本發(fā)明涉及內(nèi)襯式預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管的一種長(zhǎng)效防腐蝕方法，尤其是采用高變形能力的超高性能混凝土，在腐蝕性環(huán)境中保護(hù)管道中鋼材長(zhǎng)期不銹蝕以及保護(hù)混凝土內(nèi)襯免受污水腐蝕。
背景技術(shù)：
預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管（Prestressed Concrete Cylinder Pipe，簡(jiǎn)稱PCCP）是一種輸水管材，起源于法國(guó)，上世紀(jì)40年代歐美開(kāi)始發(fā)展、80年代在中國(guó)開(kāi)始發(fā)展和應(yīng)用。
PCCP是由帶鋼筒的高強(qiáng)混凝土管芯纏繞預(yù)應(yīng)力鋼絲，再噴以水泥砂漿保護(hù)層而構(gòu)成；用鋼制承插口和鋼筒焊在一起，由承插口上的凹槽與膠圈形成滑動(dòng)式柔性接頭。PCCP按結(jié)構(gòu)（鋼筒在管芯中的位置）分為內(nèi)襯式預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管（簡(jiǎn)稱PCCPL）和埋置式預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管（簡(jiǎn)稱PCCPE）。PCCPL以薄鋼筒內(nèi)襯混凝土作為管芯，然后在薄鋼筒外纏繞環(huán)向預(yù)應(yīng)力鋼絲并制作砂漿保護(hù)層，適合于口徑DN400～1200mm的管道。PCCPE以薄鋼筒埋置于混凝土管芯內(nèi)，然后在混凝土管芯外纏繞環(huán)向預(yù)應(yīng)力鋼絲并制作砂漿保護(hù)層，適合于口徑DN1400～4000mm的管道。本發(fā)明針對(duì)內(nèi)襯式預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管（PCCPL）。
PCCP是鋼板、混凝土、高強(qiáng)鋼絲和水泥砂漿幾種材料組合而成的復(fù)合型管材，具有鋼材和混凝土各自的特性，包括可以承受高內(nèi)外壓、剛度大、抗?jié)B強(qiáng)、密封嚴(yán)、安裝方便、抗震性能好、運(yùn)行和維護(hù)費(fèi)用低等特點(diǎn)，因而在國(guó)內(nèi)外的長(zhǎng)距離輸水干管、城市供水和工業(yè)有壓排水（包括一般電廠、核電站）、壓力倒虹吸、污水壓力干管、水下管道（清潔水或鹽水）、溢流管等工程中被廣泛采用。用于大型輸水管道，PCCP與鋼管、球墨鑄鐵管相比，優(yōu)勢(shì)在于制造成本低，以及抗腐蝕和維護(hù)費(fèi)用低。
美國(guó)曾經(jīng)評(píng)估，PCCP的使用壽命在75～100年。然而，應(yīng)用至今，PCCP的耐久性和可靠性越來(lái)越受到質(zhì)疑。上世紀(jì)80年代建設(shè)的著名“非洲大人工河”工程，到2005年時(shí)已經(jīng)發(fā)生5次PCCP爆裂；部分管線經(jīng)過(guò)檢測(cè)，己經(jīng)發(fā)現(xiàn)鋼絲斷裂3500根，急需開(kāi)展積極的修復(fù)計(jì)劃?，F(xiàn)在這個(gè)工程，數(shù)千節(jié)PCCP管段需要維修或更換，余下的管道需要進(jìn)行狀態(tài)評(píng)估。上世紀(jì)90年代以來(lái)，美國(guó)有多條PCCP管道發(fā)生爆管事件，降低了人們對(duì)PCCP耐久性和使用壽命的信心?！癙CCP管很高的失效可能性和失效的災(zāi)難性，已導(dǎo)致美國(guó)現(xiàn)在已經(jīng)不再生產(chǎn)PCCP管”。中國(guó)近年來(lái)也發(fā)生了多起PCCP管道爆管事件，最短發(fā)生爆管的PCCP管線，投入運(yùn)營(yíng)的時(shí)間只有3～5年。此外，對(duì)運(yùn)行管線進(jìn)行的探測(cè)發(fā)現(xiàn)，預(yù)應(yīng)力鋼絲“斷絲”是PCCP常見(jiàn)病害和隱患。
