CN113202985B - 一种双钢筒预应力混凝土管及生产方法 - Google Patents

一种双钢筒预应力混凝土管及生产方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了预埋滴灌的一种双钢筒预应力混凝土管及生产方法，它包括管体部分，以及设置于管体部分两端的钢制插口环和钢制承口环；所述管体部分从外到内依次为外砂浆保护层、外钢筒、混凝土管芯、内钢筒和内砂浆保护层；所述外钢筒和内钢筒之间通过径向布置的连接钢筋固定相连。很好解决当前PCCP管砂浆保护层开裂、预应力丝断裂等引起的管道结构失效破坏；此外，内、外钢筒在防渗的同时还可承担管道内、外壁面拉应力，减小管芯混凝土开裂的可能。

Description

一种双钢筒预应力混凝土管及生产方法
技术领域
本发明涉及一种双钢筒预应力混凝土管及生产方法，属于混凝土管材领域。
背景技术
预应力钢筒混凝土管（简称PCCP ）是一种将高强钢丝的抗拉、混凝土的抗压和钢板的防渗有机结合起来的高品质输水管材，同时拥有了抗压、抗拉和抗渗的特性，广泛应用于世界各地的大型输水项目。PCCP管主要由混凝土管芯、钢筒、预应力钢丝、水泥砂浆保护层、钢制承口环、钢制插口环组成。混凝土管芯提供抗压性能，是管材承受内水压和外荷载的主要部分；钢筒厚度较薄，提供防渗和抗拉性能；预应力钢丝用于向混凝土管芯施加预压应力，提高混凝土管芯承受内压的能力；水泥砂浆保护层为预应力钢丝提供高碱性环境，保护预应力钢丝，避免其发生腐蚀；钢制承、插口环用于管道连接。按照结构形式，PCCP可分为内衬式预应力钢筒混凝土管（PCCPL）和埋置式预应力钢筒混凝土管（PCCPE）。PCCPL适用于作为小口径的PCCP管使用，通过离心技术在钢筒内部衬以混凝土，再在钢筒外面缠绕环向预应力丝，最后辊射砂浆保护层；PCCPE多作为大口径的PCCP管使用，采用立式振动技术将钢筒埋置于混凝土内部，再在混凝土外表面缠绕环向预应力丝，最后辊射砂浆保护层。
目前，PCCP管在制造及使用过程中主要存在以下问题：（1）砂浆保护层抗渗防裂效果不理想，容易在超压条件下开裂，进而使得预应力钢丝暴露在腐蚀环境中；（2）预应力钢丝容易遭受腐蚀而断裂，进而导致PCCP结构失效（预应力钢丝断裂是造成PCCP结构失效的主要原因）；（3）混凝土管芯容易在外荷载作用下由于受拉而开裂，进而造成钢筒腐蚀。
发明内容
本发明的目的是提供一种双钢筒预应力混凝土管及生产方法，很好解决当前PCCP管砂浆保护层开裂、预应力丝断裂等引起的管道结构失效破坏；此外，内、外钢筒在防渗的同时还可承担管道内、外壁面拉应力，减小管芯混凝土开裂的可能。
为了实现上述的技术特征，本发明的目的是这样实现的：一种双钢筒预应力混凝土管，它包括管体部分，以及设置于管体部分两端的钢制插口环和钢制承口环；所述管体部分从外到内依次为外砂浆保护层、外钢筒、混凝土管芯、内钢筒和内砂浆保护层；
所述外钢筒和内钢筒之间通过径向布置的连接钢筋固定相连。
所述连接钢筋的两端分别安装有垫圈和螺母，并用于调节混凝土管芯的预压应力。
所述连接钢筋沿管道环向等角度分布，多圈连接钢筋沿着管道轴向等间距布置。
所述钢制插口环和钢制承口环通过焊接方式与外钢筒焊接相连。
所述钢制插口环的外部套装有密封胶圈，所述密封胶圈与钢制承口环的内管壁相接触配合。
所述混凝土管芯采用普通硅酸盐混凝土振动浇筑成型。
所述内砂浆保护层与外砂浆保护层采用抗拉强度高、裂纹控制能力强的超高韧性水泥基复合材料，且其厚度需满足完全覆盖连接钢筋的要求。
双钢筒预应力混凝土管的生产方法，包括以下步骤：
步骤一，承插口环加工：按照图纸要求制定、加工插口用钢材和承口用钢材，经卷制、对焊、磨缝和金属冷加工环节生产加工成符合图纸尺寸的钢制插口环和钢制承口环；
步骤二，钢筒制作及检验：将规定厚度和长度的钢板经对接焊卷制内钢筒与外钢筒，并将加工完成的钢制插口环和钢制承口环焊接在外钢筒上；对内钢筒和外钢筒进行水压试验，以检验焊缝的渗漏情况；
步骤三，混凝土管芯成型：将内钢筒、外钢筒作为内、外模，顶模和底模分别保证钢制插口环和钢制承口环的圆度；混凝土管芯振动成型后，采用带模低温蒸汽养护，养护至设计强度的50% 后即可脱去顶模和底模；
步骤四，预应力施加：混凝土管芯养护至设计强度的70%后，对称紧固连接钢筋两端螺母，在螺母作用下，内钢筒和外钢筒对混凝土管芯施加预压应力；
步骤五，辊射砂浆保护层：按照设计配方及拌合要求配制超高韧性水泥基复合材料，并通过喷涂法在内钢筒的内部形成内砂浆保护层，并在外钢筒外部形成外砂浆保护层。
与现有预应力钢筒混凝土管相比，本发明所提出的一种双钢筒预应力混凝土管具有以下优点：
