JP5908881B2 - 圧力鋳造コンクリートまたはモルタルライナ付きスチールパイプとその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、コンクリートまたはモルタルライナ付きスチールパイプに関し、より特別には、同時硬化とパイプへのプリストレスが可能であり、それにより、製造効率を維持し、製造コストを減少しながらスチール（鉄鋼）における許容設計応力を増大することが可能な方法により製造される圧力鋳造コンクリートまたはモルタルライナ（被覆）付きスチールパイプに関する。

従来のコンクリートライナ付きスチール水パイプ、例えば、大径パイプは、現在では、約１４４．８ＭＰａ（２１,０００ｐｓｉ）のスチールにおける最大稼動応力に従って設計されている。そのようなパイプにおいて許容設計応力に制限を設ける理由は、コンクリートまたはモルタルのライニング（被覆）における制限された許容変形である。より大きなスチール応力は、圧力下のコンクリートまたはモルタルのライニングにひびを入れ、有害なひびを形成し、ライニングの性能に悪影響を与え、ライニングが破壊するか、スチールパイプの内部から脱落する可能性が生まれる。

コンクリートまたはモルタルライニングをそのようなスチールパイプに使用としては、水道管産業における使用が知られており、それは、コンクリートまたはモルタルライニングが、スチールパイプの内部の腐食を長期に、例えば、５０年以上にわたり保護してきたと立証された記録があるからである。コンクリートライニングの代替としては、エポキシ系被覆のようなポリマ被覆を、故障に対してより高い変形を有するように設計できるスチールパイプに使用することができる。しかし、現在利用できるポリマ被覆には、水供給施設において５０年もの間、典型的には約１５年間隔の周期的保守のある形態なしに耐えられると保障または期待できるものはない。例えば、水道本管などとして使用されたときに、そのような被覆スチール水パイプを、保守の目的で１５年、あるいはその程度の期間ごとに使用を中止して取り出し、サンドブラストを行い、ライニングを再被覆することは実用的ではない。

コンクリートライナ付きスチール水パイプに対する第２の制限は、工学的な検討事項であり、約２４０、好ましくは、２２０未満の径対厚さ比を有する必要があることである。これは、２．５４ｍ（１００インチ）の径を有するパイプは、約１０．６ｍｍ（０.４１７インチ）（Ｄ／ｔ＝２４０；＝１００／２４０＝０.４１７）の最小パイプ壁厚を有しなければならないことを意味する。この設計要求のため、内部圧力に従って、より薄い壁厚で設計できるはずのパイプが、取扱い、出荷、および設置応力のためにより大きな厚さが必要であるということになる。この２．５４ｍ（１００インチ）内径×１０．６ｍｍ（０.４１７インチ）の壁の例においては、Ｐ＝（２＊ｔ＊応力）／Ｄ＝２＊０.４１７＊２１,０００／１００＝１７５ｐｓｉ（１２０６ＫＰａ）以下の定格のパイプは、依然としてＤ／ｔ＝２４０に基づくパイプ壁厚を有しなければならない。Ｄ／ｔ要求は、パイプの取扱い、出荷、および設置の実用面に基づいている。劣悪な土壌条件においては、パイプは、もし増大されたライナ厚、スチールパイプ壁厚、取り付けられ強固材、またはより高価な安定性のある成層材を取り込むなどにより強固にされていなければ、崩壊または過度の変形を受け易い。

従来のプリストレスされたコンクリートシリンダパイプ（ＰＣＣＰ）は、内部パイプの周りに巻かれたワイヤを使用して高い圧縮状態に置かれている内部コンクリートパイプまたはコアを備えている。使用中にパイプにかかる圧力負荷は、高い許容設計応力を使用してプリストレスされたスチールワイヤが負うことになり、そのため、所望の圧縮量を提供するために使用されるスチールの量を減少するように作用する。コンクリートコアは、プリストレスワイヤに抗し、埋められた状態において土壌負荷を支持する支援をする。プリレストレスされたコンクリートコアはまた、輸送および設置の間、パイプを支持することも支援する。

しかし、ＰＣＣＰに関しての問題の１つは、パイプが使用されるときに、そのような高強度のプリストレスワイヤを腐食性環境から保護することの困難さと、過度のレベルの陰極性保護が適用されると、そのようなワイヤが水素脆化に晒される可能性である。プリストレスワイヤを容易に陰極性保護する機能は、腐食から保護するためにプリストレスワイヤ上に置かれる典型的なモルタル被覆の低い誘電強度により更に複雑になる。誘電耐性は、適切なポリマ被覆、例えば、Ａｍｅｒｃｏａｔ １９７２Ｂという商品名のＡｍｅｒｏｎ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌから入手できるようなものを適用することにより改善できる。そのようなポリマ被覆の使用により、スチールプリストレスワイヤを陰極性保護することが容易になる一方で、製造工程と、原材料のコストの両面で追加コストがかかることになる。

典型的な主要都市におけるパイプの地下構造および地表または地表下移送（又は、輸送）システムは、ここ数年で増大しており、別の問題が、外部腐食に対する陰極性保護された、隣接するスチールパイプおよび直流電力移送（又は、輸送）システムにより引き起こされる「陰極性障害」または浮遊地面電流から起きている。何年も前に設置された大径水道管の近くには、現在では新しいパイプが設置されている。これらの新しいパイプは陰極性保護されており、この陰極性保護により導入される浮遊地面電流は、ＰＣＣＰ内の腐食性電流の原因となり得る。そのような浮遊地面電流の可能性のある存在の結果として、多くの大都市の水道機関は現在では、外部腐食保護用の誘電体被覆を有する従来のスチールパイプまたは外部負荷が高いときには、鉄鋼製シリンダ（円筒）状補強付きコンクリートパイプを選んでいる。これは、パイプの腐食を制御するための効果的な方法ではあるが、高価である。

従来技術において知られている、プリストレスされたスチールパイプを製造する方法の１つのアプローチは、まず、コンクリートコアを形成／鋳造し、スチールパイプをプレキャストコンクリートコア上で滑らせ、高圧グラウトを、プレキャストコンクリートコアとスチールパイプの間の環状ギャップ内に押し込み、コンクリートコアを圧縮した状態に置くという複数ステップ工程を使用することであった。しかし、パイプを製造するこの方法には２つの大きな問題がある。第１の問題は、圧力下でのグラウト詰込み操作中に、コンクリートコアの端部をスチールパイプに完全に密封することが困難であるということである。第２の問題は、グラウトの硬化中に、特に、グラウトの小さい漏洩が、グラウトの硬化中にスチールパイプとコンクリートコアの間に起こった場合に、グラウトへの圧力をどのように加え且つ維持するかということに関連している。高圧グラウトポンプが使用されると、硬化中のグラウトの可能性のある漏洩は、グラウトポンプにより補わなくてはならない。これは、グラウトポンプが、漏洩を補うために硬化動作中に起動していなければならないことを意味しており、グラウトがポンプ内で硬化するという可能性を残し、ポンプを破壊し且つ不十分なレベルのプリストレスを有するパイプという結果になる。

従って、パイプの構築およびパイプ製造の方法は、従来のＰＣＣＰまたはコンクリートライナ付きスチールパイプにより提供される、典型的な最低５０年供用に適合するようなパイプの剛性および内部の腐食耐性のような、所望のレベルの特性を提供できるように進められることが望ましい。更に、そのようなパイプ構築は、外部腐食および陰極性障害からの所望の保護レベルを提供できることが望まれる。更に、そのようなパイプ構築は、原材料の視点と、パイプの製造に関する時間と労力の量の両者においてコスト効率がよい方法で製造されることが望ましい。

本発明の圧力鋳造ライナ付きスチールパイプは、管の内径を形成する環状コンクリートまたはモルタルライナと、ライナを取り囲む金属シェルを備えている。ライナは、金属シェルの内壁表面と直接的に接していて、ライナは、金属シェルにより圧縮状態に置かれる。ライナと金属シェルの間の壁厚の比は、約５：１から８０：１の範囲であり、好ましくは、１０：１から５０：１の範囲である。例としての実施の形態においては、金属シェルの壁厚は、約１．５２から１９．０５ｍｍ（０.０６から０.７５インチ）の範囲であり、ライナの壁厚は、約３８．１から２５４ｍｍ（１.５から１０インチ）の範囲である。ライナの壁厚は、特別なパイプの実施の形態およびエンドユースの適用により、金属シェルの厚さの１０倍から５０倍にもなり得る。所望するのであれば、パイプは更に、金属シェルの外側表面に沿って配置される誘電材料の被覆を備えることもできる。

パイプは、所望の体積のコンクリートまたはモルタル組成物を収容し易いように特別に構築されているモールドアセンブリを使用して、そのモールドアセンブリを、金属シェル上に所望の圧迫力を与えるように計算されている圧力に晒すことにより形成される。例としての実施の形態においては、そのようなパターンは、ある体積のコンクリートまたはモルタル組成物を外径に沿う金属シェルと内径に沿う可動コア部材の間に形成されているモールド内に送り込むことにより形成される。注入された組成物は、圧力に晒されて金属シェルを膨張させる。例としての実施の形態においては、圧力は水のような圧力流体の形状で提供され、圧力流体は、注入された組成物の表面に接触するように配置される。いったん所望の程度の硬化が達成されると、圧力は除去され、金属シェルは、コンクリートまたはモルタルライナに所望の圧縮力を加える。

例としての実施の形態においては、モールドアセンブリは、パイプの金属外部を画定する円筒形金属シェルと、金属シェルの底部に動作可能に接続されているベース部材と、金属シェルの上部に動作可能に接続されている上部部材とを備えている。内部モールド部材は、金属シェルの内側に向けて同心円状に位置している。環状コンクリートまたはモルタルチャンバは、金属シェルと内部モールド部材の間に形成され、ある体積のコンクリートまたはモルタル組成物を収容する。例としての実施の形態においては、内部モールド部材は径を縮小することができ、圧力鋳造ライナ付きパイプを、形成後にモールドから除去することを容易にすることができる。アセンブリは更に、水のような流体加圧媒体をモールド内に導入し、コンクリートまたはモルタル組成物の表面上に導入して組成物に金属シェルを膨張させる手段を備えている。

本発明の圧力鋳造ライナ付きスチールパイプは、従来のＰＣＣＰまたはコンクリートライナ付きスチールパイプにより提供される、典型的な最低５０年供用に適合するようなパイプの剛性および内部の腐食耐性の所望のレベルを提供する。更に、本発明のそのようなパイプは、外部腐食と陰極障害からの所望の程度の保護を提供することができる。更に、本発明のパイプは、減少された金属シェルまたはスチールパイプの壁厚を有するように形成でき、それにより、原材料のコストの所望の節約という結果になる。