對(duì)所有爆管事件的調(diào)查均顯示，預(yù)應(yīng)力鋼絲銹蝕拉斷， 使PCCP承受內(nèi)壓的能力大幅度降低，是發(fā)生爆管的直接原因。鋼絲質(zhì)量差和（或）砂漿保護(hù)層失效繼而預(yù)應(yīng)力鋼絲銹蝕，則是鋼絲拉斷（斷絲）的主要原因。問(wèn)題的根源在于，埋置式預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的砂漿保護(hù)層抗裂設(shè)計(jì)、校核方法的“變形量”假設(shè)，與現(xiàn)實(shí)情況有較大差異?！白冃瘟俊奔僭O(shè)觀點(diǎn)認(rèn)為，保護(hù)層受高于砂漿抗拉強(qiáng)度的拉伸就會(huì)產(chǎn)生肉眼不能見(jiàn)的微裂縫；而可見(jiàn)裂縫變形量為微裂縫的8 倍，此時(shí)保護(hù)層虛擬抗拉應(yīng)力為砂漿抗拉強(qiáng)度8 倍。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定保護(hù)層裂縫校核方法，采用相當(dāng)6.4～8倍水泥砂漿抗拉強(qiáng)度的變形量或虛擬抗拉應(yīng)力，只要內(nèi)外負(fù)載產(chǎn)生的變形量或抗拉應(yīng)力小于這個(gè)假設(shè)變形量或虛擬抗拉應(yīng)力，保護(hù)層裂縫校核就可以通過(guò)。這樣的保護(hù)層裂縫校核形同虛設(shè)，“PCCP 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，砂漿保護(hù)層不允許有任何可見(jiàn)裂縫，實(shí)際情況砂漿保護(hù)層種種裂縫不可避免”。也就是說(shuō)，PCCP管的砂漿保護(hù)層開(kāi)裂和無(wú)法有效保護(hù)預(yù)應(yīng)力鋼絲，是因?yàn)樯皾{本身變形和抗裂能力不足，而管的設(shè)計(jì)又將就了砂漿性能，以至于造成PCCP（PCCPE和PCCPL管）具有先天耐久性不足的缺陷。在溫差大、干燥和腐蝕性環(huán)境，這個(gè)缺陷是致命的，預(yù)應(yīng)力鋼絲會(huì)較快銹蝕、拉斷和發(fā)生爆管。這也是美國(guó)淘汰PCCP的根本原因。
本發(fā)明正是針對(duì)PCCPL管這個(gè)缺陷的根源，提供可靠解決方案，廣泛應(yīng)用意義重大。中國(guó)目前在大量生產(chǎn)和使用PCCPL，這種大口徑管材往往用于大型輸水或壓力排水工程。這些工程是百年大計(jì)，不允許發(fā)生爆管或存在潛在的隱患；一旦發(fā)生問(wèn)題，帶來(lái)的損失將是巨大的。人們也已經(jīng)認(rèn)識(shí)到，現(xiàn)在使用的砂漿保護(hù)層無(wú)法保障PCCPL的耐久性和安全性，需要更加可靠的技術(shù)方案。
本發(fā)明技術(shù)方案，使用具有高變形與高抗裂能力、高抗拉強(qiáng)度的超高性能混凝土（UHPC），替代普通砂漿作為PCCPL的鋼筒、鋼絲和承插口鋼環(huán)保護(hù)層，可從根本上消除傳統(tǒng)砂漿保護(hù)層變形與抗裂性能不足的缺陷；同時(shí)，利用UHPC高粘結(jié)強(qiáng)度、高韌性、高抗沖擊性能、高抗?jié)B性能和高抗腐蝕能力，可避免砂漿保護(hù)層空鼓、易損傷以及耐腐蝕能力不足等問(wèn)題。UHPC保護(hù)層能夠?yàn)轭A(yù)應(yīng)力鋼絲和承插口鋼環(huán)提供長(zhǎng)期可靠的保護(hù)，大幅度提升PCCPL的耐久性和使用壽命。此外，PCCPL也用于有壓力污水或腐蝕液體輸送管道，混凝土內(nèi)襯會(huì)受到化學(xué)腐蝕而降低使用壽命。針對(duì)這樣問(wèn)題，本發(fā)明在管內(nèi)壁制作UHPC保護(hù)層防護(hù)PCCPL混凝土內(nèi)襯。
