CN207599164U - 一种frp外保护层的预应力钢筒混凝土压力管道 - Google Patents

Abstract

一种FRP外保护层的预应力钢筒混凝土压力管道，属于管道的技术领域，管道自内向外依次包括水泥混凝土层，带承、插口的钢筒，螺旋缠绕于钢筒外壁的环向预应力钢丝，聚合物混凝土层，在聚合物混凝土层外壁上增设有玻璃纤维增强层，在玻璃纤维增强层外壁上增设有表面富树脂层。本实用新型一种FRP外保护层的预应力钢筒混凝土压力管道各方面性能优异，具有高密封性、高强度、高抗渗、耐腐蚀等优点。

Description

一种FRP外保护层的预应力钢筒混凝土压力管道

技术领域

本实用新型属于管道的技术领域，设计一种FRP外保护层的预应力钢筒混凝土压力管道。本实用新型一种FRP外保护层的预应力钢筒混凝土压力管道各方面性能优异，具有高密封性、高强度、高抗渗、耐腐蚀等优点。

背景技术

预应力钢筒混凝土管，简称PCCP管，是指在带有钢筒的高强混凝土管芯上缠绕环向预应力钢丝，再在其上喷制致密的水泥砂浆保护层而制成的输水管。PCCP管是由钢板、预应力钢丝、混凝土和水泥砂浆四种基本材料在经过钢筒成型、混凝土浇注、预应力控制技术的施加和保护层喷射等制造工艺后，构成的一种新型复合管材。

预应力钢筒混凝土管从结构型式上可分为两种：一种为内衬式预应力钢筒混凝土管(PCCPL)，即在钢筒内壁成型混凝土，在钢筒外面直接缠绕环向预应力钢丝，然后喷涂水泥砂浆保护层而制成的管道；一种是埋置式预应力钢筒混凝土管(PCCPE)，是将钢筒埋置在管芯混凝土里面，然后在管芯混凝土外壁上缠绕环向预应力钢丝后喷涂水泥砂浆保护层。

现有的预应力钢筒混凝土管内部的主要构件钢筒预应力钢丝易发生断点，造成钢丝性能降低，不能有效保护钢筒，造成抗压、抗拉等性能缺陷，同时会还会影响外层砂浆保护层抗渗防裂效果，给管道的安全运行带来隐患。

实用新型内容

本实用新型为解决上述问题，提供了一种FRP外保护层的预应力钢筒混凝土压力管道，结构简单、承压性能好，寿命长。

本实用新型为实现其目的采用的技术方案是：

一种FRP外保护层的预应力钢筒混凝土压力管道，管道自内向外依次包括水泥混凝土层，带承、插口的钢筒，螺旋缠绕于钢筒外壁的环向预应力钢丝，聚合物混凝土层，在聚合物混凝土层外壁上增设有玻璃纤维增强层，在玻璃纤维增强层外壁上增设有表面富树脂层。

聚合物混凝土层、玻璃纤维增强层和表面富树脂层的厚度比是(6-7)：(4-5)：(2-3)。

水泥混凝土层与聚合物混凝土层的厚度比是(17-19)：1。

所述环向预应力钢丝的螺距为14-45mm。

聚合物混凝土层借助粘结层固定在钢筒和环向预应力钢丝的外围壁上。

粘结层与聚合物混凝土层的厚度比为1：(6-7)。

所述粘结层由滚涂在钢筒和环向预应力钢丝的外围壁上的界面处理剂和嵌入界面处理剂的6-12目石英砂颗粒组成。所述石英砂颗粒1/3嵌入界面处理剂内，外露的2/3与聚合物混凝土层固定。