本発明のこれらの、および他の特徴と利点は、添付されている図面との連携において考慮される下記の詳細な説明を参照して、より良好に理解されるに従って評価されるであろう。

図１は、本発明の原理により構築された圧力鋳造スチールパイプの例としての実施の形態の透視側面図である。 図２は、図１の圧力鋳造スチールパイプを製造するために使用される例としての実施の形態の工程の側断面図である。 図３は、図１の圧力鋳造スチールパイプを製造するために使用される別の例としての実施の形態の工程の側断面図である。 図４は、図１の圧力鋳造スチールパイプを製造するために使用される別の例としての実施の形態の工程の側断面図である。

本発明の原理による圧力鋳造ライナ付きスチールパイプ（ＰＣＳＰ）とその製造方法は、金属シェルまたはスチールパイプにより囲まれているコンクリートまたはモルタルライナを備えている。つまり、上述した従来のＰＣＣＰにおいては存在している、張力式またはプレストレスワイヤの使用は回避されている。ライナ厚のシェル厚に対する比は、下記においてより詳細に記述する、特別なエンドユース（最終用途）の適用に対して要求される特別な工学設計要求および／または性能基準に従って変えることができ且つ変化する。

そのようなＰＣＳＰ構築物の特徴は、それらが、コンクリートまたはモルタルライナの形成を、取り囲んでいる金属シェルおよび製造されるパイプ構築物のプレストレス処理中に同時に可能にする１つ以上の異なる圧力鋳造技術により製造されているということであり、それにより、例えば、後続の応力誘導処理のために、金属外部パイプシェルと組み合わされているプレキャストコンクリートまたはモルタルライナを別々に形成することを含む複数の工程を回避する。ここで使用されているように、「同時に（ｉｎ ｓｉｔｕ）」という用語は、コンクリートまたはモルタル組成物（コンクリートまたはモルタルライナを製造するために使用される）が、取り囲んでいる金属外部シェルまたはスチールパイプを応力状態に置く目的のために加圧されると同時に、形成され硬化されるという事実のことを指している。

本発明のＰＣＳＰの特徴は、コンクリートまたはモルタルライナを有する金属シェルを、ライナにひびを入れるという惧れなしに、スチール応力を内部流体圧力により増大できるようにプレストレスする方法で構築されているということである。更に、圧縮されたコンクリートまたはモルタルライナの存在により、輸送、設置および、共用に付されたときの土壌負荷に抗することを支援する。本発明のＰＣＳＰはまた、多数の誘電体被覆で覆うことができ、それにより、所望のレベルの外部腐食保護を提供できる。これにより、近接するパイプラインおよび移送システムからの陰極障害の問題を解消し、このタイプのパイプにおいて使用されるスチールは、プレストレスワイヤよりはるかに低い降伏応力を有するようになり、従って、陰極保護のもとでも、水素脆化の影響をはるかに少なくすることができる。

図１は、本発明の原理に従って構築されたＰＣＳＰ１０を例示しており、一般的に、円筒形金属またはスチールシェルと、所望のコンクリートまたはモルタル組成物から形成されている内部ライナ１４を取り囲んでいるケース、パイプまたはジャケット１２を備えている。内部ライナ１４は、シェル１２の内径内に同心円状に配置されており、１つの例としての実施の形態においては、シェルと直接に接触しており、これはつまり、ライナとシェルの間に他のタイプの中間材が介在していないことを意味する。

ＰＣＳＰ１０は、パイプ１０の１つの軸方向端部１８に取り付けられているベル形状端部１６と、パイプ１０の反対側端部２１に取り付けられている差込み部２０を含んでいる。差込み部（スピゴット）２０は、別のパイプのベル形状端部１６内に適合するようなサイズと形状の外径を有するように設計されており、その周りで円周状に配置され、１つ以上の環状シーリング部材またはシール（図２に示されているような）それぞれを収容して、隣接するパイプ端部間に所望の耐漏洩シールを提供するように構成されている、１つ以上の環状溝２２を含んでいる。ベルおよび差込み部端部１６と２０は、従来のスチールパイプに使用されているものと同じ、または類似しているものから構成でき、適切な溶接技術により金属シェルの端部に取り付けられている。シーリング部材は、エラストマ材から形成できる。従来のスチールパイプ、例えば、形成されたベルおよび差込み部、または異なるように構成されている端部、隣接溶接平坦端部パイプ、またはラップ溶接スチールパイプに対して使用される他の接合技術もまたＰＣＳＰに対して等しく適用可能であり、これは、スチールパイプ設計の当業者であれば、理解されるであろう。

図１に例示されているＰＣＳＰの例としての実施の形態が、特別なタイプの端部と共に示されているが、本発明のＰＣＳＰは、特別なエンドユース適用により要求される異なるタイプの端部を有しても構成できるということは理解されよう。例えば、ＰＣＳＰは接合リング（示されているように、ベルおよび差込み部形状）を有することができ、または現場において隣接溶接することができ、または現場においてラップ溶接のために、スチールパイプＯＤに滑らかにフィットするための型取りベルを有することができ、または、スチールパイプＯＤに対してシールするためのシーリング溝を含む型取りベルを有することができ、または型取りベルの内部にフィットする（パイプ壁内にスエージ加工される）ロール状差込み（スピゴット）溝（パイプ壁にぴったり圧延された差込み部）を有することができる。本発明の原理に従って構築されているＰＳＣＰは、そのような知られているすべてのバージョンを備えることができるということは理解されよう。

ＰＣＳＰの別の特徴は、コンクリートまたはモルタルライナ１４が、適用目的地において完成されたパイプが設置される前、例えば、パイプが輸送され、地中のある深さに埋められる前に、ライナに直接作用する金属シェル１２の動作により、所望の圧縮状態に置かれているということである。例としての実施の形態においては、金属シェル１２は、鋳造、つまり注入および硬化処理の間、所望の程度の応力が加えられ、ライナ１４は、一旦硬化したライナを所望の圧縮状態に置くことにより、所望のパイプ性能基準、例えば、特別なエンドユース適用を満たす。

ＰＣＳＰに対するシェルおよびライナの厚さは、特別設計／性能基準および／またはエンドユース適用により変えることができ且つ変わる。ＰＣＳＰの一般的な特徴は、スチールシェルの厚さが、従来のスチールパイプよりもはるかに薄いということである（つまり、圧縮されているコンクリートライナは備えていない）。圧縮状態における、より薄いスチールシェルと、より厚いライナの組み合わせは、より高いＤ／ｔ比により取扱いおよび設置負荷に抗するためには過度の柔軟性を有することになるため、従来のスチールパイプでは可能でなかったＤ／ｔ比の使用を可能にする。より薄いスチールシェルは、現在では、動作圧力において、コンクリートまたはモルタルライナにひびを入れることなく、より高い設計応力を使用して設計できる。ＰＣＣＰにおける張力またはプレストレスワイヤの使用とは対照的なスチールシェルの使用により、ライナは、外部腐食に対してより耐性を向上することができ、張力またはプレストレスワイヤに比べて、予測がより可能な故障機構を提供する、遥かに強固な構造を有して所望の圧縮状態に置かれる。

例えば、従来のＰＣＣＰにおいて使用されている張力を有する、またはプレストレスワイヤが外部腐食により故障すると、その結果は、コンクリートライナにかかる圧縮力が突然失われ、パイプが突然故障するということになり得る。更に、壊れた張力ワイヤの修理はパイプが地中にあるときは行うことが困難である。本発明のＰＣＳＰは、スチールパイプの故障機構に類似している故障機構を有している。つまり、コンクリートまたはモルタルライナへの圧縮が突然失われるという結果にならない、スチールシェルを介しての緩やかな漏洩を特徴とする故障機構、および外部金属パッチのようなものを使用して、溶接工程により現場で容易に修理可能な故障機構を有している。

本発明の原理に従って構築されているＰＣＳＰは、コンクリートまたはモルタルライナまたはコアと、取り囲む金属シェルまたはスチールパイプを備えている。ライナのシェルに対する相対厚さは、工学的設計基準、使用されている材料の性質、および所望の性能特性に依存して変えることができる。例としての実施の形態においては、ライナの金属シェルに対する壁厚の比は、約５：１から８０：１の範囲であることができ、好ましくは、約１０：１から５０：１の範囲である。ライナに対する典型的な強度範囲は、約２０．７から６８．９ＭＰａ（３,０００から１０,０００ｐｓｉ）であり、ライナ上のプレストレス範囲は、内部圧力がゼロに減少され、外部スチールパイプ上の応力が、部分的にコンクリートまたはモルタルコアに転送されているときは、約３．４５から４１．４ＭＰａ（５００ｐｓｉから６,０００ｐｓｉ）である。スチールシェル上の許容設計応力は、要求される圧力定格および外部スチールシェルにおいて使用されるスチールの降伏点に依存して、約１７２．４から４９６．４ＭＰａ（２５,０００から７２,０００ｐｓｉ）の範囲を有することができる。

一般的に述べれば、ライナまたはコアは、金属シェルの厚さの約１０から５０倍であることが望ましい。例としては、円筒形金属シェルは初期に圧力下で、約２８９．６ＭＰａ（４２,０００ｐｓｉ）まで応力をかけることができる。これは、スチールパイプに対する現在の設計応力の２倍であり、結果として、スチールパイプ壁が、現在の壁厚の約半分を有することになる。スチールは、パイプの主要な材料費であるので、スチールパイプ要素の壁厚をＰＣＳＰに対して約半分に減少することは、原材料コストのかなりの節約になる。

ライナ、コア、または内部パイプの径における、ＰＣＳＰの形成中における鋳造圧力の解放後の減少は、コアの厚さと係数、金属シェルまたはスチールパイプの厚さ、および鋳造圧力下にある間のスチールにおける応力の量に依存する。力のバランスが、スチールシリンダとコアの間で設定される（つまり、これらは、対向する２つのバネである）。コアにおける変形の変化は、スチールパイプにおける変形の変化とも等しくなければならない。一連の方程式が、これらの基準に合わせるために設定できる。そのような方程式は、８４インチの内径を有するＰＣＳＰの例に対して参考のために下記の提供される。

８４インチ（２．１３ｍ）のクラス１５０圧力・鋳造スチール（鋳鋼）製パイプ
製造工程は、外部スチールパイプとモールドを、コンクリートライニングの鋳造および硬化中に加圧することを含む。モールドを加圧することにより、外部スチールパイプを、鋳造工程中に張力状態の置くことができる。
鋳造動作中に維持されていた圧力が解放されると、外部スチールパイプはコンクリートライナ上に収縮する。外部スチールパイプは、コンクリートライナ内の力が、スチールパイプによる加えられる力と等しくなるまで収縮を続ける。
下記等式が定義可能である。

