塑料混凝土复合管道的研究.pdf

钎 魄 中 国 科 技 核 心 期 刊 塑料混凝土复合管厘的研究 徐兆辉， 王文奎 ( 山东省建筑科学研究院， 山东 济南2 5 0 0 3 1 ) 摘要： 以塑料管道为基管， 在塑料双壁波纹管的双层管壁空腔中间灌注砂浆， 来提高塑料管道的环刚度， 使塑料管道成为一种 新型的塑料， 混凝土复合管道。 通过测试管道的环刚度， 并对复合管道的性能进行分析， 结果表明， 新型塑料 混凝土复合管道是一种 较理想 的复合管道 ， 具有环刚度高 、 抗渗性好 、 造价低 、 耐冲击 、 管道整体性能好等优点。 关键词 ： 塑料； 混凝土； 复合管道； 环刚度 中图分类号： T U 5 3 2 文献标识码： A 文章编号： 1 0 0 1 7 0 2 X( 2 0 1 4 ) 1 1 - 0 0 6 1 0 3 Ex p e r i me n t a l s t u d y o n p l a s t i c c o n c r e t e c o m p o s i t e s p i p e U a o h u i ， WANG W e n ( S h a n d o n g Pr o v i n c i a l Ac a d e my o f Bo i l d i n g Re s e a r c h ， J i n a n 2 5 0 0 3 1 ， S h a n d o n g ， Ch i n a ) 近年来，在城市雨水及污水处理等建设中各种塑料管道 的使用越来越多， 特别是大口径、 环刚度强度高、 造价低的管 道急需要得到发展，但由于塑料本身的强度限制了单纯塑料 管道在大口径管道中的应用， 制约了塑料管道的进一步发展。 塑料管道的环刚度强度是塑 料管 道的一个重要 指标，为了 提 高塑料管道的 环刚度强度， 产生了各种管壁结构的塑料管道 和钢带增强塑料管道， 如塑料双壁波纹管】 1 、 塑料缠绕管和钢 带增强塑料螺旋管囡 等， 但在较大E l 径的现有管道中， 管道直 径大于I m、 环刚度为S N 8 的塑料管道还比较少见， 即使生产 厂家达到了技术要求， 管材的生产成本也很高。 在钢带增强聚 乙烯螺旋管中，直径 1 5 m及以上的管子，环刚度要想达到 S N 1 2 5 也很困难。 本文研究的新型塑料混凝土复合管道正是在这种新的形 势下产生的，研究的方法是在塑料管道的双层管壁空腔中灌 注砂 浆形成新的塑料混凝土复合管道， 该塑料 混凝土复合管 道已于2 0 1 3 年3月取得国家实用新型专利证书，专利号为 Z L 2 0 1 2 2 0 4 6 0 2 9 6 1 。本文在聚乙烯( P E ) 双壁波纹管的空腔中 灌注砂浆进行试验， 对新型管道的环刚度强度 进行了 测试， 并 对新型管道的特性进行了分析。 1 试验 1 1 原材料 收稿 日期 ： 2 0 1 4 0 3 2 0 ； 修订 日期： 2 0 1 4 0 5 0 4 作 者简介 ： 徐 兆辉 ， 男 ， 1 9 6 2年 生， 山东 济宁人 ， 高级工 程师 ， 主要从 事各种管材等建材的检测。地址： 山东省济南市无影山路 2 9号， E ma i l ： x u z h a o h u i 2 0 0 91 2 6 c o rn。 聚乙烯( P E ) 双壁波纹管： D N I D 8 0 0 ， 管材环刚度为S N 4 ； 水泥： 4 2 5 R普通硅酸盐水泥； 河沙： 中砂； 外加剂： 聚羧酸高 效减水剂。 1 2 试件 的制备 1 2 1 塑料管道试件的制备 按G B T 9 6 4 7 -2 0 0 3 热塑性塑料管材环刚度的测定 要 求制备试样， 在标准环境条件下进行状态调节4 8 h ， 标准环境 条件为： 温度( 2 3 2 ) o C 、 湿度( 5 0 1 0 ) 。 1 2 2 塑料 混凝土复合管道试件的制备 ( 1 ) 塑料基管的准备： 按照塑料管道试件的制备方法， 同 样截长度( 3 0 0 1 0 ) m m的管子取3 段， 用切割机在管子外壁 的每个波峰部位切取4 0 m m x 4 0 m m的切口， 该切口用于灌注 砂浆， 管材切口切割掉的部分留用， 在试件灌注完砂浆后用来 封堵管材切口。 ( 2 ) 砂浆的配制： 根据灌注方法， 配制稠度适宜的 灌注砂 浆， 为了 提高灌注砂浆的灌 注密实 度， 防止砂 浆在管 壁内 产生 空隙， 在砂浆中加入高效减水剂以提高砂浆的强度、 缩短试验 周期、 控制砂浆的和易性。