所述的表面富树脂层由缠绕在玻璃纤维增强层外表面树脂含量达90-95％的表面毡，和设置在表面毡的外表面的树脂层组成。

水泥混凝土层的内壁上设置有环氧陶瓷层。

本实用新型的有益效果是：

本实用新型产品为国内首创，产品由玻璃纤维增强塑料、预应力钢筋、钢筒、混凝土复合而成，充分发挥各种材料的技术特性和优点，具有以下优势：

(1)可设计性强。通过合理的结构设计，可以满足不同压力等级、刚度等级、抗震等级等力学性能要求，通过合理选材可以满足不同介质、不同温度的使用要求。

(2)力学性能优良。通过合理的结构设计，管材最高压力等级可达到3.0MPa。

(3)耐腐蚀性能优良。产品设计过程中充分发挥玻璃纤维增强塑料的耐腐蚀特性，可满足各种介质环境要求。

(4)水利性能优良、泵送费用低。通过模具成型和合理的工艺设计，管材内表面光滑平整，可达到镜面效果，水利流阻小，提高泵送效率，降低泵送成本。

(5)使用年限长。使用寿命可达到70年。

(6)产品价格低。与同规格预应力钢筒混凝土管、钢管相比，价格相对偏低。

(7)施工费用低：力学性能好，具有良好的抗沉降能力，相对其他管材，对基础要求不高，降低了施工成本。

(8)无需维护。能够抵抗各种环境条件，长期使用无需维护。

(9)抗震能力强：管材采用钢与玻璃纤维增强材料复合而成，具有较好的抗震能力。

本实用新型一种FRP外保护层的预应力钢筒混凝土压力管道可以达到如下性能：压缩强度80Mpa以上、抗折强度25Mpa、最大工作压力6Mpa。

玻璃纤维增强层的设计是为了提高管道的抗压、抗拉等机械性能，防止裂纹的产生，减轻管道中钢筒的负担，分散外力对管道的整体压力，缓解内应力，避免环向预应力钢丝出现断点、断裂。

预应力钢丝的螺距的设计是在我们研发的过程中遇到的问题所想出的，管道的长度很长，因而所需的预应力钢丝的长度也很长，但是由于预应力钢丝是环向缠绕的钢丝，在实施时遇到两个问题发生偏移、扭曲、形变，这样制成的管道性能不合格，极易发生开裂，对管道拆件后发现是预应力钢丝断裂；为该解决问题我们经过一系列的探索和研究，最终设计出了预应力钢丝的螺距，成功解决了上述问题，所成管道性能优异，对管道拆件后，预应力钢丝无偏移、无扭曲、无形变、预应力钢丝无断点、无断裂。

粘结层与聚合物混凝土层的比例设计是提高管道性能的关键，控制在该比例内，有以下作用：1、可以保证钢筒、环向预应力钢丝与聚合物混凝土之间牢固的结合性，提高管道的整体性，避免层间分离；2、提高管道的密实性和管道强度，减少或抑制微裂纹的产生，降低潜在危害和慢性迫害；3、可以防止管道发生干裂。

玻璃纤维增强层位置的控制可以防止聚合物混凝土层产生龟裂，提高耐冲击性，能够经受住从管道外面来的冲击；本实用新型玻璃纤维增强层位置的设计可以保证聚合物混凝土层的强度和性能，可以很好的实现对内应力的分散，对预应力钢筒起到一定的分担和保护作用，避免预应力钢丝发生断点、断裂。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图。

图2是图1的A-A向剖视图。

附图中，1代表水泥混凝土层，2代表粘结层，3代表聚合物混凝土层，4代表玻璃纤维增强层，5代表表面富树脂层，6代表环氧陶瓷层。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本实用新型作进一步的说明。

采用兜纱布将聚合物混凝土缠绕在PCCP管半成品的外壁上，形成聚合物混凝土层，螺旋缠绕目的是将预应力钢丝与预应力钢丝的间隙压实填平，保证玻璃钢预应力钢丝的复合强度、提高层间的密度，防止预应力钢丝腐蚀，还可以提高管道的抗压、抗拉等机械性能，防止裂纹的产生，减轻管道中管芯的负担；同时分散聚合物砼对环向钢筋网的作用力，防止预应力钢丝发生断点、断裂，降低环向钢筋网的断裂率。