力Steel/単位長さ=力Concrete/単位長さ 方程式（１）

力Steel/単位長さ=^tSteel・^σSteel 方程式（２）

力Concrete/単位長さ=^tConcrete・^σConcrete 方程式（３）

方程式（２）と（３）を方程式（１）に代入して、

^tSteel・^σSteel= ^tConcrete・^σConcrete

^σConcrete= ^tSteel・^σSteel/ ^tConcrete 方程式（４）

^ΔεConcrete=^ΔεSteel 方程式（５）

^ΔεConcrete=^σConcrete/^EConcrete 方程式（６）

^ΔεSteel=^σSteelCasing -^σSteel/ESteel 方程式（７）

方程式（６）と（７）を方程式（５）に代入して、

(^σSteelCasing -^σSteel)/^ESteel=^σConcrete/^EConcrete 方程式（８）

方程式（４）を方程式（８）に代入して、

(^σSteelCasing -^σSteel)/^ESteel= ^tSteel・^σSteel/^tConcrete・^EConcrete

^σSteelCasing /^ESteel=( ^tSteel/ ^tConcrete・^EConcrete + 1/^ESteel)・^σSteel

^σSteel=^σSteelCasing/^ESteel・(^tSteel/ ^tConcrete・^EConcrete + 1/^ESteel) 方程式（９）

下記の基準をパイプ設計に対して仮定する：

^IDPipe:=84 in(2.13m)（パイプのID）

SMYS:=413.7MPa(60000 psi)（パイプ壁におけるスチールの規定最小降伏力）

定格圧力:=1.034MPa(150 psi)（作動圧力）

^tConcrete:=101.6mm(4 in)（コンクリートコアの厚さ）

^EConcrete:=2.76×10⁴MPs(4,000,000 psi)（コンクリートの係数（モデュラス））

^ESteel:=2.07×10⁵MPa(30,000,000 psi)（スチールの係数（モデュラス））

^IDSteel:= ^IDPipe+^2tConcrete（規定パイプIDを製造するためのスチールパイプのID）

^IDSteel:=2.34m(92 in)

^σSteelDsign:=0.72 SMYS（SMYSの72％におけるスチールの許容設計応力）

^σSteelDsign:=297.9MPa(4.32×10⁴ psi)

^σSteelCasing:=0.90 SMYS（鋳造動作中のスチールにおける応力。この応力は、スチールの規定最小降伏強度（SMYS）の90％以下でなければならない。）

^σSteelCasing:= 372.3MPa(5.4x10⁴ psi)

^tSteel:=定格圧力・^IDSteel/^2σSteelDsign（圧力負荷のみに対する許容設計応力におけるスチールの厚さ）

^tSteel:=4.06mm(0.1597 in)

鋳造圧力:= ^σSteelCasting・^2tSteel/^IDsteel（SMYSの90％における鋳造圧力）

鋳造圧力=1.293MPa(187.5 psi)

DoverT:= ^IDSteel/ ^tSteel（径対厚さ比。現在のスチールパイプ設計に対する最大許容は約２２０）

DoverT=576

TConcreteOverTSteel:= ^tConcrete/ ^tSteel（一般的には10と50の間でコンクリートのプリストレスおよび厚さの実用レベルが得られる。比は特定の適用に対してはより高くまたは低くできる）

TConcreteOverTSteel=25.043

^σSteel:= ^σSteelCasing/^ESteel・(^tSteel/ ^tConcrete ^EConcrete+1/^ESteel)（これは、鋳造圧力解放後のスチールにおけるプリストレス）

^σSteel=286.5MPa(4.156×10⁴ psi)

^σConcrete:= ^tSteel・^σSteel/^tConcrete（ゼロ圧力条件下のコンクリート応力。これは、モールドにおける圧力解放後のコンクリートにおけるプリストレス）

^σConcrete=11.4MPa(1.659×10³ psi)

従来のスチールパイプと圧力鋳造スチール（鋳鋼）製パイプの間のパイプ剛性の比較
従来のスチールパイプ

^tLiner:=12.7mm(0.5 in)（従来のスチールパイプ上のライナの厚さ）

^tStl:= (^IDSteel+^2-tLiner)/220（従来のスチールパイプ設計に対する２２０のD/tを満たすためのスチールパイプの厚さの近似値）

^tStl=10.7mm(0.423 in)

^EConcrete:=2.76×10⁴MPa(4,000,000 psi)（コンクリートライナの係数（モジュラス））

^ESteel:=2.07×10⁵MPa(30,000,000 psi)（スチールの係数（モジュラス））

箇所 面積 Ｙ

コンクリートライナ ^AConcrete:= ^EConcrete/^ESteel ^tLiner ^YConcrete:= ((^tStl +^tL
iner)/2)
^AConcrete=1.7mm(0.067 in)

スチールパイプ壁 ^AStlWall:=^ESteel /^ESteel ^tStl ^YStlWall=0mm(0 in)

^EStlWall=10.7mm(0.423 in)

面積の合計は、下記により計算できる：

^SUMArea:=^AConcrete+^AStlWall

^SUMArea=12.4mm(0.489 in)

面積の合計と基準重心までの距離の積は、下記のように計算できる：

^SUMYArea:=^AConcrete・^YConcrete + ^AStlWall・^YStlWall

^SUMYArea=0.62mm²(0.031 in²)

スチールパイプ壁の中点（初期に仮定した重心に対する基準位置）からパイプ壁全体の重心までの距離は下記のように計算できる：

^YPipeWall:= ^SUMYArea/^SUMArea

^YPipeWall=1.6mm(0.063 in)

個々の層のそれら自身の中立軸の周りの慣性モーメントは、単位長さ当たりについて下記のように計算される：

^IConcrete:= ^tLiner³/12

^IConcrete=0.164cm³(0.01 in³)

^IStlWall:= ^tStl³/12

^IStlWall=0.103cm³(6.295×10^-3 in³)

すべての層に対するEI値の合計は、下記のように計算される：

^EIConcrete:=^EConcrete・[^IConcret+ ^tLiner(^YPipeWall- ^YConcrete)²]

^EIConcrete=4.06×10⁴Nm(3.593×10⁵ in・lbf)

^EIStlWall:= ^ESteel[^IStlWall+ ^tStl (^YPipeWall-^YStlWall)²]

^EIStlWall=2.7×10⁴Nm(2.389x10⁵ in・lbf)

^EITotalPipeWall:= ^EIConcrete+^EIStlWall

^EITotalPipeWall=6.76×10⁴Nm(5.982x10⁵ in・lbf)（これはパイプ壁に対する合計の「EI」値。この値は、全体のパイプ剛性（又は、強度）を適切に計算するために、AWWA Manual M45の方程式5-14に代入しなければならない）

^DCentroid:= ^IDPipe+^2tLiner+ ^tStl-^2YPipeWall（従来のスチールパイプの重心径）

^DCentroid=2.17m(85.297 in)

パイプ剛性（又は、強度）PSは、ASTM D2412を利用して下記のように決定される。

^PSConventionalSteelPipe:= ^EITotalPipeWall/[0.149・(^DCentroid/2)³]

^PSConventionalSteelPipe=357KPa(51.758 psi)（従来のスチールパイプのパイプ剛性）

圧力鋳造スチール（鋳鋼）製パイプ

^tSteel=4.06mm(0.16 in)（上記による圧力鋳造スチールパイプの厚さ）

^tStl:= ^tSteel（スチールの厚さを下記に使用される変数に設定する）

^IConcrete=101.6mm(4 in)（上記による圧力鋳造スチールパイプにおけるコンクリートライナの厚さ）

^ICon:=^tConcrete（コンクリートの厚さを下記に使用される変数に設定する）

^EConcrete:=2.76×10⁴Mpa(4,000,000 psi)（コンクリートライナの係数（モジュラス））

^ESteel:=2.07×10⁵MPa(30,000,000 psi)（スチールの係数（モジュラス））

箇所 面積 Ｙ

コンクリートライナ ^AConcrete:=(^EConcrete/ ^ESteel)・^tCon ^YConcrete:= (^tStl + ^tC
on /2)
^AConcrete=13.5mm(0.533 in)

スチールパイプ壁 ^AStlWall:=(^ESteel/^ESteel)・^tStl ^YStlWall=0 mm

^AStlWall=4.06mm(0.16 in)

面積の合計は、下記により計算できる：

^SUMArea:= ^AConcrete+ ^AStlWall

^SUMArea=17.6mm(0.693 in)

面積の合計と基準重心までの距離の積は、下記のように計算できる：

^SUMYArea:= ^AConcrete・^YConcrete + ^AStlWall・^YStlWall

^SUMYArea=7.15cm²(1.109 in²)

スチールパイプ壁の中点（初期に仮定した重心に対する基準位置）からパイプ壁全体の重心までの距離は下記のように計算できる：

^YPipeWall:= ^SUMYArea/^SUMArea

^YPipeWall=40.7mm(1.601 in)

個々の層のそれら自身の中立軸の周りの慣性モーメントは、単位長さ当たりについて下記のように計算される：

^IConcrete:= ^ICon³/12

^IConcrete=87.4cm³(5.333 in³)

^IStlWall:= ^tStl³/12

^IStlWall=5.57mm³(3.396x10^-4 in³)

すべての層に対するEI値の合計は、下記のように計算される：

^EIConcrete:= ^EConcrete[^IConcrete+ ^tCon (^YPipeWall- ^YConcrete)²]

^EIConcrete=2.826×10⁶Nm(2.501×10⁷ in・lbf)

^EIStlWall:= ^ESteel[^IStlWall+ ^tStl (^YPipeWall- ^YStlWall)²]

^EIStlWall=1.389×10⁶Nm(1.229×10⁷ in・lbf)

^EITotalPipeWall:= ^EIConcrete+ ^EIStlWall

^EITotalPipeWall=4.213×10⁶Nm(3.729×10⁷ in・lbf)（これはパイプ壁に対する合計の「EI」値。この値は、全体のパイプ剛性を適切に計算するために、AWWA Manual M45の方程式5-14に代入しなければならない）

^DCentroid:=^IDPipe+^{2 t}Con+ ^tStl-^2YPipeWall（従来のパイプの重心径）

^DCentroid=2.26m(88.959 in)

パイプ剛性PSは、ASTM D2412を利用して下記のように決定される。

^PSPressureCastSteelPipe:= ^EITotalPipeWall/[0.149 (^DCentroid/2)³]

^PSPressureCastSteelPipe=19.6MPa(2.844×10³ psi)

