中强度螺纹钢筋5上带肋，因此，在管芯1与中强度螺纹钢筋5完全接触后，能够增加两者的接触面积，使之具有更大的附着力和抗拔力，提高了两者之间的结合能力。
管芯1在制作时采用强度不低于120Mpa，弯折强度不低于15Mpa的超高性能混凝土浇筑而成，其是普通混凝土强度的2-3倍，具有较好的抗渗性，在较高的水压下仍能保证不渗漏，由于上述管芯1的强度足够大，能够承受中强度螺纹钢筋5缠绕时的预压应力，因此，在加工时可大幅减小管芯1的厚度，从而大幅减轻混凝土管道的重量，相比于普通混凝土管道重量减轻30%-50%，为混凝土管道的运输、安装带来极大方便，同时，由于管芯1的厚度变薄，因此还减少了混凝土材料的用量，与普通混凝土管相比，每根管道将减少砂、石矿产资源用量的30%-50%，有利于降低砂石资源的开采，达到对环境保护的效果。
参照图2，保护层6浇筑于管芯1的外部，其采用强度不低于120Mpa，弯折强度不低于15Mpa的超高性能混凝土浇筑而成，为提高管道的承载能力和抗裂性能，在配制保护层6的高强混凝土时掺加纤维，纤维种类优选聚乙烯醇纤维（PVA）和钢纤维。纤维的加入使管道整体具有很高的韧性和适应变形的能力，可减少或消除混凝土管道受到作用力时产生的裂纹，提高耐久性。
由于管芯1和保护层6都采用了超高性能混凝土浇筑而成，具有较高的粘结能力，因此当掺加纤维的超高性能混凝土在管芯1上时，管芯1、保护层6和中强度螺纹钢筋5之间会形成共同受力的整体，使之能够承担较高内压和较高外荷载，管道的整体性大为加强。
参照图3，在插口钢环3的外壁上开设有两个环状凹槽31，每个环状凹槽31内都安装有密封胶圈7，用于对管道进行密封，防止承口钢环2与插口钢环3之间由于密封不严而发生渗漏。在两环状凹槽31之间设有与管芯1内部连通的打压孔32，用于检查管材衔接处的密封性能。
参照图4和图5，在承口钢环2的端部设有方便插口钢环3插入的扩口，安装时，将插口钢环3由扩口处插入承口钢环2内，然后在相邻管节的衔接处涂设接缝密封膏8，用于对管道进行最终密封，保护承口钢环2和插口钢环3不受腐蚀。
本具体实施方式的实施例均为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种预应力超高性能混凝土压力管，其特征在于：包括两端分别设有承口钢环（2）和插口钢环（3）的管芯(1)、螺旋缠绕在所述管芯(1)外壁上以对所述管芯(1)施加环向预压应力的中强度螺纹钢筋(5)、以及浇筑在所述管芯(1)外部的保护层(6)，所述管芯(1)和所述保护层(6)均由超高性能混凝土浇筑而成，在所述保护层(6)内掺加有纤维。
2.根据权利要求1所述的预应力超高性能混凝土压力管，其特征在于：所述管芯(1)和所述保护层(6)选用的超高性能混凝土的强度不低于120Mpa，弯折强度不低于15Mpa。
3.根据权利要求1所述的预应力超高性能混凝土压力管，其特征在于：所述中强度螺纹钢筋(5)选用强度等级在500MPa-970Mpa之间的冷轧带肋钢筋。
4.根据权利要求1所述的预应力超高性能混凝土压力管，其特征在于：所述纤维为聚乙烯醇纤维和钢纤维。
5.根据权利要求4所述的预应力超高性能混凝土压力管，其特征在于：制作所述保护层(6)的超高性能混凝土内掺加混凝土单位体积1.2％以上的钢纤维和每立方米3kg以上的聚乙烯醇纤维。
6.根据权利要求1所述的预应力超高性能混凝土压力管，其特征在于：所述管芯(1)两端分别设置有承口钢环(2)和插口钢环(3)，所述插口钢环(3)上安装有两个密封胶圈(7)，相邻管节的插口钢环（3）可插入另一管节的承口钢环（2）内。
7.根据权利要求6所述的预应力超高性能混凝土压力管，其特征在于：两所述密封胶圈(7)之间设有打压孔(32)。
8.根据权利要求6所述的预应力超高性能混凝土压力管，其特征在于：所述承口钢环(2)和所述插口钢环(3)的内壁上均焊接有多根等间距设置的连接钢筋(4)，所述连接钢筋(4)埋设于所述管芯(1)内。
9.根据权利要求1所述的预应力超高性能混凝土压力管，其特征在于：管道安装后的相邻管节之间的衔接处涂设有接缝密封膏(8)。
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