实施例1

一种FRP外保护层的预应力钢筒混凝土压力管道，管道自内向外依次包括水泥混凝土层1，带承、插口的钢筒，螺旋缠绕于钢筒外壁的环向预应力钢丝，聚合物混凝土层3，在聚合物混凝土层3外壁上增设有玻璃纤维增强层4，在玻璃纤维增强层4外壁上增设有表面富树脂层5。

进一步的，聚合物混凝土层3、玻璃纤维增强层4和表面富树脂层5的厚度比是6：4：3。

进一步的，水泥混凝土层1与聚合物混凝土层3的厚度比是18：1。

进一步的，聚合物混凝土层3借助粘结层2固定在钢筒和环向预应力钢丝的外围壁上。粘结层2与聚合物混凝土层3的厚度比为1：6。

所述粘结层2由滚涂在钢筒和环向预应力钢丝的外围壁上的界面处理剂和嵌入界面处理剂的6-12目石英砂颗粒组成。所述石英砂颗粒1/3嵌入界面处理剂内，外露的2/3与聚合物混凝土层固定。可以提高钢筒与聚合物混凝土层的结合力、附着力，关键在于石英砂的选择，采用该粒径范围的石英砂，可以使石英砂更好的与界面树脂剂、聚合物混凝土层粘合，能够成功的嵌入、吸附在界面树脂剂和聚合物混凝土层之间，提高界面性能，提高管道整体牢固度。

进一步的，所述的表面富树脂层5由缠绕在玻璃纤维增强层外表面树脂含量达90-95％的表面毡，和设置在表面毡的外表面的树脂层组成。

表面富树脂层的设计是为了提供外保护和抗紫外线、抗腐蚀作用，保护聚合物砼外保护层不受侵蚀，提高管道的质量、耐候性、耐水性、耐化学侵蚀性，延长管道的使用寿命。同时管道设计有表面富树脂层后，使管道的外观美观、光滑、外壁不易磨损。缠绕表面毡增强表面富树脂层的性能、防止表面富树脂层的龟裂。

进一步地，所述环向预应力钢丝的螺距是15-45mm。该螺距范围的预应力钢丝可以保证环向预应力钢丝的稳定性，同时成本、资源最低，可以提高环向预应力钢丝的承压、抗拉等机械性能，减小环向预应力钢丝的形变，提高环向预应力钢丝的强度，增强环向预应力钢丝与聚合物砼之间的结合性，防止开裂和干裂。间隔过大，无法起到定位、抗形变等作用，间隔过密浪费资源、增加成本，同时会增加后期浇注时的浇注难度。

进一步地，在水泥混凝土层1的内壁上增设有环氧陶瓷层6，环氧陶瓷层6的设计可以在管道的内壁形成光滑的内壁表面，在供水的过程中，减少供水阻力及水中砂砾等物质对管道的磨损。同时，环氧陶瓷层的设置可以提高管道的表面光滑度，降低流水阻力，提高表观质量。避免水对管道的腐蚀、渗透，防止管道开裂。另一方面，环氧陶瓷层的设计可以减小水压对管道的作用，对聚合物混凝土层起到缓冲的作用，提高管道的抗冲击性。如果有水质安全的要求，可以选用食品级环氧陶瓷层，符合供水管道的卫生要求。

实施例2

一种FRP外保护层的预应力钢筒混凝土压力管道，管道自内向外依次包括水泥混凝土层1，带承、插口的钢筒，螺旋缠绕于钢筒外壁的环向预应力钢丝，聚合物混凝土层3，在聚合物混凝土层3外壁上增设有玻璃纤维增强层4，在玻璃纤维增强层4外壁上增设有表面富树脂层5。