^PSConventionalSteelPipe=356.9KPa(51.758 psi)（２つのパイプ剛性値を見直すと、新しい圧力鋳造スチールパイプは、従来のスチールパイプよりもはるかに剛性が高く、パイプの取扱い、設置、および土壌負荷をはるかに良好に支持できることを示している）

圧力鋳造中のコンクリートの高さの変化

パイプ長:=7.3m(24 ft)

DeltaVolume(Δ体積):= (^σSteelCasing/ ^ESteel)・(^ID Steel/2)・π・^ID Steel・パイプ長

DeltaVolume(Δ体積)=0.113m³(3.989 ft³)

DeltaH:= DeltaVolume/π・[( ^IDSteel/2)²-( ^IDPipe/2)²]

DeltaH=158.3mm(6.233 in)（圧力鋳造実施中のコンクリートの高さの降下）

本発明のＰＣＳＰは、多数の異なる圧力鋳造技術を使用して製造できる。これらの技術には、特別な圧力鋳造技術モールディングシステムに依存して、水平または垂直圧力鋳造が含まれる。図１は、垂直圧力鋳造技術と、関連するアセンブリの使用を示しており、コンクリートまたはモルタル組成物が、垂直配向モールドアセンブリに注入および鋳造されて、同時に所望の圧迫力（又は、応力発生力）を、取り囲む金属シェルまたはスチールパイプに加えながらライナが形成される。いったん圧迫力（又は、応力発生力）が除去されると、金属シェルは結果としてのＰＣＳＰの最終硬化ライナを所望の圧縮状態に置く。例としての実施の形態においては、この例としての技術は、注入されたコンクリートまたはモルタル組成物を加圧して、所望の応力を、静水圧的手段を使用して金属シェルに加える、例えば、加圧された水のような流体の体積または塊をコンクリートまたはモルタル組成物の表面と接触するように押しつけることを含む。

図２は、上述した原理に従ってＰＣＳＰを製造するために有益な例としてのアセンブリ３０を例示している。この例としての実施の形態において、円筒形金属シェル３２が、その端部３４と３６を上述のようにシェルのそれぞれの端部に取り付けられて形成される。金属シェルの壁厚は上述した範囲を取ることができる。例としての実施の形態において、金属シェルまたはスチールパイプは、その端部３４と３６が溶接されるドラムシリンダマシン上に製造できる。例としての実施の形態においては、金属シェルはＸ６０スチールから形成される。

円筒形金属シェル３２は、アセンブリ３０のベースまたは底部に位置しているベースリング３８上に配置される。ベースリング３８は、ベースリングの外部壁表面に沿って円周方向に延伸し、シェル端部３６の内部壁表面に隣接して位置している１つ以上の溝４０を含むこともできる略環状の本体３９を備えている。ベースリングは、金属材料のような構造的剛性を有する材料から形成されており、好ましい実施の形態においては、好ましい材料はスチールである。

１つ以上の溝４０は、その中に１つ以上のそれぞれのシーリング部材４２の設置を受け入れるようなサイズおよび形状をしており、１つ以上のシーリング部材４２は、金属シェル端部３６の内径に対して係合してシールを形成するようなサイズおよび形状を有している。好ましい実施の形態においては、ベースリングは軸方向にお互いに、外部表面に沿う所望の距離を置いて配置されている一対の溝４０を備え、その中に配置されている環状リングの形状のそれぞれのシーリング部材４２を備えている。環状シールリング４２は、好ましくは、金属シェル端部とのシーリング係合を提供できるゴムのようなエラストマ材料から形成される。

ベースリング３８は、環状のコンクリートまたはモルタル注入キャビティまたはチャンバ４６の閉じた底端部を形成する上方または上部表面４４を含んでいる。ベースリング３８は更に、リング３８の内径に沿って円周方向に配置されている溝４８を含む。溝４８は、その中にシーリング部材５０の設置を受け入れて、折りたたみ式内部モールド部材５２の外側壁表面に対して係合してシールを形成するように、配置され、それに合わせたサイズおよび形状を有している。

ベースリング３８は更に、本体３９から半径方向に内側に向けて、ベースリングの内径から離れるように突出し、略円筒形の変位チューブ５４に接続されている部分を含み、例えば、変位チューブ５４の底端部はそれによりベースリング上に搭載されている。図２に示されているように、折りたたみ式内部モールド部材５２は、変位チューブ５４の外径の周りに同心円状に位置している。折りたたみ式内部モールド部材と変位チューブはそれぞれ、金属材料のような構造的剛性を有する材料から形成されており、好ましい実施の形態においては、折りたたみ式内部モールド部材と変位チューブの両者は、スチールから形成される。

折りたたみ式内部モールド部材５２は、シリンダ形状に巻かれた単一の材料シートから形成でき、または溶接され、または円筒形状を形成するように一緒に接合された多数のパネルまたはシートから形成できる。例としての実施の形態においては、折りたたみ式内部モールド部材は、内部モールド部材の長さに沿って縦方向に延伸する２つの端部を有する円筒形シートの形状で設けられている。端部は、お互いに対して、内側に向けて移動できるように、例えば、お互いに向けて巻かれて構成されており、内部モールド部材の径を減少して、それにより、内部モールド部材が、形成されたＰＣＰＳのそこからの除去を容易にする目的のために折りたたまれる。

例としての実施の形態においては、折りたたみ式内部モールド部材の端部は、注入および加圧操作の間に固定内部モールド部材径を維持するように動作し、内部モールド部材の端部を共に移動して、それによりモールド部材を折りたたんで、形成されたコンクリートまたはモルタルコアからのモールド部材の取外しを容易するように動作可能な機構によりお互いに接続されている。内部モールド部材は更に、圧力下で、ＰＣＳＰの注入および形成の間に、コンクリートまたはモルタル組成物の漏洩を最小限度に抑えるようにも構成されている。好ましい実施の形態においては、ゲートが折りたたみ式内部モールド部材端部間に配置され、操作の適切な段階において、内部モールド部材の径を縮小するように遠隔操作で起動でき、それにより、内部モールド部材を、形成されたＰＣＳＰからの除去が可能になる。

底部補強リング５６が、ベースリング３８に隣接する折りたたみ式内部モールド部材５２の内径表面に沿って位置し、折りたたみ式内部モールド部材の底端部とベースリングとの間の所望のシーリング係合を促進することを支援する。底部補強リング５６は、構造的剛性を有する材料から形成でき、単独で、または協働して折りたたみ式内部モールド部材底端部の内側に向けて同心円状に位置している環状支持体を形成する、１つ以上の部材を備えることができる。例としての実施の形態においては、底部補強リングはスチールから製造され、内部モールド部材の底部に溶接されている。

アセンブリ３０の上部に移動すると、環状上部リング５８が、金属シェル３２の上端部に隣接して位置している。例としての実施の形態において、上部リングは、金属シェル３２の端部３４の周囲に同心円状に位置している円筒形外部部分６０を備えている。外部部分６０は、端部３４の設置を受け入れるようなサイズおよび形状の内径を有しており、そのような径の下方領域内において端部３４の設置を受け入れる。シーリング部材６２は、端部３４の周りで周囲方向に配置されている１つ以上のそれぞれの溝内に位置しており、上部リング５８と金属シェル３２の間にシールを提供する。シーリング部材６２は、ゴムのようなエラストマ材料から製造される環状部材であってもよい。

図２の実施の形態は、シェル端部とベースリング上にそれぞれ配置されている溝に配置されているアセンブリの上部および底部におけるシーリング部材の使用を例示しているが、コンクリートまたはモルタルチャンバ４６の上部および底部において所望のシールを形成するために使用される特別シーリング機構は、記載され例示されたもの以外であってもよく、そのような変形例は、本発明の範囲内であることは理解されたい。

上部リング外部の内径もまた、加圧媒体の受け入れのためにサイズを合わされ構成されている中心領域を含み、差込み部３４上方のコンクリートまたはモルタルの所望の余剰体積を収容する。上部リングにより提供される余剰体積は、外部スチールパイプまたはシェル３２が圧力下で径を増大させるときの、加圧中にチャンバ４６内で起こる体積増加を補うために有益である。加圧中の典型的な体積変化は、１０１．６ｍｍ（４インチ）厚のコンクリートライナに対して、垂直方向の高さの約１５２．４から１７７．８ｍｍ（６から７インチ）の損失という結果になる。上部リングは、そのような体積変化を吸収することを支援するように構成されている。

例としての実施の形態において、加圧媒体は水であり、上部リングの中心領域は垂直方向の高さを有するようにサイズが決められ、それにより、加圧中に起こるコンクリートまたはモルタルの体積変化に対処し、上部リング底部領域の径よりも小さな径を有している。このように、上部リング外部の内径のサイズを合わせることは、コンクリートまたはモルタル組成物をアセンブリ３０とチャンバ４６内に注入する工程と、引き続いて、注入されたコンクリートまたはモルタル組成物を加圧する両方の工程に対するアセンブリの間に、チャンバ４６に端部３４が挿入される範囲を制限するように作用する。

上部リングの外部６０は、アセンブリ３０の上部に置かれる上部部材、または圧力上部またはキャップ６６の設置を受け入れるようなサイズと形状を有する内径上部領域を含んでいる。例としての実施の形態においては、内径上部領域は、中心領域よりも小さなサイズの径を有しており、その中における上部部材６６の軸方向の設置を制御し、例えば、中心領域に入り込まないように制御する。

上部リング５８はまた、内部部分６８を含んでいる。例としての実施の形態においては、この内部部分は、中心揃えガセット（図示しない）により上部リング５８に溶接されている。内部部分６８は、外部部分６０から半径方向に内側に向けて位置し、且つ変位チューブから距離をおいて半径方向に外側に向けて位置し、折りたたみ式内部モールド部材５２の上方端部に隣接する位置に位置している。内部部分６８は、下方に向けて突出している一対のリップまたはリング７０を含んでおり、この対は、その間に折りたたみ式内部モールド部材５２の上端部の設置を受け入れるように配置され、サイズが決められている。

例としての実施の形態において、折りたたみ式内部モールド部材５２は固定的にベースリング３８の設置の特徴に一致し、リングリップ７０の少なくとも１つは、折りたたみ式内部モールド部材の半径方向外側に向けての動きを制限するように作用する。例としての実施の形態においては、リップ７０と上部リング６０は、１つのアセンブリの形状で提供されている。また、折りたたみ式内部モールド部材と接触していないリップの他端は、変位チューブの上部部分の外側表面に隣接して位置し、内部モールド部材５２の上端部を、金属シェル３２の端部３４と同心円状に位置決めすることを支援する。