1、基于超高韧性水泥基复合材料的内、外砂浆保护层具有优异的抗裂及防渗性能，可有效保护内、外层钢筒免于受到电化学腐蚀而失效破坏；
2、通过调整连接钢筋两端螺母的松紧程度向管芯混凝土施加预压应力，避免现有预应力钢筒混凝土管由于预应力钢丝断裂而导致的失效破坏；
3、外荷载作用下，管道内、外壁面的大部分拉应力可由内、外钢筒承担，显著降低管芯混凝土的拉应力，进而避免现有预应力钢筒混凝土管管芯开裂而导致的失效破坏；
4、混凝土管芯振动浇筑成型时，可将内、外钢筒作为内、外模，简化现有预应力钢筒混凝土管的生产流程。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1双钢筒预应力混凝土管结构示意图。
图2为图1的双钢筒预应力混凝土管轴向剖视图。
图中：1-外砂浆保护层，2-外钢筒，3-混凝土管芯，4-内钢筒，5-内砂浆保护层，6-连接钢筋，7-垫圈，8-螺母，9-钢制插口环，10-密封胶圈，11-钢制承口环。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施方式做进一步的说明。
实施例1：
参见图1-2，一种双钢筒预应力混凝土管，它包括管体部分，以及设置于管体部分两端的钢制插口环9和钢制承口环11；所述管体部分从外到内依次为外砂浆保护层1、外钢筒2、混凝土管芯3、内钢筒4和内砂浆保护层5；所述外钢筒2和内钢筒4之间通过径向布置的连接钢筋6固定相连。通过采用上述结构的混凝土管，通过钢制插口环9及钢制承口环11实现承插式连接，并通过密封胶圈10实现接头密封；混凝土管芯3是承受内水压及外荷载的主要部分；外钢筒2及内钢筒4可承担管道内、外壁面的大部分拉应力，降低混凝土管芯3的拉应力，还能同时起到抗渗的作用；混凝土管芯3浇筑并养护至设计强度后，通过调整连接钢筋6两端螺母8的松紧程度，向混凝土管芯3施加预压应力，进而提高混凝土管芯3承受内压的能力；内砂浆保护层1与外砂浆保护层5分别为外钢筒2与内钢筒4提供碱性环境，使其免于受到侵蚀介质的腐蚀。
进一步的，所述连接钢筋6的两端分别安装有垫圈7和螺母8，并用于调节混凝土管芯3的预压应力。进而提高混凝土管芯3承受内压的能力
进一步的，所述连接钢筋6沿管道环向等角度分布，多圈连接钢筋6沿着管道轴向等间距布置。
进一步的，所述钢制插口环9和钢制承口环11通过焊接方式与外钢筒2焊接相连。通过焊接方式，保证了连接钢制插口环9和钢制承口环11的连接强度和可靠性。
进一步的，所述钢制插口环9的外部套装有密封胶圈10，所述密封胶圈10与钢制承口环11的内管壁相接触配合。通过密封胶圈10起到了很好的密封效果。
进一步的，所述混凝土管芯3采用普通硅酸盐混凝土振动浇筑成型。
进一步的，所述内砂浆保护层5与外砂浆保护层1采用抗拉强度高、裂纹控制能力强的超高韧性水泥基复合材料，且其厚度需满足完全覆盖连接钢筋6的要求。
进一步的，内砂浆保护层5与外砂浆保护层1分别为内钢筒4和外钢筒2提供碱性环境，使其免于受到侵蚀介质的腐蚀。
实施例2：
双钢筒预应力混凝土管的生产方法，包括以下步骤：
步骤一，承插口环加工：按照图纸要求制定、加工插口用钢材和承口用钢材，经卷制、对焊、磨缝和金属冷加工环节生产加工成符合图纸尺寸的钢制插口环9和钢制承口环11；
步骤二，钢筒制作及检验：将规定厚度和长度的钢板经对接焊卷制内钢筒4与外钢筒2，并将加工完成的钢制插口环9和钢制承口环11焊接在外钢筒2上；对内钢筒4和外钢筒2进行水压试验，以检验焊缝的渗漏情况；
步骤三，混凝土管芯成型：将内钢筒4、外钢筒2作为内、外模，顶模和底模分别保证钢制插口环9和钢制承口环11的圆度；混凝土管芯3振动成型后，采用带模低温蒸汽养护，养护至设计强度的50% 后即可脱去顶模和底模；
步骤四，预应力施加：混凝土管芯3养护至设计强度的70%后，对称紧固连接钢筋6两端螺母8，在螺母8作用下，内钢筒4和外钢筒2对混凝土管芯3施加预压应力；
步骤五，辊射砂浆保护层：按照设计配方及拌合要求配制超高韧性水泥基复合材料，并通过喷涂法在内钢筒4的内部形成内砂浆保护层5，并在外钢筒2外部形成外砂浆保护层1。
本发明的工作原理为：
通过钢制承插口实现承插式连接，并通过密封胶圈实现接头密封；混凝土管芯是承受内水压及外荷载的主要部分；内外钢筒可承担管道内、外壁面的大部分拉应力，降低混凝土管芯的拉应力，同时起到抗渗的作用；混凝土管芯浇筑并养护至设计强度后，通过调整连接钢筋两端螺母的松紧程度，向混凝土管芯施加预压应力，进而提高混凝土管芯承受内压的能力；内外砂浆保护层为内外钢筒提供碱性环境，使其免于受到侵蚀介质的腐蚀。

