一种预应力钢筒混凝土管及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种预应力钢筒混凝土管及其制备方法，其管体包括防腐层、混凝土管芯、钢筒、连续纤维增强复合材料和砂浆保护层，防腐层位于混凝土管芯内壁上，钢筒位于混凝土管芯内部或外壁，连续纤维增强复合材料缠绕在混凝土管芯或钢筒外壁上，砂浆保护层完整包裹连续纤维增强复合材料。本发明专利技术钢筒混凝土管具有控裂效果好、预应力损失少、综合成本低、协同受力好、制备难度低，以及增强复合材料耐腐蚀、强度高、不易断裂等优点。通过连续缠绕高性能形态适应的连续纤维增强复合材料，可对管体形成有效的整体约束和封闭包裹，同时降低局部损伤对管体预应力的影响，可抵御地下腐蚀介质的侵蚀作用，使包裹的管体始终处于良好的工作状态。使包裹的管体始终处于良好的工作状态。使包裹的管体始终处于良好的工作状态。

【技术实现步骤摘要】
一种预应力钢筒混凝土管及其制备方法


[0001]本专利技术属于钢筒混凝土管
，具体地，涉及一种预应力钢筒混凝土管及其制备方法。

技术介绍

[0002]预应力钢筒混凝土管(PCCP)是指由带有钢筒的高强混凝土管芯上缠绕环向预应力钢丝，再在其上喷射致密的水泥砂浆保护层而制成的输水管。它是由薄钢板、高强钢丝和混凝土构成的复合管材，可以充分发挥钢丝高抗拉、易密封性能，以及与混凝土抗压、耐腐蚀性能，具有高密封性、高强度和高抗渗的特性，因而广泛运用于大口径、长距离、高压力输水工程。然而，上述预应力钢筒混凝土管在长期使用过程中会出现以下问题：
[0003](1)预应力钢筒混凝土管内壁均为素混凝土，缺乏防水、防渗构造，因而钢筒易因内部混凝土的开裂而出现锈蚀，从而影响管道的密封性能和承压性能。
[0004](2)由于预应力钢筒混凝土管大多埋设于地下，易受地下水、酸、碱等介质的长期侵蚀，砂浆保护层在使用过程中易出现开裂现象，进而造成预应力钢丝锈蚀、断丝，从而导致管体环向预应力下降，管体变形。
[0005]为了解决上述问题，目前国内已公开的相关技术提出了采用碳纤维增强复合材料(CFRP)筋替代预应力钢丝方案(授权公告号：CN 215568565 U)。实施方法为沿钢筒轴向和环向分别布置一定数量的CFRP筋，从而达到约束管体的目的。然而，上述方案存在以下几点不足：
[0006](1)上述方案中CFRP筋的直径较大，且受限于CFRP筋延伸率低、易脆断、弹模高等特性，环向缠绕的CFRP筋断丝后会导致管体预应力出现显著下降，严重影响管体的服役寿命和承载安全。
[0007](2)受限于CFRP筋的数量，钢筒外壁缠绕的CFRP筋网孔间距相对较大，难以有效阻止砂浆层开裂。
[0008](3)CFRP筋拉伸性能优异，但是造价高，一般适用于能够充分发挥其抗拉强度的结构或构件，如混凝土梁、混凝土板、预应力索结构等。因此，上述方案采用CFRP筋增强混凝土管不具有显著的性价比和实施效果。
[0009]综上所述，既有预应力钢筒混凝土管实施方案难以同时满足预防管体开裂、预应力保持、性价比提升等综合需求，需要开发预应力损失小、性价比高、抗裂和抗渗性能好的新型预应力钢筒混凝土管。

