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1、关于玻璃钢夹砂管道在供水工程的应用12/6/2007一,产品简介1,夹砂玻璃钢管道的发展纤维缠绕玻璃钢管(以下简称FRP管),诞生于1948年,1950年第一根聚酯FRP管用于石油工业,并逐步用于化学工业和军用工业.1954年,FRP管实现商品化生产,从此诞生了FRP管道工业.五十年代是FRP管的幼年时期,这个时期的特点是应用领域相继拓宽,化学,石油及各个工业领域都在试验应用FRP管道,应用的结果证明,FRP管道的耐腐蚀性能比传统材料好得多,轻质高强,安装维修费用低,使用寿命长,运行周期内的总成本也比传统材料低,显示出了一系列的突出优点,从而为FRP管道工业的发展打下了良好的基础.七十年代,美
2、国给水工程协会颁布了玻璃钢管标准AWWA C950,从而FRP管道工业进入工业化大规模生产阶段,产业基本形成,其后该标准经过了多次修订和补充,最新的95年版被认为是世界 上最权威的玻璃钢管标准,得到广泛认同和采用.八十年代,FRP管道已经是通用的FRP制品.其中以FRP管为主的防腐市场仅次于汽车工业和建筑,位列第三.FRP管的生产和应用已完全成熟.纤维缠绕夹砂玻璃钢管诞生于七十年代,夹砂管的出现,是对玻璃钢管大规模推广应用的一大促进.纯纤维缠绕玻璃钢管的优点是比重小,强度高,耐腐蚀性能优良.但其应用于工程中时,常表现为壁厚薄,强度富裕量大,刚度低,造价高,从而在很多领域的应用受到了限制.夹砂玻
3、璃钢管是在纯玻璃钢管的中间,引入树脂砂浆层,形成新的层合结构体,从而在保留原玻璃钢管道所有优点的基础上,既提高了刚度,又降低了工程造价.在低内压高外压的FRP管工程实例中,外压作用下的管壁中心附近区域的正压力很小,由树脂砂浆层承担,而高的应力区则由位于管壁两侧的纯纤维缠绕区承担.充分体现了复合材料的可设计性和物尽其能的特点.因此在全世界范围内得到了迅速发展,现在在大口径FRP管道中绝大多数为该种结构工艺.2,玻璃钢管道的构造在玻璃钢中,拉伸强度很高的玻璃纤维起着增强作用,而耐压耐磨性较强的合成树脂则作为基体材料粘结纤维,使其起共同的成型和承载作用.玻璃钢管道的管壁结构,通常由两部分组成:结构层
4、由按设计缠绕角交叉缠绕的连续玻璃纤维粗纱作为增强骨架,以邻苯型或间苯型不饱和聚酯树脂作为粘结基体.其中,玻璃纤维的重量约占65-70%,树脂的重量约占30-35%.为加强结构刚度,在玻璃纤维缠绕层中间,可以增加树脂砂浆层.内衬层为防腐防渗层,由两部分组成内表面层是跟介质接触的最内层,为耐蚀和第一道防渗层,树脂含量在90%左右.次内层由短切纤维织物增强,耐蚀树脂组成,含胶量可达70%以上,约2mm左右,是防止介质渗透的第二道屏障.玻璃钢管的连接,一般采用承插式或法兰对接,以优质橡胶密封圈作止水防漏.3,纤维缠绕夹砂玻璃钢管的优点与其他材质的管道比较,玻璃钢管道具有以下一些显著的优点:1)耐腐蚀性
5、好,对水质无影响:玻璃钢管道能抵抗酸,碱,盐,海水,未经处理的污水,腐蚀性土壤或地下水及众多化学流体的侵蚀.比传统管材的使用寿命长,其设计使用寿命一般为50年以上.对夹砂玻璃钢管道而言,更多的是在市政,城市输配管网方面的应用,由于其具有无毒,无锈,无味,对水质无二次污染,无需防腐,使用寿命大大延长,安装简便等优点,因此,受到了给排水行业的欢迎.2)防污抗蛀:不饱和聚酯树脂的表面洁净光滑,不会被海洋或污水中的甲贝,菌类等微生物玷污蛀附,以致增大糙率,减少过水断面,增加维护费用.玻璃钢管道无这些污染,长期使用洁净如初.3)耐热性,抗冻性好:在-30状态下,仍具有良好的韧性和极高的强度,可在-50-