超高性能混凝土（Ultra-High Performance Concrete，簡(jiǎn)稱UHPC），因?yàn)橐话阈钃饺脘摾w維或高強(qiáng)聚合物纖維，也被稱作超高性能纖維增強(qiáng)混凝土（Ultra-High Performance Fibre Reinforced Concrete，簡(jiǎn)稱UHPFRC）。UHPC屬于現(xiàn)代先進(jìn)材料，創(chuàng)新了水泥基材料（混凝土或砂漿）與纖維、鋼材（鋼筋或高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力鋼筋）的復(fù)合模式，大幅度提高了纖維和鋼筋在混凝土中的強(qiáng)度利用效率，使水泥基材料的全面性能發(fā)生了跨越式進(jìn)步——具備了超高強(qiáng)、高韌性和超高耐久性。
UHPC的“超高力學(xué)性能”主要體現(xiàn)在超高抗拉強(qiáng)度（單軸抗拉和彎曲抗拉強(qiáng)度）和高韌性，這依靠加入短鋼纖維來(lái)實(shí)現(xiàn)。抗拉強(qiáng)度可高達(dá)30MPa，斷裂能達(dá)到1,500~40,000 N/m（鋼纖維體積含量2%~12%），使UHPC跨入韌性、高韌性材料的行列（斷裂能超過(guò)1,000J/m2劃分為韌性材料）。在變形能力方面，UHPC可以在相對(duì)低的鋼纖維含量水平實(shí)現(xiàn)拉伸的表觀“應(yīng)變硬化”行為，即單軸受拉經(jīng)歷彈性階段，出現(xiàn)多微裂縫，纖維抗拉作用啟動(dòng)；隨后拉應(yīng)力上升，進(jìn)入非彈性的應(yīng)變硬化階段（類似鋼材的“屈服”）；達(dá)到開(kāi)裂后最大拉應(yīng)力（抗拉強(qiáng)度），出現(xiàn)個(gè)別裂縫在局部擴(kuò)展，之后拉應(yīng)力下降，進(jìn)入軟化階段。鋼纖維強(qiáng)度得到有效利用，UHPC從而獲得很高的抗裂和抗沖擊能力。
UHPC最具吸引力的另一個(gè)性能是潛在的超高耐久性。從理論上和根據(jù)至今的試驗(yàn)研究結(jié)果，基本上可以確定：UHPC沒(méi)有凍融循環(huán)、堿－骨料反應(yīng)（AAR）和延遲鈣礬石生成（DEF）破壞的問(wèn)題；在無(wú)裂縫狀態(tài)，UHPC的抗碳化、抗氯離子侵入、抗硫酸鹽侵蝕、抗化學(xué)腐蝕、耐磨等耐久性能指標(biāo)，與傳統(tǒng)高強(qiáng)高性能混凝土（HSC/HPC）相比，有數(shù)量級(jí)或倍數(shù)的提高。UHPC具有非常好的微裂縫自愈能力。由于水膠比非常低，UHPC拌和水量?jī)H能供部分水泥水化，絕大多數(shù)水泥顆粒的內(nèi)部處于沒(méi)有水化狀態(tài)。因此，水或水汽進(jìn)入U(xiǎn)HPC的裂縫，暴露在裂縫表面的水泥顆粒未水化部分就會(huì)“繼續(xù)”水化；結(jié)合了外界水分的水化產(chǎn)物體積大于水泥孰料體積，多出來(lái)的體積能夠填堵裂縫。試驗(yàn)和工程驗(yàn)證表明，UHPC的裂縫自愈不僅能夠封閉微裂縫降低滲透性和保持良好耐久性，同時(shí)還起“膠結(jié)”裂縫作用，在一定程度上恢復(fù)混凝土因裂縫降低的力學(xué)性能。
