一种缓粘结预应力FRP束钢筒混凝土管道及生产方法

摘要

本发明公开一种缓粘结预应力FRP束钢筒混凝土管道及生产方法，包括由玻璃纤维内管、内层混凝土、筛孔式钢筒、外层混凝土、缓粘结预应力FRP束和砂浆保护层构成的管道结构，管道结构两端分别设有承口钢环和插口钢环，插口钢环内壁上设有可调防渗胶圈；本发明通过筛孔式钢筒的设置使得内层混凝土和外层混凝土通过圆孔相互融通形成类似栓钉的内部构造，有效提高了钢筒与混凝土两者之间的连接性能，增强了管道的抗剪承载力，使管道的抗震、抗压性能强，耐久性能好，接口密封性好，同时缓粘结预应力FRP束配合砂浆保护层使得管道具有较长的使用寿命、良好的密闭性，尤其适用于长间隔输水干线和一些重大城市地下综合管廊工程中。

说明书

技术领域

本发明涉及埋地管道技术领域，尤其涉及一种缓粘结预应力FRP 束钢筒混凝土管道及生产方法。

背景技术

随着我国近年来城市地下综合管廊工程的蓬勃发展，埋地管道已经成为其中一种重要的基础设施，它广泛应用于市政、水利、运输和能源等领域，在现代工农业和人民生活中起着重要的作用，所以铺设地下管道有助于缓解城市拥挤，可以节省大量土地；

传统的预应力钢筒混凝土管已经逐渐不能满足一些工程所要求的大截面、高承压的特点，此外，在长距离输送途中，需要经过恶劣的自然环境、复杂的地质条件区域，这些不利因素都对埋地管道提出了更高的要求，因此，本发明提出一种缓粘结预应力FRP束钢筒混凝土管道及生产方法以解决现有技术中存在的问题。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提出一种缓粘结预应力FRP束钢筒混凝土管道及生产方法，该缓粘结预应力FRP束钢筒混凝土管道及生产方法通过筛孔式钢筒的设置使得内层混凝土和外层混凝土通过圆孔相互融通形成类似栓钉的内部构造，有效提高了钢筒与混凝土两者之间的连接性能，增强了管道的抗剪承载力，使管道的抗震、抗压性能强，耐久性能好，接口密封性好，同时缓粘结预应力FRP束配合砂浆保护层使得管道具有较长的使用寿命、良好的密闭性。

为实现本发明的目的，本发明通过以下技术方案实现：一种缓粘结预应力FRP束钢筒混凝土管道，包括由玻璃纤维内管、内层混凝土、筛孔式钢筒、外层混凝土、缓粘结预应力FRP束和砂浆保护层构成的管道结构，所述玻璃纤维内管外侧设有内层混凝土，所述内层混凝土外侧设有筛孔式钢筒，所述筛孔式钢筒上设有圆孔，所述筛孔式钢筒外侧设有外层混凝土，所述外层混凝土外侧设有缓粘结预应力FRP 束，所述缓粘结预应力FRP束外侧设有砂浆保护层，所述管道结构两端分别设有承口钢环和插口钢环，所述插口钢环内壁上设有可调防渗胶圈，所述可调防渗胶圈为磁流变弹性体制作而成，可在磁场的作用下调节刚度的胶圈。

进一步改进在于：所述圆孔等间隔设置在筛孔式钢筒表面区段，所述承口钢环与插口钢环分别焊接在筛孔式钢筒两端。

进一步改进在于：所述缓粘结预应力FRP束采用束状复合材料和缓凝粘合剂结合而成，所述束状复合材料成分为碳纤维、芳纶纤维及玻璃纤维的混合物。

一种缓粘结预应力FRP束钢筒混凝土管道生产方法，包括以下步骤：

步骤一、制备筛孔式钢筒，采用直缝焊接和旋转焊接两种工艺加工，在焊接成型后的筛孔式钢筒筒壁上分区段开设圆孔，并将承口钢环焊接在筛孔式钢筒左端，将插口钢环焊接在筛孔式钢筒右端；

步骤二、将制备好的筛孔式钢筒以及提前准备的玻璃纤维内管分别吊入模具中，浇筑内层混凝土和外层混凝土，采用高频强力振动，使得混凝土密实成型，同时内层混凝土与玻璃纤维内管紧密连接成整体；