上部補強リング７２は、上部リング内部部分６８に隣接する折りたたみ式内部モールド部材５２の内径表面に沿って位置しており、折りたたみ式モールド部材５２をリップ７０に対して押し進めることを支援する。上部補強リング７２は、構造的剛性を有する材料から形成され、単独で、または協働して折りたたみ式内部モールド部材の上端部の内側に向けて同心円状に位置している環状支持体を形成する、１つ以上の部材備えることができる。例としての実施の形態においては、上部補強リング７２はスチールから製造され、折りたたみ式内部モールド部材５２の端部に溶接されている。

上部部材または圧力上部６６は、外径に沿って上部リング外部部分６０と、内径にそって変位チューブ５４の上方端部に取り付けられている上部部分７４の間に、半径方向に位置している。上部部分７４は、加圧操作の間に内部圧力により生成される上部部材６６からのスラスト（推力）を吸収する。

圧力上部６６は、上部リング外部部分６０の内径上部領域に隣接して位置している外径壁表面を含み、その周りを外周方向に延伸している溝７６を含んでいる。環状シーリング部材７８は溝内に配置され、エラストマ材料から形成でき、上部リング外部部分との所望のシールを提供する。または、上部リング内径上部領域は、その中にシーリング部材の設置を受け入れるための溝を有するように構成できる。

圧力上部６０はまた、変位チューブ上部部分７４の外部表面に隣接して位置し、その外部表面とのシーリング係合を提供するように構成されている内径壁表面も含んでいる。例としての実施の形態においては、変位チューブ上部部分は、環状シーリング部材８２の設置をその中に受け入れるようなサイズに合わせられている外部表面に沿って外周方向に配置されている溝８０を備えており、シーリング部材は、このアセンブル３０において使用される他のシーリング部材に対して上述したようなエラストマ材料から形成できる。

固定部材８４は、圧力上部６６の上部に位置し、圧力上部６６の上部リング５８上への設置を除去可能に固定して、モールドアセンブリを閉じ、所定の位置へ固定するように構成されている。例としての実施の形態においては、固定部材８４は、変位チューブ上部部分７４の外径に沿って配置されている溝８６と一致できる内径エッジを有するようにサイズを合わせられているスナップリングのような形状で設けられている。固定部材は溝８６を係合して、圧力鋳造操作の間の上部部材６６上の圧力スラストに抗する。

変位チューブ５４は、上部部分７４から下方にベースリング３８まで延伸する略円筒形の部材であって、１つ以上のリブ８８を含んでもよい。１つ以上のリブは、圧力鋳造操作の間にモールドアセンブリに加えられる外部圧力により変位チューブが折りたたまれないように変位チューブを安定させ、また、ＰＣＰＳを形成する工程の間に、変位チューブの半径方向の動きまたは反りを最小限に抑える目的で、チューブの径方向反対側の部分の間に延伸し、および／または中心に位置する搭載ハブなど（図示しない）まで延伸してもよい。

変位チューブ５４は、チューブ壁を通して位置し、加圧媒体、例えば水のアセンブリへの移送を容易にする入口９０を含んでいる。入口は、水送出しパイプのような従来の加圧媒体送出し装置への取付けを容易にする目的の耐漏洩接続端部９２を含んでいる。好ましい実施の形態においては、入口９０は、変位チューブ５４の底部の近くに位置し、ポンプなどの吐出端部からのような、適切な加圧装置からの加圧された水の送出しを受け入れるように構成されている。

上述したアセンブリ３０は、下記の方法で操作されてＰＣＳＰを形成する。圧力上部６６と固定部材８４をアセンブリの上部部分の上に設置する前に、コンクリートまたはモルタル組成物の所望の体積が、金属シェル３２と折りたたみ式内部モールド部材５２の間に形成されているチャンバ４６内に注入または送り出される。

例としての実施の形態において、コンクリートまたはモルタル組成物は、下記の特性を有する混合物を備えている。１つの所望の特性は、コンクリートまたはモルタルは自然に水平になる、つまり、液体のように振る舞うことである。これは、コンクリートまたはモルタルが、その表面に加えられた圧力を、パイプの上部からパイプの底部まで半径方向外側に向けて移送して、スチールパイプを膨張させるので望ましい。第２の特性は、コンクリートまたはモルタルが膨張可能であるということである。膨張性混合物の使用により、クリープ（変形）および乾燥収縮による望ましくない体積の損失を最小限に抑え、および／または回避することが支援され、操作中にパイプ壁上の所望の応力を維持することが支援される。

好ましい実施の形態においては、コンクリートコアのプリストレスは、内部圧力が操作圧力に到達するときは、非常に小さいか除去されている。コンクリートコアにおける最大引っ張り変形は、コンクリートコアが、金属シェルの内径と接触していることを確実にするために制限され、または非常に小さい環状ギャップのみがコンクリートコアと金属シェルの内径の間に存在する。そのような接触または近接は、コンクリートコアが、スチールを約５０年もの期間、腐食から保護するために必要な高いアルカリ性環境を提供することを確実にするように支援する。好ましい実施の形態においては、スチールは、土壌負荷に対する利用できるいかなるスチール応力またはコンクリートまたはモルタルコアへの反動力を使用することなく、圧力からの負荷を担う。コアと、隣接する埋戻し支持体は、土壌重量、パイプ重量、および水重量による外部負荷を支持するために必要な剛性を提供する。例としての実施の形態においては、コンクリートまたはモルタル組成物は、制限された収縮を伴って、自然と水平になり、補強はされず、例えば、レバー（補強バー、鉄筋）または他の金属補強部材をその中に含まない。

この方法でＰＣＳＰを製造するために使用されるコンクリートまたはモルタル組成物の体積は、ＰＣＳＰの長さ、および所望のコンクリートライナの厚さなどの要因に依存して変えることができる。コンクリートまたはモルタル組成物は、注入物の上部表面が端部３４の上部エッジ内に延伸するまでチャンバ４６内に送り出される。例としての実施の形態においては、コンクリートまたはモルタル組成物は、その表面がある距離だけ延伸して、上部リング５８内に延伸するようにモールド内に送り出される。上述したように、上部リング５８は、金属シェルの外方向への膨張により、加圧中にモールド内で、コンクリートまたはモルタル表面のレベルが下方向へ動くことに対処するために有益な、コンクリートまたはモルタルの余剰体積を提供するように作動する。例としての実施の形態においては、端部３４の上部に配置されているコンクリートまたはモルタルの体積は、コンクリートの最終レベルが、ちょうど端部３４の上部となるように、加圧中に垂直方向の高さの変動を補うのに十分である。上記に提示した方程式は、圧力鋳造工程の間のコンクリートの高さにおける垂直方向の降下の計算例を提供する。

コンクリート組成物がチャンバ４６内に注入され、その硬化が始まる前に、圧力上部６６と固定部材８４は、アセンブリの上部の上の定位置に搭載される。そして水が、所望の操作圧力下で、水入口９０を通してモールドアセンブリ内に導かれる。水はアセンブリ内に流入し、変位チューブ５４と折りたたみ式内部モールド部材５２の間に形成されている環状水チャンバ９４を満たす。水はまた、アセンブリの上部にも移動して、コンクリートまたはモルタル組成物の表面の上方に配置され、上部リングの中心領域内でほぼ画定されているアセンブリの上方チャンバ９６を満たす。アセンブリ内の水は、チャンバ９４と９６内と同じ圧力を有しており、それにより、コンクリートまたはモルタル組成物上に所望の圧迫力（又は、応力発生力）を加えるように働き、一方、同時に、アセンブリ内の折りたたみ式コアの半径方向の設置位置を支持し、例えば、等しい圧力が折りたたみ式内部モールド部材の両側に作用し、アセンブリ内でのその半径方向の位置を維持するように働く。

アセンブリ内の水の圧力は、コンクリートまたはモルタル組成物の鋳造および硬化中に所望の時間だけ一定のレベルに維持される。加圧媒体としての水の使用は、漏洩を補うための水が、必要なときに供給されることを可能にし、加圧工程の間、種々のシーリングリングにおいて起こり得る漏洩に対処すること、をポンプの故障を引き起こす惧れなく可能にする。つまり、コンクリートまたはグラウト圧力ポンプにより圧力が維持されたときに起こり得る、水が加圧ポンプ内で硬化するということはない。コンクリートまたはモルタル組成物が加圧される正確な時間は、特別なエンドユース適用と共に、特別なパイプ設計および／または性能基準、使用されるコンクリート組成物のタイプによって決まる。

本発明の原理による、ＰＣＳＰとその製造方法は、下記の例を参照することにより、より良く理解できる。
例
図２に例示されているアセンブリを使用して、約３．３４ＫＮ（７５０ポンド）のセメント（ＴｙｐｅＩ／ＩＩ）と、６．６３ＫＮ（１,４９０ポンド）の粗い砂利と、６．２３ＫＮ（１,４００ポンド）の砂と、１．４２ＫＮ（３１９ポンド）の水と、６０液量オンス（１．７Ｋｇ）の高範囲水縮退混合物（Ｇｌｅｎｉｕｍ７７００）と、１０液量オンス（２８３ｇ）の粘性改質混合物（ＶＭＡ５３８）を含み、少量の気泡（２.５％）を含み、組成物の合計重量が約１７．６１ＫＮ（３,９５９ポンド）になるようなコンクリート組成物を送り出すことにより、約２．３４ｍ（９２インチ）の金属シェル内径を有するＰＣＳＰが形成された。所望するのであれば、上記の組成に開示されたセメント構成要素の一部（１５から１０重量％）は、ＣＴＳ Ｃｅｍｅｎｔ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ Ｃｏｒｐ. のＫｏｍｐｏｎｅｎｔのような膨張性作用物と置き換えることもでき、乾燥またはクリープ（変形）による収縮を補償することができる。この組成物が、コンクリートまたはモルタルモールドチャンバ内に送り出された。折りたたみ式内部モールド部材は、結果としての硬化コンクリートライナの内径が約２．１３ｍ（８４インチ）となるように位置されている。金属シェルは、約４．０６ｍｍ（０.１６インチ）の壁厚を有するスチールシェルの形状で設けられた。このＰＣＳＰに対する所望のコンクリートライナの壁厚は、約４インチであった。コンクリート組成物がモールドチャンバ内に送り出された後、水が、コンクリート組成物の表面を覆うようにモールドアセンブリ内に導入された。アセンブリ内の水は、規定最小降伏強度（ＳＭＹＳ）の約９０％のスチールにおける応力を生成する圧力まで加圧された。この場合、スチールは４１３．７ＭＰａ（６０,０００ｐｓｉ）の最小降伏点を有するＸ６０であり、そのため３７２．３ＭＰａ（５４,０００ｐｓｉ）を生成するために必要な内部圧力は約１．２９６ＭＰａ（１８８ｐｓｉ）である。この例においては、Ｄ／ｔ比は９２／０.１６＝５７５であり、水パイプ設計における従来の慣習を超えており、外部土壌負荷を支えることが可能な、より厚いコンクリートライナにより可能である。水の圧力はこのレベルで約２４時間維持され、約３７２．３ＭＰａ（５４,０００ｐｓｉ）の応力をスチールパイプ上に加えてスチールパイプを膨張させた。例えば６０と７１．１℃（１４０と１６０°Ｆ）での、２４時間の温度を上げた硬化の後に、折りたたみ式内部モールド部材は、退避した位置に移動され、アセンブリ内の水の圧力は解放され、それによりスチールパイプをコンクリートコア上に退避させてコンクリートコアを圧縮状態にした。結果としてのＰＣＳＰはアセンブリから除去され、ＰＣＳＰに周囲の圧力条件下で硬化を続けさせた。初期の上昇された温度硬化の直後に、ＰＣＳＰのコンクリートコアを、約１１．４４ＭＰａ（１,６５９ｐｓｉ）の圧縮応力下に置いた。例としての計算を提供する上記に提示した一連の方程式を参照されたい。