6、80的范围内长期使用,采用特殊配方的树脂还可在110以上的温度工作.4)自重轻,强度高,运输安装方便:采用纤维缠绕生产的夹砂玻璃钢管道,其比重在1.65-2.0,只有钢的1/4,但玻璃钢管的环向拉伸强度为180-300MPa,轴向拉伸强度为60-150MPa,近似合金钢.因此,其比强度(强度/比重)是合金钢的2-3倍,这样它就可以按用户的不同要求,设计成满足各类承受内,外压力要求的管道.对于相同管径的单重,FRP管只有碳素钢管(钢板卷管)的1/2.5,铸铁管的1/3.5,预应力钢筋水泥管的1/8左右,因此运输安装十分方便.玻璃钢管道每节长度12米,比混凝土管可减少三分之二的接头.它的承插连接方
7、式,安装快捷简便,同时降低了吊装费用,提高了安装速度.5)摩擦阻力小,输送能力高:玻璃钢管内壁非常光滑,糙率和摩阻力很小.糙率系数为0.0084,而混凝土管的n值为0.014,铸铁管为0.013,因此,玻璃钢管能显著减少沿程的流体压力损失,提高输送能力.因此,可带来显著的经济效益:在输送能力相同时,工程可选用内径较小的玻璃钢管道,从而降低一次性的工程投入;采用同等内径的管道,玻璃钢管道可比其他材质管道减少压头损失,节省泵送费用.可缩短泵送时间,减少长期运行费用.6)电,热绝缘性好:玻璃钢是非导体,管道的电绝缘性特优,绝缘电阻在1012-1015.cm,最适应使用于输电,电信线路密集区和多雷区;
8、玻璃钢的传热系数很小,只有0.23,是钢的5,管道的保温性能优异.7)耐磨性好:把含有大量泥浆,沙石的水,装入管子中进行旋转磨损影响对比试验.经300万次旋转后,检测管内壁的磨损深度如下:用焦油和瓷釉涂层的钢管为0.53mm,用环氧树脂和焦油涂层的钢管为0.52mm,经表面硬化处理的钢管为0.48mm,玻璃钢管为0.21mm.由此可以说明其相当耐磨.8)维护费用低:玻璃钢管由于上述的耐腐,耐磨和抗冻和抗污等性能,因此工程不需要进行防锈,防污,绝缘,保温等措施和检修.对地埋管无需作阴极保护,可节约工程维护费用70%以上.9)适应性强:玻璃钢管可根据用户的各种特定要求,诸如不同的流量,不同的压力,
9、不同的埋深和载荷情况,设计制造成不同压力等级和刚度等级的管道.10)工程寿命长,安全可靠.据实验室的模拟试验表明:玻璃钢管道寿命可长达50年以上.11)工程综合效益好:综合效益是指由建设投资,安装维修费用,使用寿命,节能节钢等多种因素形成的长期性,玻璃钢管道的综合效益是可取的,特别是管径越大,其成本越低.当进一步考虑埋入地下的管道可使用好几代,又无需年年检修,更可以发挥它优越的综合效益.二,供水工程常用传统管材的技术分析现中国常采用的传统管材主要有:,连续灰铸铁管;,自应力钢筋混凝土管;,预应力钢筋混凝土管;,铸态球墨铁管;,球墨铸铁管;,钢管.连续灰铸铁管这6种管材中,连续灰铸铁管曾在解放初
10、期到80年代初,在我国大量应用,据国外资料报道,连续浇铸铸铁管工艺在50年代首先在西德试验成功,然而多年来世界各国对这项工艺的技术资料介绍甚少,甚至西德国内的生产最终还是采用离心浇铸工艺,这说明该项工艺应用于生产有其固有的缺点,但由于连续铸铁工艺的工装设备简单,投资较少,上马较快,其生产率比当时落后的泥型半硬横立浇工艺或砂型横浇工艺要高,为了适应当时工农业建设发展,需要大量管道,因此我国从60年代起相继在各地采用连续铁管工艺生产铸铁管,一直延续至今,用该工艺生产铸铁管确实具有工艺简单,生产速度快,产量高的优势,可惜的是该工艺先天不足,生产出来的管道,常在新排管试压和投产运行后发生爆管,断裂.7