本發(fā)明所使用的超高性能混凝土（UHPC），具備高變形與高抗裂能力、高抗拉強(qiáng)度、高韌性、高抗沖擊性能、高抗?jié)B性、高耐久性和裂縫自愈性能；與混凝土、與鋼材的界面粘結(jié)強(qiáng)度也非常高，是理想的PCCPL管的防腐蝕保護(hù)材料；用其制作的保護(hù)層，工作壽命可達(dá)百年以上，是長(zhǎng)效防腐蝕方法。
從骨料粒徑分類，UHPC也是砂漿或特種砂漿。可制備UHPC拌和物流變性與普通高強(qiáng)砂漿類似，直接使用現(xiàn)有裝備輥射、噴涂或抹漿制作保護(hù)層；利用UHPC優(yōu)良的硬化性能保護(hù)PCCPL內(nèi)部的預(yù)應(yīng)力鋼絲、鋼筒、承插口鋼環(huán)等鋼材，以及混凝土內(nèi)襯，是一種易實(shí)施、可靠、長(zhǎng)效的防腐蝕方法，可大幅度提升PCCPL的耐久性和工作壽命。
現(xiàn)有技術(shù)的實(shí)現(xiàn)方案
預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管（PCCPL）發(fā)生過(guò)早失效或耐久性不良，主要原因是PCCPL的預(yù)應(yīng)力鋼絲和鋼筒銹蝕；也有少部分PCCPL早期失效是因?yàn)樯a(chǎn)質(zhì)量缺陷，使用不合格、不當(dāng)?shù)燃?jí)或品種的鋼材，過(guò)度使用陰極保護(hù)（過(guò)度的附加電流，可能因析氫導(dǎo)致金屬韌性或延性降低，即“氫脆”）。現(xiàn)在，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，如GB/T 19685-2005《預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管》，對(duì)PCCP生產(chǎn)質(zhì)量、使用鋼材和砂漿保護(hù)層有明確的要求（抗裂性能要求將就了砂漿所能達(dá)到的性能）； GB 28725-2012《埋地預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管道的陰極保護(hù)》則規(guī)范、指導(dǎo)和提高PCCPL防腐蝕的陰極保護(hù)水平。但是，PCCPL的砂漿保護(hù)層仍然是其耐久性的薄弱環(huán)節(jié)。砂漿保護(hù)層自身開(kāi)裂不可避免，且在運(yùn)輸?shù)跹b過(guò)程易損傷，抗氯離子侵入和抗化學(xué)腐蝕能力不足。在溫差大、干燥、干濕循環(huán)和腐蝕性環(huán)境（土壤或地下水較普遍存在硫酸鹽、氯鹽或酸性腐蝕），以及內(nèi)外壓力作用下，砂漿有可能嚴(yán)重開(kāi)裂和較快劣化，失去對(duì)預(yù)應(yīng)力鋼絲、鋼筒等的保護(hù)作用。砂漿保護(hù)層失效，陰極保護(hù)的負(fù)荷將大幅度增大，乃至無(wú)法控制預(yù)應(yīng)力鋼絲、鋼筒銹蝕的蔓延。
針對(duì)PCCPL砂漿保護(hù)層抗裂、抗腐蝕性能不能滿足要求，以及混凝土內(nèi)襯抗化學(xué)腐蝕能力不足，也有一些專利提出改善措施，其中有：
·CN201220309638.X（表面有纖維抗裂砂漿保護(hù)層的內(nèi)襯式預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管）：該實(shí)用新型方法依靠在砂漿中摻入聚丙烯纖維提高砂漿抗裂性能。