砂浆的配比为： m( 水泥) ( 砂) ：m( 外 加剂) ： m( 水) = 1 0 ：2 5 ： O 0 1 5 ： 0 3 5 ， 砂浆的稠度为7 0 i n m 。 ( 3 ) 灌注砂浆： 将配制好的砂浆从管 材切口 处灌入塑料管 道基管的双层管壁空腔中， 灌注砂浆时要注意砂浆灌注速度， 防止堵塞管壁，同时在管道外壁轻轻敲击震动，试件灌注完 毕， 将试件放入混凝土试件标准养护室中养护。 同时成型砂浆 的 抗压强度试块， 用以 测试砂浆的 抗压强 度， 以 便掌握砂浆强 度与塑料混凝土复合管道环刚度强度的关系。 所制备的 复合管如图1 所示。 N FW RI J l I n I N r ； M TFRI A I 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 徐兆辉， 等： 塑料混凝土复合管道的研究 ( a ) 管材斜视 图 B 管壁剖面 砂 浆或混凝土 ( b ) A A 管材剖面图 ( c ) B 管壁剖面放大图 图 1 塑料混凝土复合管示意 1 - 3 环刚度的测试 1 3 1 塑料管材环刚度测试 按照G B T 9 6 4 7 -2 0 0 3 热塑性塑料管材环刚度的测定 试验方法进行测试， 测量试件的长度和试件的内 径， 压缩径向 变形按试样内径的3 计算， 以( 2 0 2 ) m m m i n 的压缩速度进 行试验， 记录试件变形时的最大负荷， 根据公式计算出每个试 件的环刚度大小， 试验结果取3 个试验值的平均值， 最终试验 结果保留3 位有效数字， 结果见表 1 。 表 1 双壁波纹管 D N I D 8 0 0的环剐度测试结果 注 ： s = (o 0 1 8 6 + o 0 2 5 Y d ) 盘 ， 下 同 。 ，X k 1 3 2 塑料 混凝土复合管材环刚度测试 塑料 混凝土复合管材环刚度的测试方法与塑料管材环 刚度的测试方法相同， 为了缩短试验周期， 本试验按灌注砂浆 后的7 d 强度对塑料混凝土复合管材的环刚度强度进行了测 试， 测试结果见表2 ； 同时测试灌注砂浆的7 d 抗压强度， 灌注 砂浆的配合比按照J G J r I 1 9 8 2 0 1 0 砌筑砂浆配合比设计规 程 和J G J ， r 7 o _ - 2 0 0 9 建筑砂浆基本性能试验方法标准 的 要求进行配制和试验， 灌注砂浆的7 d 抗压强度为2 5 2 M P a 。 表 2 塑料 混凝土复合管材的环刚度 6 2 新型建筑材料 2 0 1 4 1 1 2 试验结果与分析 2 1 管材环刚度的比较 通过对2 种管材的环刚度试验结果的比较发现，塑料管 材经灌浆后环刚度大幅度提高，而且受力性质也发生了明显 的改变。图2 为管道径向变形负荷曲线， 其中1 曲线是塑料 管材环刚度测试标准要求内径径向变形3 时的变形负荷曲 线， 其曲 线性质为塑性变形； 曲 线是塑料 ， 混凝土管材按照 环刚度测试标准要求内径径向变形3 时的变形负荷曲线； 3 曲线为塑料 混凝土复合管材从受压变形到管道受压破坏时 的变形负荷曲线。 2 曲线和3 曲线均具有钢筋受力变形的特 性， 都有弹性变形、 屈服变形和强化变形3 个阶段过程。由1 曲 线、 2 # 曲 线 和3 曲 线的 特性对比 可知， 塑料管 道经 灌浆后， 环刚度强度大幅度提高， 塑料， 混凝土复合管道环刚度强度的 提高是由塑料管材和灌注砂浆共同作用的结果。 因此， 对同一 种塑料管材要达到不同的塑糊混凝土复合管道的环刚度强 度，可以通过调整所灌注砂浆的强度来完成。本次试验经测 试， 灌注砂浆的强度为2 5 2 M P a ， 塑料管材的环刚度为4 9 3 k N m 2 ， 塑 混凝土复合管材的环刚度为1 8 2 3 k N m ， 塑料， 混凝土复 合管材的环刚 度约为塑料管道的3 7 倍。 通过2 和 3 曲线的对比发现， 塑料， 混凝土复合管材的径向变形在达到 标准要求的3 后， 管材还可以产生较大的径向变形， 环刚度 强度仍有较大提高， 这说明塑料 混凝土复合管材的环刚度在 达到标准测试要求后仍有较大的安全储备。 图2 管材径向变形负荷曲线 菌 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m