步骤三、将内层混凝土和外层混凝土经过蒸汽养护、脱模后，在外层混凝土的外表面上缠绕多层环向和纵向的缓粘结预应力FRP束，形成缓粘结预应力FRP束钢筒混凝土管道主体结构；

步骤四、使用砂轮锯切除管道主体结构插口钢环端的管端内层混凝土至筛孔式钢筒，再使用砂轮锯切除管道主体结构承口钢环端的管端外层混凝土，切除范围为沿口端轴向长度120mm，并在承口钢环端和插口钢环端的切口位置采用砂浆保护层沿切割面修复成1:1的坡度；

步骤五、对管道主体结构内层混凝土和外层混凝土管芯的表面进行打磨处理，增大其表面粗糙度；

步骤六、将切除区域清理干净，并对端部承口钢环和插口钢环表面用人工打磨或者喷砂处理；

步骤七、在所有基面上涂布底漆，填充混凝土中的所有表面空隙；

步骤八、在多层环向与纵向组合的缓粘结预应力FRP束上涂布砂浆保护层；

步骤九、在插口钢环内壁的凹槽内安装相应的可调防渗胶圈。

进一步改进在于：所述步骤二中采用高频强力振动使得内层混凝土与外层混凝土穿过筛孔式钢筒上的圆孔实现融通。

进一步改进在于：所述步骤四中在切割前需精细测量所需切割的混凝土的厚度，切割过程中确保砂轮锯不触碰到筛孔式钢筒，切割完成后将切割面打磨平整。

进一步改进在于：所述步骤六中对承口钢环和插口钢环表面打磨或喷砂处理直至承口钢环和插口钢环表面全部呈白色金属色泽为止。

本发明的有益效果为：本发明通过筛孔式钢筒的设置使得内层混凝土和外层混凝土通过圆孔相互融通形成类似栓钉的内部构造，有效提高了钢筒与混凝土两者之间的连接性能，增强了管道的抗剪承载力，使管道的抗震、抗压性能强，耐久性能好，接口密封性好，同时缓粘结预应力FRP束配合砂浆保护层使得管道具有较长的使用寿命、良好的密闭性，尤其适用于长间隔输水干线和一些重大城市地下综合管廊工程中。

附图说明

图1为本发明整体结构图。

图2为本发明管道截面图。

图3为本发明筛孔式钢筒示意图。

其中：1、玻璃纤维内管；2、内层混凝土；3、筛孔式钢筒；4、外层混凝土；5、缓粘结预应力FRP束；6、砂浆保护层；7、承口钢环；8、插口钢环；9、可调防渗胶圈；10、圆孔。

具体实施方式

为了加深对本发明的理解，下面将结合实施例对本发明做进一步详述，本实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明保护范围的限定。

根据图1、2、3所示，本实施例提供了一种缓粘结预应力FRP束钢筒混凝土管道，包括由玻璃纤维内管1、内层混凝土2、筛孔式钢筒3、外层混凝土4、缓粘结预应力FRP束5和砂浆保护层6构成的管道结构，所述玻璃纤维内管1外侧设有内层混凝土2，所述内层混凝土2外侧设有筛孔式钢筒3，所述筛孔式钢筒3上设有圆孔10，所述筛孔式钢筒3外侧设有外层混凝土4，所述外层混凝土4外侧设有缓粘结预应力FRP束5，所述缓粘结预应力FRP束5外侧设有砂浆保护层6，所述管道结构两端分别设有承口钢环7和插口钢环8，所述插口钢环8内壁上设有可调防渗胶圈9，所述可调防渗胶圈9为磁流变弹性体制作而成，可在磁场的作用下调节刚度的胶圈。

所述圆孔10等间隔设置在筛孔式钢筒3表面区段，所述承口钢环7与插口钢环8分别焊接在筛孔式钢筒3两端。

所述缓粘结预应力FRP束5采用束状复合材料和缓凝粘合剂结合而成，所述束状复合材料成分为碳纤维、芳纶纤维及玻璃纤维的混合物。

一种缓粘结预应力FRP束钢筒混凝土管道生产方法，包括以下步骤：

步骤一、制备筛孔式钢筒3，采用直缝焊接和旋转焊接两种工艺加工，在焊接成型后的筛孔式钢筒3筒壁上分区段开设圆孔10，并将承口钢环7焊接在筛孔式钢筒3左端，将插口钢环8焊接在筛孔式钢筒3右端；

