长效防腐蚀埋置式预应力钢筒混凝土管制造技术

本实用新型专利技术公开了一种长效防腐蚀埋置式预应力钢筒混凝土管，采用高变形能力的超高性能混凝土粘结覆盖和保护预应力钢丝、其它内埋钢材不锈蚀，并用于内层混凝土防护。本实用新型专利技术所使用的超高性能混凝土具备优异的物理力学性能，包括高粘结强度、高变形与高抗裂能力、高韧性、高抗拉强度，以及高抗渗性能、高抗化学腐蚀性能和高抗冻融性能——超高耐久性，可为埋置式预应力钢筒混凝土管提供可靠、长效的防腐蚀保护，大幅度提高这类管道的耐久性和运行可靠性，保障和实现对该类管材铺设管道所期望的长工作寿命（75～100年）。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及埋置式预应力钢筒混凝土管，尤其是采用高变形能力的超高性能混凝土，在腐蚀性环境中保护管道中钢材长期不锈蚀，以及保护混凝土内壁免受污水腐蚀。
技术介绍
预应力钢筒混凝土管（PrestressedConcreteCylinderPipe，简称PCCP）是一种输水管材，起源于法国，上世纪40年代欧美开始发展、80年代在中国开始发展和应用。PCCP是由带钢筒的高强混凝土管芯缠绕预应力钢丝，再喷以水泥砂浆保护层而构成；用钢制承插口和钢筒焊在一起，由承插口上的凹槽与胶圈形成滑动式柔性接头。PCCP按结构（钢筒在管芯中的位置）分为内衬式预应力钢筒混凝土管（简称PCCPL）和埋置式预应力钢筒混凝土管（简称PCCPE）。PCCPL以薄钢筒内衬混凝土作为管芯，然后在薄钢筒外缠绕环向预应力钢丝并制作砂浆保护层，适合于口径DN400～1200mm的管道。PCCPE以薄钢筒埋置于混凝土管芯内，然后在混凝土管芯外缠绕环向预应力钢丝并制作砂浆保护层，适合于口径DN1400～4000mm的管道。本技术针对埋置式预应力钢筒混凝土管（PCCPE）。PCCP是钢板、混凝土、高强钢丝和水泥砂浆几种材料组合而成的复合型管材，具有钢材和混凝土各自的特性，包括可以承受高内外压、刚度大、抗渗强、密封严、安装方便、抗震性能好、运行和维护费用低等特点，因而在国内外的长距离输水干管、城市供水和工业有压排水（包括一般电厂、核电站）、压力倒虹吸、污水压力干管、水下管道（清洁水或盐水）、溢流管等工程中被广泛采用。用于大型输水管道，PCCP与钢管、球墨铸铁管相比，优势在于制造成本低，以及抗腐蚀和维护费用低。美国曾经评估，PCCP的使用寿命在75～100年。然而，应用至今，PCCP的耐久性和可靠性越来越受到质疑。上世纪80年代建设的著名“非洲大人工河”工程，到2005年时已经发生5次PCCP爆裂；部分管线经过检测，己经发现钢丝断裂3500根，急需开展积极的修复计划。现在这个工程，数千节PCCP管段需要维修或更换，余下的管道需要进行状态评估。上世纪90年代以来，美国有多条PCCP管道发生爆管事件，降低了人们对PCCP耐久性和使用寿命的信心。“PCCP管很高的失效可能性和失效的灾难性，已导致美国现在已经不再生产PCCP管”。中国近年来也发生了多起PCCP管道爆管事件，最短发生爆管的PCCP管线，投入运营的时间只有3～5年。此外，对运行管线进行的探测发现，预应力钢丝“断丝”是PCCP常见病害和隐患。对所有爆管事件的调查均显示，预应力钢丝锈蚀拉断，使PCCP承受内压的能力大幅度降低，是发生爆管的直接原因。钢丝质量差和（或）砂浆保护层失效继而预应力钢丝锈蚀，则是钢丝拉断（断丝）的主要原因。问题的根源在于，埋置式预应力钢筒混凝土管标准规范的砂浆保护层抗裂设计、校核方法的“变形量”假设，与现实情况有较大差异。“变形量”假设观点认为，保护层受高于砂浆抗拉强度的拉伸就会产生肉眼不能见的微裂缝；而可见裂缝变形量为微裂缝的8倍，此时保护层虚拟抗拉应力为砂浆抗拉强度8倍。标准规定保护层裂缝校核方法，采用相当6.4～8倍水泥砂浆抗拉强度的变形量或虚拟抗拉应力，只要内外负载产生的变形量或抗拉应力小于这个假设变形量或虚拟抗拉应力，保护层裂缝校核就可以通过。这样的保护层裂缝校核形同虚设，“PCCP标准规定，砂浆保护层不允许有任何可见裂缝，实际情况砂浆保护层种种裂缝不可避免”。也就是说，PCCP管的砂浆保护层开裂和无法有效保护预应力钢丝，是因为砂浆本身变形和抗裂能力不足，而管的设计又将就了砂浆性能，以至于造成PCCP（PCCPE和PCCPL管）具有先天耐久性不足的缺陷。在温差大、干燥和腐蚀性环境，这个缺陷是致命的，预应力钢丝会较快锈蚀、拉断和发生爆管。这也是美国淘汰PCCP的根本原因。
技术实现思路