技术实现思路

[0010]专利技术目的：针对普通预应力钢筒混凝土管的钢筒易因内部混凝土的开裂而出现锈蚀，以及砂浆保护层在使用过程中易出现开裂现象，进而造成预应力钢丝锈蚀、断丝等问题，本专利技术提出一种具有使用寿命长、抗渗性能好、预应力损失小、性价比高的新型预应力钢筒混凝土管及其制备方法。
[0011]技术方案：为达到上述专利技术目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0012]一种预应力钢筒混凝土管，所述预应力钢筒混凝土管的管体包括防腐层、混凝土管芯、钢筒、连续纤维增强复合材料和砂浆保护层，所述防腐层位于混凝土管芯内壁上，钢筒位于混凝土管芯内部或外壁，连续纤维增强复合材料缠绕在混凝土管芯或钢筒外壁上，砂浆保护层完整包裹连续纤维增强复合材料。
[0013]优选的，所述连续纤维增强复合材料的制品形式包括但不限于板条和纤维布，两种制品的特征在于：
[0014]制品形式一，板条为硬质复合材料，宽度为50
‑
300mm，厚度为0.3
‑
2mm，并根据混凝土管芯直径、管体压力等参数选择相应规格。使用前需在与混凝土管芯或钢筒外壁接触的一面涂覆粘结材料，如树脂，保证板条与管体的稳定粘结；
[0015]制品形式二，纤维布为软质材料，宽度为100
‑
2000mm，厚度为0.5
‑
2mm，使用前需完全浸渍树脂，并连续缠绕于管体外壁，经固化形成一体化硬质复合材料；纤维布根据纤维方向分为单向布、多轴向布，根据纤维种类分为单一材料纤维布、混杂纤维布等；纤维布的规格根据混凝土管芯直径、壁厚、管体压力、管体强度、管体刚度等参数确定；
[0016]优选的，所述连续纤维增强复合材料的布设方案(如缠绕角度、搭接长度、缠绕厚度、缠绕方向等参数)根据混凝土管芯直径、壁厚、管体压力、管体强度、管体刚度等参数确定。
[0017]优选的，所述连续纤维增强复合材料的增强纤维包括但不限于玄武岩纤维、碳纤维、超高分子量聚乙烯纤维、芳纶纤维以及玻璃纤维等，树脂基体包括但不限于聚乙烯树脂、环氧树脂、乙烯基树脂、聚氨酯树脂、聚丙烯树脂以及聚酰胺纤维等。
[0018]优选的，所述防腐层采用高密度聚乙烯(HDPE)膜材料。
[0019]本专利技术还提供了所述的预应力钢筒混凝土管的制备方法，包括以下步骤：
[0020]步骤一、利用模具制作内壁粘结有防腐层的混凝土管芯，钢筒放置在混凝土管芯的内部或外壁；
[0021]步骤二、连续纤维增强复合材料缠绕在混凝土管芯外壁或钢筒外壁上；
[0022]步骤三、将砂浆保护层完整包裹连续纤维增强复合材料。
[0023]有益效果：本专利技术原理在于利用高强度、高耐腐、形态适应、不易断裂的连续纤维增强复合材料(包括但不限于板条、纤维布)对混凝土管芯实施包裹约束，通过缠绕整体性强的连续纤维增强复合材料解决传统钢丝易断丝的问题，减小管体预应力损失问题，提升钢筒混凝土管的抗裂能力和耐久性。与现有实施技术相比，本专利技术具有以下特点：
[0024]1、本专利技术一种预应力钢筒混凝土管及其制备方法，与传统的缠绕预应力钢丝和缠绕碳纤维筋方法相比，本专利技术采用的连续纤维增强复合材料具有高强度、高耐腐、形态适应、不易断裂等诸多优异特性，不仅可以对混凝土管芯实施有效的约束，而且增强纤维复合材料本体具有极强的耐腐蚀性能和整体性，可以显著地提升预应力钢筒混凝土管的使用寿命和工作性能。
[0025]2、本专利技术一种预应力钢筒混凝土管及其制备方法，与传统的缠绕预应力钢丝和缠绕碳纤维筋方法相比，本专利技术形式多样的连续纤维增强复合材料具有施工工艺简单、性价比高等优势。其中，受益于纤维增强复合材料尺寸可变、形态多样和总体受力性能好等优势，可实现对管体全区域包裹约束，同时对缠绕技术的要求相对较低，可操作性强。
附图说明
[0026]图1为实施例1预应力钢筒混凝土管的总体三维结构图。
[0027]图2为实施例1预应力钢筒混凝土管的纵向剖切图。
[0028]图3为实施例1预应力钢筒混凝土管的横向剖切图。
[0029]图4为实施例1连续纤维增强复合材料板条放卷示意图。
[0030]图5为实施例1连续纤维增强复合材料板条缠绕示意图。
[0031]图6为实施例1连续纤维增强复合材料布放卷示意图。
[0032]图7为实施例1连续纤维增强复合材料布缠绕示意图。
[0033]图8为实施例2预应力钢筒混凝土管的总体三维结构图。
[0034]图9为实施例2预应力钢筒混凝土管的纵向剖切图。
[0035]图10为实施例2预应力钢筒混凝土管的横向剖切图。
[0036]图11为实施例2连续纤维增强复合本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种预应力钢筒混凝土管，其特征在于，所述预应力钢筒混凝土管的管体(1)包括防腐层(2)、混凝土管芯(3)、钢筒(4)、连续纤维增强复合材料(5)和砂浆保护层(6)，所述防腐层(2)位于混凝土管芯(3)内壁上，钢筒(4)位于混凝土管芯(3)内部或外壁，连续纤维增强复合材料(5)缠绕在混凝土管芯(3)或钢筒(4)外壁上，砂浆保护层(6)完整包裹连续纤维增强复合材料(5)。2.根据权利要求1所述的预应力钢筒混凝土管，其特征在于，所述连续纤维增强复合材料(5)的制品形式包括板条和纤维布。3.根据权利要求2所述的预应力钢筒混凝土管，其特征在于，所述板条的宽度为50
‑
300mm，厚度为0.3
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2mm。4.根据权利要求2所述的预应力钢筒混凝土管，其特征在于，所述纤维布的宽度为100
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2000mm，厚度为0.5
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2mm。5.根据权利要求1所述的预应力钢筒混凝土管，其特征在于，所述连续纤维增强复合材料(...

【专利技术属性】
技术研发人员：王浩，吴智深，汪昕，周竞洋，陈兴芬，李翠梅，田雨，
申请(专利权)人：中水科水利环境研究院苏州有限公司，
类型：发明
国别省市：