·CN201210162978.9（熱浸鋅與環(huán)氧煤瀝青防腐結(jié)合內(nèi)襯式預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管）、CN201210220592.9（長(zhǎng)壽命多層防腐處理的內(nèi)襯式預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管）、CN201310190348.7（一種內(nèi)壁具有環(huán)氧保護(hù)層的內(nèi)襯式預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管）、CN201510603804.5（全防腐直飲水的內(nèi)襯式預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管）、CN201510604002.6（長(zhǎng)壽命全防腐的內(nèi)襯式預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管）：這幾個(gè)發(fā)明方法，防腐蝕措施包括鋼筒和鋼絲鍍鋅、內(nèi)襯不銹鋼鋼筒或PVC、內(nèi)壁涂覆環(huán)氧涂層、管外壁涂覆環(huán)氧瀝青涂層、承口鋼環(huán)和插口鋼環(huán)涂覆防腐涂層或鋅鋁稀土涂層、砂漿保護(hù)層摻加聚丙烯纖維提高抗裂性能，等等，以及復(fù)合使用這些措施。
·CN201310187286.4（帶防腐層的PCCP電廠冷卻水鋼筒混凝土管及生產(chǎn)方法）：該發(fā)明方法在傳統(tǒng)的PCCP管道生產(chǎn)的最后一道噴漿工序的同時(shí)，采用刮平裝置將噴漿后的水泥砂漿表面刮平，同時(shí)后跟進(jìn)的涂水泥濃漿的裝置將水泥漿涂與刮平后毛糙的管道表面，再后跟進(jìn)的加壓抹平裝置將管道表面涂的水泥漿同時(shí)抹平，之后待管道完全干透后，在管道表面采用機(jī)械的方法涂覆環(huán)氧樹(shù)脂和纏繞玻璃纖維，同時(shí)采用機(jī)械方法刮抹平整，待涂覆的環(huán)氧樹(shù)脂玻璃纖維保護(hù)層固化后即為成品管。
·CN201310187303.4（帶環(huán)氧膠泥保護(hù)層的預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管及生產(chǎn)方法）：該發(fā)明方法在傳統(tǒng)的PCCP管道生產(chǎn)的最后一道噴漿工序的同時(shí)，采用刮平裝置將噴漿后的水泥砂漿表面刮平，同時(shí)后跟進(jìn)的涂覆環(huán)氧樹(shù)脂的裝置將環(huán)氧樹(shù)脂涂與刮平后毛糙的管道表面，再后跟進(jìn)環(huán)氧膠泥涂覆裝置將環(huán)氧膠泥涂覆與環(huán)氧樹(shù)脂表面并同時(shí)加壓抹平。
·CN201310187328.4（新型防滲PCCP預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管及生產(chǎn)方法）：該發(fā)明方法在傳統(tǒng)的PCCP管道生產(chǎn)的最后一道噴漿工序的同時(shí)，采用刮平裝置將噴漿后的水泥砂漿表面刮平，同時(shí)后跟進(jìn)的涂水泥濃漿的裝置將水泥漿涂與刮平后毛糙的管道表面，再后跟進(jìn)的加壓抹平裝置將管道表面涂的水泥漿同時(shí)抹平。
上述方法中，聚丙烯纖維只能提高砂漿硬化階段抗裂能力，即防止或減少砂漿塑性收縮裂縫；聚丙烯纖維并不能提高硬化砂漿的抗裂性能，因?yàn)槠鋸椥阅Ａ刻?，無(wú)法約束硬化砂漿的裂縫；此外，該方法沒(méi)有改善砂漿的抗?jié)B性和抗腐蝕能力。砂漿保護(hù)層表面涂覆環(huán)氧樹(shù)脂玻璃纖維防腐層、環(huán)氧瀝青涂層等，能將砂漿與腐蝕環(huán)境隔絕；鋼筒與鋼絲鍍鋅、承插口鋼環(huán)涂覆防腐涂料等，能延緩銹蝕的發(fā)生。這些防腐蝕方法能否廣泛應(yīng)用，取決于成本和防腐效果或性價(jià)比。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于為內(nèi)襯式預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管（PCCPL）提供一種可靠、長(zhǎng)效的防腐蝕方法。