説明されている方法でのＰＣＳＰ製造の特徴は、コンクリート自身またはグラウトを加圧媒体として使用するのではなく、水を加圧媒体として使用することである。コンクリート組成物またはグラウトを加圧媒体として使用すること欠点は、組成物が硬化するときに時間の経過と共に起こると知られている、所望の定常圧力を維持する作業をより難しくする流動学的特性における変化と共に、コンクリート組成物の本質的な摩耗性の両者により、ポンプなどの加圧装置に起こり得る損傷である。

コンクリートまたはモルタル組成物を加圧するための加圧媒体としての水の使用によりこれらの問題は回避され、定常圧力を、従来のポンプ装置を使用して比較的容易な方法で、そして、コンクリート組成物の硬化に影響されない方法でコンクリート組成物上に定常圧力を加えることが可能になる。更に、コンクリート組成物は自然に水平になるので、水のように作用し、モールド内の組成物の表面に加えられた圧力を金属シェルに転送する。この転送された圧力により、金属シェルの径が、通常の水性テスト圧力下と同様に増大する。加圧工程の間に、いくら小さくとも漏洩が任意のシーリング表面において起こると、ポンプ装置のような水加圧装置は、容易に損失を補うことができ、金属シェルをストレッチ状態に保つことができる。コンクリートまたはモルタル組成物は水面下で硬化できるため、水圧力キャップは、コンクリートまたはモルタル組成物の何らかの漏洩があったとしても、水を補うことにより所望の加圧力を維持しながら組成物が硬化することを可能にする。

コンクリートまたはモルタルコアが、所望の時間だけ所望の圧力に晒されると、この圧力は、水をアセンブリから解放することで除去され、これにより金属シェルは、硬化したコンクリートライナまたはコア上に収縮し、それにより、コアを圧縮状態にすることでコアをプリストレスする。これが起こると、コンクリートまたはモルタルライナの内径もまた減少し、折りたたみ式コア上に押さえ付けられることになり、形成されたＰＣＳＰパイプからの除去を容易にする折りたたみ式の内部コア部材を使用する必要がなくなる。好ましい実施の形態においては、ＰＣＳＰが所望の時間だけ加圧されると、アセンブリ内の圧力を解放する前に、折りたたみ式内部モールド部材が最初に折りたたまれ、コアの押さえ付ける力による内部モールド部材の損傷が回避され、内部モールド部材の折りたたみまたはその径を縮小する工程を容易にまたは簡単にすることが可能になる。

例としての実施の形態において、モールドアセンブリは、チャンバ９４と９６内の水の圧力が同じになるように構成されており、例えば、チャンバが、チャンバ９４と９６内の水の圧力がお互いに流体流接続されるように構成されている。図２に例示されている例としての実施の形態においては、加圧水は、シールがないので、リップまたは中心揃えリング７０を横切ってチャンバ９４からチャンバ９６に流れる。所望であれば、溝および／または穴を、チャンバ９４と９６の間の水の通路を広げるために設けることもできる。

内部モールド部材が折りたたまれ、圧力が解放されると、圧力上部６６は除去され、モールディング／加圧アセンブリの残りの構成要素は解体される。ＰＣＳＰは、ベースリング３８から除去できる。除去されたＰＣＳＰは、周囲圧力および水和環境における、例えば、更なる硬化を容易にするために必要な水に晒すことができる場所で、コンクリートまたはモルタルライナの更なる硬化のために所望の場所に輸送することができる。例としての実施の形態において、コンクリート組成物を垂直方向に鋳造し、約２４時間の間約１．２９６ＭＰａ（１８８ｐｓｉ）の圧力に晒して、その後、圧力を解放して、ＰＣＳＰパイプを除去して、約２８日の間の更なる周囲圧力での硬化を容易にしてもよい。例としての実施の形態において、ＰＣＳＰは、モールド内の鋳造圧力を維持しながら、蒸気で２４時間硬化することもできる。２４時間の蒸気による硬化は、ＰＣＳＰを、２８日の強度の通常は８０％である７日の周囲硬化レベルと等価のＰＣＳＰにすることができる。温度を上げた蒸気による硬化は硬化率を加速し、ＰＣＳＰを圧力鋳造アセンブリから、より迅速に取り外すことを可能にし、それにより、追加のＰＣＳＰを製造する製造率が向上される。

図３は、上述した原理に従ってＰＣＳＰを製造するために有益な別の例としてのアセンブリ２００を例示しており、上記に開示し、図２に例示したものと、折りたたみ式内部モールド部材と、ＰＣＳＰを加圧鋳造して形成するために水加圧媒体を利用することにおいて若干類似している。一般的には、アセンブリは、端部２０４と２０６を備えている円筒形金属シェル２０２０を利用し、金属シェル２０２は、結果としてのＰＣＳＰの外部表面を画定する。アセンブリ２００は、アセンブリの底部部分に位置し、端部２０６の内部表面とシール接触している環状ベースリング２０８を含んでいる。ベースリングは、図２に例示されたアセンブリにおいて使用された上記のベースリングと、ほぼ同じようにして構成できる。

略円筒形の変位チューブ２１０は、金属シェル２０２と同心円状に内側に向けて位置しており、ベースリング２０８から上方に向けて縦方向に、アセンブリ２００の上方部分に位置している上部キャップアセンブリ２１３と接触している変位チューブ２１２の上方リングまで延伸している。変位チューブは、図２のアセンブリに対して上述したのとほぼ同じように構成され、壁部分を通して延伸し、加圧水をアセンブリ内に受け入れる水入口２１４を含んでいる。

折りたたみ式内部モールド部材２１６は、金属シェル２０２と変位チューブ２１０の間に半径方向に介在されている。折りたたみ式内部モールド部材は、図２に例示されたアセンブリに対して記載したのと同じように構成され、金属シェルと共に、コンクリートまたはモルタル組成物を中に受け入れて鋳造するためのモールドチャンバまたはキャビティ２１８を形成するために設けられている。上方および下方補強リングまたはバンド２２０と２２２は、折りたたみ式内部モールド部材を所望の半径方向の位置に保つために使用される。

上部リング２２４は上部キャップアセンブリ２１３に固定され、金属シェルの端部２０４上に位置しており、環状シーリング部材２２６は、端部と上部リングの間の所望のシールを形成するために使用できる。上部リング２２４は、折りたたみ式内部モールド部材の外径部分と共に、注入キャビティ２２８をその中に形成する内径を含んでいる。上部リング２２４は、折りたたみ式内部モールド部材２１６の外部表面と一致するように下方に突出して、圧力鋳造工程の間の半径方向の動きを制限する少なくとも１つのリップまたはリング２３０を含んでいる。

上部リング部分２１２は、変位チューブ２１０の上方端部に取り付けられている。上部キャップアセンブリ２１３は、変位チューブ２１０の上部リング部分２１２上に位置している。上部キャップアセンブリ２１３は、上部キャップアセンブリ２１３の上方環状リング２３６と下方環状リング２３１を通して延伸して、加圧前にコンクリートまたはモルタル組成物の注入キャビティ２１８への送出しを容易にする、開口部を通るフィルチューブ２３２を含んでいる。フィルチューブ２３２は、パイプなどの適切なコンクリートまたはモルタル送出し装置との取付け部を受け入れるための耐水接続端部を含むことができる。例としての実施の形態においては、フィルチューブ２３２は約１０１．６ｍｍ（４インチ）の径を有しており、そこを通してのコンクリートまたはモルタル組成物の汲み上げまたは注入を容易にする。例としての実施の形態においては、上部キャップアセンブリ２１３と上部リング２２４は、下方環状リング２３１において、共に溶接された構成要素として組み合わされている。

上部キャップアセンブリ２１３は、間隔を置いて配置され、ガセット板によりお互いに固定されている上方環状リング２３６と下方環状リング２３１により構成されている。上部キャップアセンブリ２１３は、環状シール２３４と２２６においてシール接触するように設置されている。上部キャップアセンブリは、スナップリングのような固定部材２３８の使用により所定の位置に保持されている。例としての実施の形態において、固定部材２３８は、変位チューブ２１０に取り付けられている端部リング２１２の隣接表面に沿って配置されている溝内で係合されることにより固定位置に設置されているスナップリングである。

アセンブリ２００に対する、上述の要素すべてを形成するために使用される材料は、図２に例示されたアセンブリ３０に対する、上記の同じ要素を形成するために使用される材料と同じであってよい。

このように構成されて、アセンブリ２００は、下記のように操作されてＰＣＳＰを形成する。図２のアセンブリと比較すると、図３に例示されているアセンブリは、上部キャップアセンブリ２１３を、コンクリートまたはモルタル組成物をアセンブリ内に送り出す前に、所定の位置に設置して固定することが可能になる。そして、所望の体積のコンクリートまたはモルタル組成物が、フィルチューブによりアセンブリ内に送り出され、例えば、注入または汲み上げられ、チャンバ２１８を満たし、チャンバ２２８の少なくとも一部を満たす。

図３に示されているように、そして、図２に例示されているアセンブリに対して説明したように、コンクリートまたはモルタル組成物の充填レベルは、金属シェルの外側に向かう膨張のために、加圧中にコンクリート表面のレベルが落ちることを補うための、端部２０４の上方の所望の距離である。例としての実施の形態においては、アセンブリ２００は、フィルチューブから約１８０度離れて位置し、所望のコンクリート表面レベルが達成されたときを判断するための観測チューブとして使用できる別のチューブを含んでもよい。所望であれば、フロートのようなものを観測チューブ内に設置して、正確な充填レベルの判断を容易にすることもできる。