Claims (2)

1.双钢筒预应力混凝土管的生产方法，所述双钢筒预应力混凝土管包括管体部分，以及设置于管体部分两端的钢制插口环（9）和钢制承口环（11）；所述管体部分从外到内依次为外砂浆保护层（1）、外钢筒（2）、混凝土管芯（3）、内钢筒（4）和内砂浆保护层（5）；
所述外钢筒（2）和内钢筒（4）之间通过径向布置的连接钢筋（6）固定相连；
所述连接钢筋（6）的两端分别安装有垫圈（7）和螺母（8），并用于调节混凝土管芯（3）的预压应力；
所述连接钢筋（6）沿管道环向等角度分布，多圈连接钢筋（6）沿着管道轴向等间距布置；
所述混凝土管芯（3）采用普通硅酸盐混凝土振动浇筑成型；
所述钢制插口环（9）和钢制承口环（11）通过焊接方式与外钢筒（2）焊接相连；
所述钢制插口环（9）的外部套装有密封胶圈（10），所述密封胶圈（10）与钢制承口环（11）的内管壁相接触配合；
其特征在于，所述生产方法包括以下步骤：
步骤一，承插口环加工：按照图纸要求制定、加工插口用钢材和承口用钢材，经卷制、对焊、磨缝和金属冷加工环节生产加工成符合图纸尺寸的钢制插口环（9）和钢制承口环（11）；
步骤二，钢筒制作及检验：将规定厚度和长度的钢板经对接焊卷制内钢筒（4）与外钢筒（2），并将加工完成的钢制插口环（9）和钢制承口环（11）焊接在外钢筒（2）上；对内钢筒（4）和外钢筒（2）进行水压试验，以检验焊缝的渗漏情况；
步骤三，混凝土管芯成型：将内钢筒（4）、外钢筒（2）作为内、外模，顶模和底模分别保证钢制插口环（9）和钢制承口环（11）的圆度；混凝土管芯（3）振动成型后，采用带模低温蒸汽养护，养护至设计强度的50% 后即可脱去顶模和底模；
步骤四，预应力施加：混凝土管芯（3）养护至设计强度的70%后，对称紧固连接钢筋（6）两端螺母（8），在螺母（8）作用下，内钢筒（4）和外钢筒（2）对混凝土管芯（3）施加预压应力；
步骤五，辊射砂浆保护层：按照设计配方及拌合要求配制超高韧性水泥基复合材料，并通过喷涂法在内钢筒（4）的内部形成内砂浆保护层（5），并在外钢筒（2）外部形成外砂浆保护层（1）。
2.根据权利要求1所述双钢筒预应力混凝土管的生产方法，其特征在于：所述内砂浆保护层（5）与外砂浆保护层（1）采用抗拉强度高、裂纹控制能力强的超高韧性水泥基复合材料，且其厚度需满足完全覆盖连接钢筋（6）的要求。
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