进一步的，聚合物混凝土层3、玻璃纤维增强层4和表面富树脂层5的厚度比是7：5：2。

进一步的，水泥混凝土层1与聚合物混凝土层3的厚度比是17：1。

进一步的，聚合物混凝土层3借助粘结层2固定在钢筒和环向预应力钢丝的外围壁上。粘结层2与聚合物混凝土层3的厚度比为1：7。

所述粘结层2由滚涂在钢筒和环向预应力钢丝的外围壁上的界面处理剂和嵌入界面处理剂的6-12目石英砂颗粒组成。

进一步的，所述的表面富树脂层5由缠绕在玻璃纤维增强层外表面树脂含量达90-95％的表面毡，和设置在表面毡的外表面的树脂层组成。

进一步地，所述环向预应力钢丝的螺距是20-30mm。

进一步地，在水泥混凝土层1的内壁上增设有环氧陶瓷层6。

实施例3

一种FRP外保护层的预应力钢筒混凝土压力管道，管道自内向外依次包括水泥混凝土层1，带承、插口的钢筒，螺旋缠绕于钢筒外壁的环向预应力钢丝，聚合物混凝土层3，在聚合物混凝土层3外壁上增设有玻璃纤维增强层4，在玻璃纤维增强层4外壁上增设有表面富树脂层5。

进一步的，聚合物混凝土层3、玻璃纤维增强层4和表面富树脂层5的厚度比是6：5：2。

进一步的，水泥混凝土层1与聚合物混凝土层3的厚度比是19：1。

进一步的，聚合物混凝土层3借助粘结层2固定在钢筒和环向预应力钢丝的外围壁上。粘结层2与聚合物混凝土层3的厚度比为1：6。

所述粘结层2由滚涂在钢筒和环向预应力钢丝的外围壁上的界面处理剂和嵌入界面处理剂的6-12目石英砂颗粒组成。

进一步的，所述的表面富树脂层5由缠绕在玻璃纤维增强层外表面树脂含量达90-95％的表面毡，和设置在表面毡的外表面的树脂层组成。

进一步地，所述环向预应力钢丝的螺距是15-25mm。

进一步地，在水泥混凝土层1的内壁上增设有环氧陶瓷层6。

Claims (9)

1.一种FRP外保护层的预应力钢筒混凝土压力管道，管道自内向外依次包括水泥混凝土层(1)，带承、插口的钢筒，螺旋缠绕于钢筒外壁的环向预应力钢丝，聚合物混凝土层(3)，其特征在于，在聚合物混凝土层(3)外壁上增设有玻璃纤维增强层(4)，在玻璃纤维增强层(4)外壁上增设有表面富树脂层(5)。

2.根据权利要求1所述的一种FRP外保护层的预应力钢筒混凝土压力管道，其特征在于，聚合物混凝土层(3)、玻璃纤维增强层(4)和表面富树脂层(5)的厚度比是(6-7)：(4-5)：(2-3)。

3.根据权利要求1所述的一种FRP外保护层的预应力钢筒混凝土压力管道，其特征在于，水泥混凝土层(1)与聚合物混凝土层(3)的厚度比是(18-19)：1。

4.根据权利要求1所述的一种FRP外保护层的预应力钢筒混凝土压力管道，其特征在于，所述环向预应力钢丝的螺距为14-45mm。

5.根据权利要求1所述的一种FRP外保护层的预应力钢筒混凝土压力管道，其特征在于，聚合物混凝土层(3)借助粘结层(2)固定在钢筒和环向预应力钢丝的外围壁上。

6.根据权利要求5所述的一种FRP外保护层的预应力钢筒混凝土压力管道，其特征在于，粘结层(2)与聚合物混凝土层(3)的厚度比为1：(6-7)。

7.根据权利要求5所述的一种FRP外保护层的预应力钢筒混凝土压力管道，其特征在于，所述粘结层(2)由滚涂在钢筒和环向预应力钢丝的外围壁上的界面处理剂和嵌入界面处理剂的6-12目石英砂颗粒组成。

8.根据权利要求1所述的一种FRP外保护层的预应力钢筒混凝土压力管道，其特征在于，所述的表面富树脂层(5)由缠绕在玻璃纤维增强层(4)外表面树脂含量达90-95％的表面毡，和设置在表面毡的外表面的树脂层组成。

9.根据权利要求1所述的一种FRP外保护层的预应力钢筒混凝土压力管道，其特征在于，水泥混凝土层(1)的内壁上设置有环氧陶瓷层(6)。