コンクリートまたはモルタル組成物が送り出されると、フィルチューブは閉じられ、水が、所望の圧力で、入口２１４を通してアセンブリ内に導かれる。圧力を加えられた水は変位チューブ２１０と折りたたみ式内部モールド部材２１６の間の環状空間を充填し、折りたたみ式内部モールド部材の上部エッジの上を通り、注入キャビティ２２８に入り、そこでコンクリートまたはモルタル組成物を加圧するように作動する。水の圧力は、コンクリートまたはモルタル組成物上に所望の圧迫力を加えるように作動し、コンクリートまたはモルタル組成物はその圧力を、図２に例示されたアセンブリに対して上記と同じように金属シェルに伝達する。

図４は、上述した原理に従ってＰＣＳＰを製造するために有益な別の例としてのアセンブリ１００を例示している。折りたたみ式内部モールドを利用する図２と３に例示された例としてのアセンブリとは異なり、図４に例示されているアセンブリの実施の形態は、内部モールド部材、例えば、ブラダ、ファイバーガラスパイプなどを利用し、内部モールド部材は、注入および圧力鋳造工程の間にコンクリートライナの内径を形成するために使用でき、また、ＰＣＳＰが形成された後に、チャンバ１５２内の初期膨張圧力を除去することにより、コンクリートライナからの除去が可能である。

アセンブリ１００は、金属シェル１０２と、それぞれ反対側の上部および底部シェル端部に取り付けられている端部１０４と１０６を利用する。シェルと端部は、上記に開示し、図２と３に例示されたものと同じであってよい。環状ベースリング１０８は、アセンブリ１００の底部に位置し、端部１０６の内部表面とのシールを形成するために、シーリング部材１１２を収容するようにサイズを合わされ、そのような形状に整形されている外径に沿って外周方向に位置している溝１１０を備えている。べースリングはまた、変位チューブ底部の設置を受け入れるように構成されている内径部分１１４も含んでいる。

べースリング１０８は更に、内部モールド部材１１６と係合してシールを形成する機構を含んでいる。例としての実施の形態において、この機構は、リングの上部表面に沿って配置されている溝１２０内に適合し、ネジを切られた取付け手段１２２によりリングに取外し可能に取り付けられるシールリング１１８の形状で設けられている。リングシールは、内部モールド部材の端部部分と係合して、それをベースリングに取り付け且つシールするように構成されている。シーリング部材１２４は、必要であれば、内部モールド部材とべースリングの間の所望するシールを確実にするために使用してもよい。

アセンブリ１００の上部に移動すると、上部リング１２６は、端部１０４の部分の上に位置している外部部分１２８を備えており、１つ以上の環状シーリング部材１３０が、端部１０４の周りの外周方向に配置されているそれぞれの溝１３２内に位置して、外部部分１２８とのシールを提供している。上部リング１２６は、変位チューブ１３８に接続されている上部部分１３６に対して位置している内部部分１３４を含んでいる。変位チューブは、べースリングと上部部分の間を縦方向に延伸しており、内部モールド部材１１６の内側に向けて同心円状に位置している。上部部分１３６は、環状シーリング部材１４２を有しており、環状シーリング部材１４２は溝１４０内に配置され、上部リング内部部分１３４との所望のシールを提供している。

内部モールド部材１１６は、内部モールド部材としての使用のために選択される材料のタイプによって決まる適切な取付け機構１４４により、上部部分に取り付けられている。内部モールド部材がエラストマブラダの形状で提供されるときは、内部モールド部材を上部部分に取り付けるために使用される取付け機構は、シグノード（Ｓｉｇｎｏｄｅ. ＫＫ.（社名））ストラップなどてあってよい。内部モールド部材１１６を上部部分とベースリングに取り付けるために使用される取付け機構の正確なタイプおよび／または構成は、それらを形成するために使用される材料および／または構造のタイプによって変えることもでき且つ変わるということに留意されたい。例えば、内部モールド部材１１６が剛性であるが膨張可能な材料、例えば、ファイバグラスパイプなどの形状で提供されるときは、取付け機構は、既に述べたものとは異なってもよい。しかし、その機能は、一般的には、内部モールド部材端部の、上部部分とリング部材それぞれへの取付けを容易にし且つ内部モールド部材のどちらかの側における材料の望ましくない漏洩を最小にする、または除去するという方法で取付けを容易にすることである。

例としての実施の形態において、上部シールキャップ１４８は上部リング１２８に溶接されてモールドアセンブリをシールする。そのような例としての実施の形態においては、上部シールキャップ１４８は、所望の体積のコンクリートまたはモルタル組成物をアセンブリ内に送り出すためのキャップ１４８を介して延伸しているフィルチューブ（図３に例示されているアセンブリに示されている）を含んでいる。

図４に例示されているアセンブリ１００は、下記の方法でＰＣＳＰを形成するために使用される。水チャンバ１５０内において所望のレベルまで（上述したように、加圧中のコンクリート表面レベルの降下に対処するため）所望の体積のコンクリートまたはモルタル組成物が、モールドキャビティまたはチャンバ１４６内に注入、汲み上げ、または送り出され、コンクリートまたはモルタルフィルソースがシールされると、加圧された水が、注入されたコンクリートまたはモルタル組成物の表面を覆い、上部リング１２８内に配置されている水チャンバ１５０を充填するようにアセンブリ１００内に導入される。

アセンブリ１００の１つの実施の形態において、内部モールド部材１１６は、エラストマブラダのような受動部材であり、アセンブリは、所望の体積の水のような流体により満たされている環状チャンバまたはキャビティ１５２を備えている。水チャンバ１５０内の水の圧力が所望のレベルまで増大すると、環状キャビティ１５２内の水の圧力は、変位チューブ上への直接の受動反動力により増大する。この実施の形態においては、ブラダ内の流体、つまり、水は圧縮不可のため、実際の力は内部モールド部材自身には加えられない。

アセンブリ１００の別の実施の形態において、内部モールド部材１１６は、変位チューブの周りに同心円状に位置していた、ファイバグラスのような能動部材である。この実施の形態においては、コンクリートコアを鋳造する前に、変位チューブとパイプの間に存在している環状チャンバまたはキャビティ１５２を、水のような流体で加圧して、パイプを圧力下で膨張させる。キャビティ１５２内の加圧流体はシールされ、加圧された水は、上述したようにモールドチャンバ１５０内に導入され、コンクリートまたはモルタルを圧力鋳造する。

圧力鋳造工程の期間と共に、この実施の形態においてコンクリートまたはモルタル組成物を圧力鋳造するために使用される水の圧力は、図２と３に例示されたアセンブリに対して上述したものと同じであってよい。この圧力鋳造の間、水はコンクリートまたはモルタル組成物を加圧し、その圧力は金属シェルに伝達され、シェルは応力が加えられて所望の量だけ外側に向けて拡張される。

指定された時間が経過すると、モールドチャンバ１５０内の水の圧力は解放され、金属シェルは、硬化したコンクリートまたはモルタルライナ上で収縮して、ライナを圧縮状態に置き、コンクリートまたはモルタルライナの内径を減少させる。そして、上述した両者の実施の形態の環状水チャンバ１５２内の流体はそこから解放され、１つの実施の形態においてはブラダ、そして他の実施の形態においてはファイバグラスパイプを収縮させ、それ自身を硬化したコンクリートまたはモルタルライナの内径から自由にさせ、それにより、アセンブリからそのように形成されたＰＣＳＰの除去が可能になる。そして、アセンブリ要素は解体され、結果としてのＰＣＳＰは、図２と３において例示されたアセンブリの実施の形態に対して上述したように除去できる。

一般的に言えば、上述の方法で構築されたＰＣＳＰは、アセンブリを使用して圧力鋳造され、上述した工程方法によれば、約１日または２４時間の間、コンクリートまたはモルタル組成物は固まり、そして初期の硬化が可能になる。本発明のＰＣＳＰを形成するために使用されるコンクリートまたはモルタル組成物は、所望の量の膨張性添加物または作用物を、ＰＣＳＰが圧力鋳造の間およびその後に硬化を継続するときに、増大および／または継続した量のプリストレスを達成する目的で含むことも可能である。膨張性添加物の使用はまた、コンクリートまたはモルタルコアの硬化の間に起こる硬化と乾燥による収縮と、スチールシリンダからコンクリートライナへ加えられる圧縮応力により引き起こされるコンクリートまたはモルタルにおけるクリープ（変形）を補うこともできる。膨張性添加物の使用は、金属シェル内の加圧された応力に対して、コンクリートコアと金属シェル上の最大プリストレスを、圧力鋳造工程および硬化段階の間維持することを支援できる。

例としての実施の形態において、ＳＭＹＳの約９０％を超えて圧力鋳造することは不可能であり望ましくない。圧力鋳造工程中の圧力の解放は、ＰＣＳＰにおけるスチール応力を、ＳＭＹＳのほぼ９０％未満の値に減少する。この点において、コンクリートまたはモルタル組成物内の膨張性作用物の存在は、スチールに、より大きな応力を加えて、過剰な応力をスチールに加えることなしに、クリープ（変形）および収縮による損失を相殺することができる。この目的で使用される膨張性作用物は、コンクリートが十分に固まり、スチールプリストレスに抗することを可能にする初期のコンクリート硬化からの遅延時間を有し、後で（圧力が除去され、パイプがモールドアセンブリから除去された後で）、膨張性コンクリートが、スチールの設計降伏点を超えることなく、スチールプリストレスを増大することが望ましい。クリープ（変形）と乾燥収縮はまた、パイプが圧力鋳造モールドから除去された後でも起こるので、パイプが圧力鋳造された後はこれらの反対の効果はお互いに相殺される。

この目的のために有益な適切な膨張性作用物には、ＣＴＳ Ｃｅｍｅｎｔ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ ＣｏｒｐからのＫｏｍｐｏｎｅｎｔという製品名で入手可能なものがあり、乾燥およびクリープ（変形）による収縮を補償する。例としての実施の形態において、膨張性作用物は、コンクリート組成物において使用されているセメント成分の最大約１５から２０重量％を含むことができる。膨張性作用物の任意の随時的使用法および、そのような任意の使用法における量は、パイプを形成するために使用される材料、工学的設計基準と性能パラメータ、およびエンドユース適用のような多数の要因により変えることができ且つ変わるということは理解されたい。