本技术正是针对PCCPE管这个缺陷的根源，提供可靠解决方案，广泛应用意义重大。中国目前在大量生产和使用PCCPE，这种大口径管材往往用于大型、超大型输水工程。这些工程是百年大计，不允许发生爆管或存在潜在的隐患；一旦发生问题，带来的损失将是巨大的。人们也已经认识到，现在使用的砂浆保护层无法保障PCCPE的耐久性和安全性，需要更加可靠的技术方案。本技术的目的在于，为埋置式预应力钢筒混凝土管（PCCPE）提供一种可靠、长效的防腐蚀方法，其特征在于：埋置式预应力钢筒混凝土管（PCCPE）以及管道安装后所有外露的钢材，包括预应力钢丝、承口钢环和插口钢环，分别采用工厂和现场制作超高性能混凝土外保护层和内保护层粘结覆盖保护；管的内层混凝土内壁，采用工厂制作的超高性能混凝土内保护层保护。本技术技术方案为：一种长效防腐蚀埋置式预应力钢筒混凝土管，埋置式预应力钢筒混凝土管管体外侧以及管道安装后接头沟槽钢材的外露部分，包括预应力钢丝、承口钢环和插口钢环上覆盖有用工厂制作超高性能混凝土外保护层或现场制作超高性能混凝土内、外保护层；管的内层混凝土内壁覆盖有工厂制作超高性能混凝土内保护层。在管外层混凝土和预应力钢丝外侧的工厂制作超高性能混凝土外保护层厚度为20～50mm。在管内层混凝土内壁的工厂制作超高性能混凝土内保护层厚度为15～30mm。在管道接头内沟槽填充制作现场制作超高性能混凝土内保护层，承口钢环和插口钢环外露部分上粘结覆盖现场制作超高性能混凝土内保护层。在管道接头外沟槽灌注和填充制作现场制作超高性能混凝土外保护层，插口钢环和承口钢环外露部分上粘结覆盖现场制作超高性能混凝土外保护层。在工厂和现场制作超高性能混凝土内、外保护层，所使用超高性能混凝土的硬化性能达到标准养护28天：抗压强度大于或等于120MPa，弹性抗拉强度大于或等于6MPa，抗拉强度大于或等于7MPa，极限拉应变大于或等于1.5‰。实施方法如下：1、制备超高性能混凝土：粘聚型拌和物适合辊射、喷涂或抹浆设备制作保护层；管道安装使用的超高性能混凝土拌和物，分为粘聚型和自密实型，其中自密实型用于接头外侧底部沟槽的灌注。超高性能混凝土的硬化性能（标准养护28天）要达到：抗压强度大于或等于120MPa，弹性抗拉强度（初裂拉应力）大于或等于6MPa，抗拉强度（极限拉应力）大于或等于7MPa，极限拉应变大于或等于1.5‰。2、管的生产过程中，在外层混凝土和预应力钢丝外侧制作20～50mm厚度的超高性能混凝土外保护层粘结覆盖；在内层混凝土内壁制作15～30mm厚度的超高性能混凝土内保护层；蒸汽养护或常温保湿养护。3、管道安装就位后，在管道接头内沟槽填充粘聚型超高性能混凝土，形成内保护层，完成粘结覆盖承口钢环和插口钢环外露部分，常温保湿养护。4、在管道接头外沟槽底部灌注自密实超高性能混凝土拌和物，接头外沟槽侧面和顶部填充粘聚型超高性能混凝土拌和物，形成外保护层（6-2），完成粘结覆盖插口钢环和承口钢环外露部分，常温保湿养护。本技术技术方案，使用具有高变形与高抗裂能力、高抗拉强度的超高性能混凝土（UHPC），替代普通砂浆作为PCCPE的钢丝和承插口钢环保护层，可从根本上消除传统砂浆保护层变形与抗裂性能不足的缺陷；同时，利用UHPC高粘结强度、高韧性、高抗冲击性能、高抗渗性能和高抗腐蚀能力，可避免砂浆保护层空鼓、易损伤以及耐腐蚀能力不足等问本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种长效防腐蚀埋置式预应力钢筒混凝土管，其特征在于：埋置式预应力钢筒混凝土管管体外侧以及管道安装后接头沟槽钢材的外露部分，包括预应力钢丝（2）、承口钢环（3）和插口钢环（4）上覆盖有用工厂制作超高性能混凝土外保护层（5）或现场制作超高性能混凝土内、外保护层（6‑1、6‑2）；管的内层混凝土（7）内壁覆盖有工厂制作超高性能混凝土内保护层（11）。

【技术特征摘要】
1.一种长效防腐蚀埋置式预应力钢筒混凝土管，其特征在于：埋置式预应力钢筒混凝土管管体外侧以及管道安装后接头沟槽钢材的外露部分，包括预应力钢丝（2）、承口钢环（3）和插口钢环（4）上覆盖有用工厂制作超高性能混凝土外保护层（5）或现场制作超高性能混凝土内、外保护层（6-1、6-2）；管的内层混凝土（7）内壁覆盖有工厂制作超高性能混凝土内保护层（11）。2.根据权利要求1所述的长效防腐蚀埋置式预应力钢筒混凝土管，其特征在于：在管外层混凝土（8）和预应力钢丝（2）外侧的工厂制作超高性能混凝土外保护层（5）厚度为20～50mm。3.根据权利要求1所述的长效防腐蚀埋置式预应力钢...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵筠，
申请(专利权)人：江西贝融循环材料股份有限公司，
类型：新型
国别省市：江西;36