步骤二、将制备好的筛孔式钢筒3以及提前准备的玻璃纤维内管 1分别吊入模具中，浇筑内层混凝土2和外层混凝土4，采用高频强力振动，使得混凝土密实成型，使内层混凝土2与外层混凝土4穿过筛孔式钢筒3上的圆孔10实现融通，同时内层混凝土2与玻璃纤维内管1紧密连接成整体；

步骤三、将内层混凝土2和外层混凝土4经过蒸汽养护、脱模后，在外层混凝土4的外表面上缠绕多层环向和纵向的缓粘结预应力FRP 束5，形成缓粘结预应力FRP束钢筒混凝土管道主体结构；

步骤四、使用砂轮锯切除管道主体结构插口钢环8端的管端内层混凝土2至筛孔式钢筒3，再使用砂轮锯切除管道主体结构承口钢环 7端的管端外层混凝土4，切除范围为沿口端轴向长度120mm，切割完成后将切割面打磨平整，并在承口钢环7端和插口钢环8端的切口位置采用砂浆保护层6沿切割面修复成1:1的坡度，在切割前需精细测量所需切割的混凝土的厚度，切割过程中确保砂轮锯不触碰到筛孔式钢筒3；

步骤五、对管道主体结构内层混凝土2和外层混凝土4管芯的表面进行打磨处理，增大其表面粗糙度；

步骤六、将切除区域清理干净，并对端部承口钢环7和插口钢环 8表面用人工打磨或者喷砂处理，直至承口钢环7和插口钢环8表面全部呈白色金属色泽为止；

步骤七、在所有基面上涂布底漆，填充混凝土中的所有表面空隙；

步骤八、在多层环向与纵向组合的缓粘结预应力FRP束5上涂布砂浆保护层6；

步骤九、在插口钢环8内壁的凹槽内安装相应的可调防渗胶圈9。

该缓粘结预应力FRP束钢筒混凝土管道及生产方法通过筛孔式钢筒的设置使得内层混凝土和外层混凝土通过圆孔相互融通形成类似栓钉的内部构造，有效提高了钢筒与混凝土两者之间的连接性能，增强了管道的抗剪承载力，使管道的抗震、抗压性能强，耐久性能好，接口密封性好，同时缓粘结预应力FRP束配合砂浆保护层使得管道具有较长的使用寿命、良好的密闭性，尤其适用于长间隔输水干线和一些重大城市地下综合管廊工程中。

实施例

某海外项目坐落于波斯湾岸边，地下水位较高且含盐度高腐蚀性强，同时项目中设有海水循环冷却系统，对输送管道有很高的耐腐蚀要求。考虑到以上现场环境及介质因素，采用本发明专利作为输送管道。

使用效果检测：

1.管道挠度检测：对于本缓粘结预应力FRP钢筒混凝土地下管道，在回填和排水系统拆除完成后的24h内测量垂直和水平挠度在每根管道的中心、接头处以及沿管道长度每间隔不超过5m设置检测点。经现场测量，管道未出现隆起、扁平和局部变形，长期挠度未超过2.5％，初始挠度未超过1.6％，均满足使用要求。

2.水压试验：由于缓粘结预应力FRP钢筒混凝土地下管道的材质与安装的特殊性，其水压试验的步骤与国内钢管试压步骤不同。在对系统加压之前，在缓粘结预应力FRP钢筒混凝土地下管道上部回填 500mm厚度的回填土且所有接头应暴露，并对整个管道系统进行清洗。本项目中FRP管道制造商所要求的出厂检验报告中的试压值大于管道设计压力的1.5倍，故取管道设计压力的1.5倍作为管道试压值。具体管道水压试验的步骤为：(1)将压力提高到0.5倍试验压力，稳定0.5h，经现场实地观察，并无异常情况；(2)将压力提高到0.8 倍试验压力，稳定0.5h，经现场实地观察，并无异常情况；(3)将压力升高到最终测试的压力并保持至少4h且加压的速度不得超过每分钟0.2MPa，经现场实地观察，并无异常情况。

经上述实验测试后，证明本发明所述的一种缓粘结预应力FRP钢筒混凝土地下管道能够满足预期的工程需要。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。