11、0年代初,此类爆管在我国各地水司屡有发生,开始引起同行警觉,到80年代爆管的情况加剧,不仅影响正常供水服务,有时还造成灾难性后果,经济损失和社会影响甚大.例如:,北京市自来水公司于1974-1975年间,铺设的上海铸管厂的DN1200连续灰铸铁管,由于施工和试压过程中发生多次爆管,达不到设计和使用标准全线拆除,损失巨大;,天津市自来水公司1987年在黑牛城道的1200连续灰铸铁管一次爆管,淹没农田就赔偿30万元,后曾发生过多次爆管,被迫改换钢管;,上海四平路的1500灰铸铁管,1977年投产通水后,在1982年,1985年,1986年三年内连续三次发生特大爆管,共有1643户居民进水受淹,一批
12、工厂停产,马路积水及膝,交通中断,直接经济损失近800万元;,山东维坊自来公司1条800铸铁管线,全长8.3km,通过加压泵站打到高地,在1986年工程投产后两年多时间中,先后爆管28次,每次都冲毁大片农田,而且每次爆管全市停水2天,损失巨大.以上资料仅是过去资料中反映出来的一部分,其实不少城市,灰铸铁管爆破事例都有一本帐,后经多次事故的分析,认为与该管的工艺有关,因为这种工艺在生产过程中,不可避免地在管外壁产生过冷区,使这个部位的材质变脆,强度较别处低,又由于工艺的性质,整个管体组织比较疏松,易生气孔,这都是该工艺的固有缺点,因此我国在80年代中,后期已很少用灰铸铁管,而使用预应力钢筋混凝土
13、管或自应力混凝土管(注:直径200的灰铸铁管道可以, 但要全部采用柔性接口).2.自应力钢筋混凝土管,国内应用较少,主要是由于其存在后期膨胀问题,易引起管壁材质变疏松,与其相近的还有石棉水泥管,因本身材质不耐碰撞,易于损坏,抗震性极差,已被淘汰.3.预应力钢筋混凝土管,预应力水泥管的优点是节约金属,在正常土质下无需内外防腐,价格便宜,而且是柔性接口.从营口,唐山等地震的调查资料表明:金属管损坏严重,而预应力钢筋混凝土管反而损坏最少.但其缺点也是明显的,笨重,搬运损坏率高,缺乏配套管件,另外还有几点问题也日益在应用过程中显现出来.,预应力钢筋混凝土管道通常作为耐腐蚀管道使用,但国内使用情况表明,
14、在腐蚀性地带如盐碱地带,海滨地区或部分非强腐蚀地区,因环筋锈蚀发生了爆管事故,例如包头市铺设的DN1400预应力钢筋泥凝土管,由于长期浸泡在腐蚀性的沟槽中,两年后环筋锈蚀,断裂造成全线报废;山西省一输水管线1976年施工的DN900预应力钢筋混凝土管,1978年试通水,至1982年就爆裂17次;山东一条DN1000的预应力钢筋混凝土管于1981铺设后,因钢筋断裂严重而报废;1984年北京市自来水公司水源八厂在100m距离内曾发生过两次爆管;锦州市自来水公司在1987年5月新建百股泵站试车时,由于泵站向水池送水,地形高差23m,管道为800预应力钢筋混凝土管,管线长度为5.23Km,泵站出口压力
15、0.31Mpa,一台水泵单机运行,为倒换机组,停泵后开启另一台,造成爆管,管身的环向钢筋均断裂,出现了一个长70cm宽30cm的洞.另外国外的情况也同样,他们认为在管材埋在氯离子含量超过500ppm时就极易发生事故:在1946年法国在北非铺设了一条预应力钢筋混凝土管,多次发生环向钢筋锈蚀事故;阿根廷的Conodoro预应力钢筋混凝土管,铺设于1962-1964,由于土壤的腐蚀,1968年因钢筋锈蚀而管道破裂,分析其产生原因,主要有,第一:由于水泥浆保护层是后期喷涂施工,与预制的芯管结合不好,往往为外水或湿气渗入,使预应力钢筋氧化锈蚀,导致破断事故;第二:是水泥砂浆与钢筋的粘接界面处理不合理.由于水泥的吸水性,在水分进入管内时,极易破坏该界面并锈蚀钢筋,同时由于其是脆性材料,易引起突发事故.,水力性能差,能耗高.预应力钢筋混凝土管的管内糙率系数在几种管材中是最高的,其n=0.013-0.014,这样对于同样输水量,同等管径的管线,其沿程阻力就高,需要增大泵的扬程,增大初期投资,同时运行费用因耗电量大,也大幅度增大,而且从其工艺分析其芯管大都采用离心法成型,混凝土的水灰比较大,在离心力的作用下,粗骨料偏靠管的外壁,而管内壁则由