例としての実施の形態において、鋳造圧力は、硬化中はＳＹＭＳの９０％に設定される。コンクリートコアの初期のプリストレスは、コンクリートの硬化収縮、コンクリートの乾燥収縮、およびコンクリートライナとスチールパイプ内のクリープ（変形）により減少される。これらの損失のより、スチールシリンダに対して可能な全設計応力が、コンクリートライナ上にかかっているすべてのプリストレスを除去し、操作中にコンクリートライナに張力を加えるか、またはコンクリートライナとスチールパイプの間の有害な環状ギャップの可能性を引き起こすことなしには達成できないということになる。コンクリートにおける小さな環状ギャップまたは張力は、ＡＷＷＡＣ３００パイプのようなコンクリートおよびスチールパイプにおいては容認され立証されているが、スチールシェルにおける過度の変形は回避しなければならない。コンクリートライナを、スチールパイプに固定してこの環状ギャップを防止し、操作中にコンクリートライナに張力がかかることを防止できる。これらの変形例はすべて可能であり、特別な適用（又は、用途）には望ましいこともある。

好ましい実施の形態において、コンクリートまたはモルタルライナは、操作圧力においてはスチールシリンダからの非常に小さなプリストレス下にあるか、スチールシリンダが、操作圧力において、コンクリートまたはモルタルコアの自由径を超える非常に制限された量だけ膨張される。これにより、スチールパイプにおけるすべての許容設計応力を、内部圧力に抗するために使用することが可能になり、一方、ライナと、隣接するバックフィル支持体を、埋没土壌負荷と、パイプと水の重量に抗するために使用できる。好ましい実施の形態を達成するために必要な膨張性作用物の量は、鋳造圧力、クリープ（変形）要因、収縮要因、およびスチールパイプにおける所望の操作応力により決まる。パイプの全設計は、復元可能な乾燥収縮を含む。乾燥収縮の約７０％は、パイプが水で満たされ、コンクリートライナが、乾燥中に失われた水を再吸収可能になると復元可能である。コンクリートのこの再膨張は、すべての種々の損失と、初期の鋳造圧力、乾燥および硬化収縮、膨張性作用物によるコンクリートの膨張、および支えられている負荷のもとでのスチールとコンクリートライナにおけるクリープ（変形）に関連する利得を含めて、コンクリートライナの正味のプリストレスの一部として使用できる。

上述した方法で構築されたＰＣＳＰの１つの特徴は、ＰＣＣＰ、補強コンクリートスチールシリンダパイプ、従来設計のモルタルライナ付きスチールパイプにより現在提供される条件、例えば、５０年のオーダーという条件を満たす程度の腐食耐性を提供できるコンクリートまたはモルタルライナを備えているということである。更に、そのようなＰＣＳＰは、コンクリートライナを圧縮状態に置き、また、より強固で、ＰＣＣＰと比較して、例えば、張力ワイヤの腐食および破断により、突然、故障するということになりにくい方法でコンクリートライナを圧縮状態に置く金属シェルを備えている。更に、金属シェルは、腐食環境または陰極性保護の望ましくない効果に対する、誘電体保護／耐性の所望の程度を提供できる適切なポリマ材料により容易に被覆できる。更に、金属シェルは、腐食部分が特定されたときは、パイプを供用状態から除去する必要なしに、および／またはパイプをそれが埋設されている場所から除去する必要なしに、溶接パッチなどにより容易に修理できる。

更に、上述した方法で構築されたＰＣＳＰは、圧力鋳造の単一ステップで形成でき、コンクリートライナは、プリストレス力が金属シェル上に加えられ、続いて、コンクリートを圧縮状態にすると同時に形成され、それにより、複数ステップが回避され、時間と労力が節約される。更に、水を加圧媒体として使用する上記の方法により構築されたＰＣＳＰは、スクラップ化した部分、材料の損失、労力のコスト、および減少された製造効率という結果になる、圧力工程中のポンプの故障の可能性を回避する。

更に、本発明の原理により構築されたＰＣＳＰは、輸送中と設置中に非常に剛性であるパイプ構造を提供する。従来のコンクリートモルタルライナ付きスチールパイプにおいては、パイプは非常に柔軟であったため、パイプ内において横木、木製または金属支持体が、パイプが過度に屈曲し、ライナを崩壊し、および／または破断することを防止するために必要である。ＰＣＳＰに関連するスチールからライナに加えられる圧縮力を伴う、より厚いライナにより、パイプは、横木なしに輸送および埋設に対して非常に強固になり、従来のコンクリートライナ付きスチールパイプと比較したときに、更なる経費の節約となる。上記に提示された方程式は、圧力鋳造スチールパイプに対する従来のスチールパイプのパイプの剛性の例としての比較を提供している。

本発明の原理によるＰＣＳＰ構築の他の変形および変形例、およびそれを製造するための方法とアセンブリは、当業者には明白であろう。従って、付随する請求項の範囲において、本発明を、具体的に記載した以外の方法で実践できるということは理解されるべきである。

Claims (22)

1. 圧力鋳造ライナ付スチールパイプであって、
   前記パイプの内径を形成する環状コンクリートまたはモルタルライナと、
   前記ライナを取り囲んでおり、１．５２から１９．０５ｍｍ（０.０６から０.７５インチ）の壁厚を有しているスチールシェルと、を備える、スチールパイプにおいて、
   前記ライナは、前記シェル壁厚の１０倍から５０倍の壁厚を有しており、
   前記ライナは、前記スチールシェルの内部壁表面と直接に接触しており、
   前記ライナは、水との直接的接触により、前記スチールシェルに対して硬化されて、前記硬化されたライナが前記スチールシェルにより将来的に圧縮状態に置かれることを特徴とするパイプ。
2. 圧力鋳造ライナ付スチールパイプを製造する方法であって、
   コンクリートまたはモルタル組成物の所定の体積を、外径に沿うスチールシェルと、内径に沿う内部モールド部材の間に形成されているモールド内に送り出すステップと、
   前記組成物を圧力に晒して前記スチールシェルを膨張させるステップであって、前記圧力は、前記組成物の表面と直接的に接触する、水により提供される、圧力に晒すステップと、
   前記コンクリートまたはモルタル組成物が、コンクリートまたはモルタルライナを形成する硬化レベルに達した後に、前記圧力を解放するステップであって、前記解放するステップにより、前記スチールシェルをして前記ライナ上に圧縮力を加えさせるステップと、
   前記内部モールド部材を、前記ライナの内径から除去するステップと、を備えることを特徴とする方法。
3. 前記内部モールド部材は、エラストマ部材の形状で設けられることを特徴とする請求項２に記載の方法。
4. 前記内部モールド部材は、折りたたみ式剛性部材の形状で設けられることを特徴とする請求項２に記載の方法。
5. 前記内部モールド部材は、前記ライナの形成を可能にするように膨張し、圧力鋳造後に、前記コアの除去を可能にするように収縮できる円筒形剛性構造体の形状で設けられることを特徴とする請求項２に記載の方法。
6. 前記内部モールド部材は、高強度スチールチューブの形状で設けられることを特徴とする請求項２に記載の方法。
7. 前記内部モールド部材は、ファイバ強化樹脂パイプと、プラスチックパイプと、およびその組合せから構成される材料のグループから選択されることを特徴とする請求項２に記載の方法。
8. 前記コンクリートまたはモルタル組成物は、前記ライナ上に圧縮力を加えることに、前記スチールシェルと共に貢献する、膨張性作用物を含むことを特徴とする請求項２に記載の方法。
9. 前記モールドは、前記パイプの長手方向に向けられている環状チャンバを備えることを特徴とする請求項２に記載の方法。
10. 前記組成物を圧力に晒して前記スチールシェルを膨張させるステップにおいて、前記コンクリートまたはモルタルライナは、前記スチールシェルの内壁表面と直接に接触していることを特徴とする請求項２に記載の方法。
11. 前記コンクリートまたはモルタルライナは、前記スチールシェルの前記壁厚の１０倍から５０倍の壁厚を有することを特徴とする請求項２に記載の方法。
12. ライナ付きスチールパイプを製造するための圧力鋳造アセンブリであって、
    前記パイプの外部部分を画定する円筒形スチールシェルと、
    前記スチールシェルの底部部分と動作可能に接続されているベース部材と、
    前記スチールシェルの上部部分と動作可能に接続されている上部部材と、
    前記スチールシェルの内側に向けて同心円状に位置している内部モールド部材と、
    コンクリートまたはモルタル組成物のある体積を収容するために、前記スチールシェルと前記内部モールド部材の間に形成されている環状チャンバと、
    水を、前記内部モールド部材内へおよび前記コンクリートまたはモルタル組成物の表面に直接的に接触するように導入して、前記組成物をして前記スチールシェルを膨張させる手段と、を備える、圧力鋳造アセンブリにおいて、
    前記内部モールド部材径は、前記組成物が硬化の所定の程度に達すると、縮小可能であることを特徴とする圧力鋳造アセンブリ。
13. 前記内部モールド部材の内側に向けて同心円状に位置している、変位チューブを更に備えることを特徴とする請求項１２に記載の圧力鋳造アセンブリ。
14. 前記水は、前記変位チューブと前記内部モールド部材の間に形成されている環状水チャンバ内に配置されていることを特徴とする請求項１２に記載の圧力鋳造アセンブリ。
15. 前記水の圧力は、前記コンクリートまたはモルタル組成物の前記表面においては、前記環状水チャンバ内とほぼ同じであることを特徴とする請求項１４に記載の圧力鋳造アセンブリ。
16. 前記環状チャンバ内に含むシーリング手段を更に備えることを特徴とする請求項１２に記載の圧力鋳造アセンブリ。
17. 前記上部部材は、前記スチールシェルの端部の上に位置する上部リングを含むことを特徴とする請求項１２に記載の圧力鋳造アセンブリ。
18. 加圧される前の前記コンクリートまたはモルタル組成物の表面は、前記スチールシェルの端部の上に配置され、前記上部リング内に位置することを特徴とする請求項１７に記載の圧力鋳造アセンブリ。
19. 前記環状チャンバは、前記パイプの長手方向に向けられていることを特徴とする請求項１２に記載の圧力鋳造アセンブリ。
20. 前記内部モールド部材は、前記部材径を減少するように可動に制御される対向する縦方向のエッジを有する、剛性円筒形部材であることを特徴とする請求項１２に記載の圧力鋳造アセンブリ。
21. 前記内部モールド部材は、エラストマ部材であることを特徴とする請求項１２に記載の圧力鋳造アセンブリ。
22. 前記内部モールド部材は、前記ライナの形成および前記ライナの解放を可能にするのに十分な量だけ膨張および収縮できる剛性円筒形部材であることを特徴とする請求項１２に記載の圧力鋳造アセンブリ。

Images