本發(fā)明的技術(shù)方案為：內(nèi)襯式預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管的一種長(zhǎng)效防腐蝕方法，內(nèi)襯式預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管管體外側(cè)以及管道安裝后接頭溝槽鋼材的外露部分，包括鋼筒、預(yù)應(yīng)力鋼絲、承口鋼環(huán)和插口鋼環(huán)，分別采用工廠制作超高性能混凝土外保護(hù)層和現(xiàn)場(chǎng)制作超高性能混凝土內(nèi)、外保護(hù)層保護(hù)；管的混凝土內(nèi)襯內(nèi)壁，采用工廠制作的超高性能混凝土內(nèi)保護(hù)層保護(hù)。
管的生產(chǎn)過(guò)程中，在鋼筒和預(yù)應(yīng)力鋼絲外側(cè)制作20～50mm厚度的工廠制作超高性能混凝土外保護(hù)層。
管的生產(chǎn)過(guò)程中，在管的混凝土內(nèi)襯內(nèi)壁制作15～30mm厚度的工廠制作超高性能混凝土內(nèi)保護(hù)層。
管道安裝就位后，在管道接頭內(nèi)溝槽填充現(xiàn)場(chǎng)制作超高性能混凝土內(nèi)保護(hù)層，粘結(jié)覆蓋承口鋼環(huán)和插口鋼環(huán)外露部分。
管道安裝就位后，在管道接頭外溝槽灌注和填充現(xiàn)場(chǎng)制作超高性能混凝土外保護(hù)層，粘結(jié)覆蓋插口鋼環(huán)和承口鋼環(huán)外露部分。
在工廠和現(xiàn)場(chǎng)制作超高性能混凝土內(nèi)、外保護(hù)層，所使用超高性能混凝土的硬化性能達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28天：抗壓強(qiáng)度大于或等于120MPa，彈性抗拉強(qiáng)度大于或等于6MPa，抗拉強(qiáng)度大于或等于7MPa，極限拉應(yīng)變大于或等于1.0 ‰。
實(shí)施方法如下：
1、制備超高性能混凝土：粘聚型拌和物適合輥射、噴涂或抹漿設(shè)備制作保護(hù)層；管道安裝使用的超高性能混凝土拌和物，分為粘聚型和自密實(shí)型，其中自密實(shí)型用于接頭外溝槽底部的灌注。超高性能混凝土的硬化性能（標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28天）要達(dá)到：抗壓強(qiáng)度大于或等于120MPa，彈性抗拉強(qiáng)度（初裂拉應(yīng)力）大于或等于6MPa，抗拉強(qiáng)度（極限拉應(yīng)力）大于或等于7MPa，極限拉應(yīng)變大于或等于1.0 ‰。
2、管的生產(chǎn)過(guò)程中，在鋼筒和預(yù)應(yīng)力鋼絲外側(cè)制作20～50mm厚度的工廠制作超高性能混凝土外保護(hù)層粘結(jié)覆蓋；在混凝土內(nèi)襯內(nèi)壁制作15～30mm厚度的工廠制作超高性能混凝土內(nèi)保護(hù)層；蒸汽養(yǎng)護(hù)或常溫保濕養(yǎng)護(hù)。
3、管道安裝就位后，在管道接頭內(nèi)溝槽填充粘聚型超高性能混凝土，形成現(xiàn)場(chǎng)制作超高性能混凝土內(nèi)保護(hù)層，完成粘結(jié)覆蓋承口鋼環(huán)和插口鋼環(huán)外露部分，常溫保濕養(yǎng)護(hù)。
4、在管道接頭外溝槽底部灌注超高性能混凝土拌和物，接頭外溝槽側(cè)面和頂部填充粘聚型超高性能混凝土拌和物，形成現(xiàn)場(chǎng)制作超高性能混凝土外保護(hù)層，完成粘結(jié)覆蓋插口鋼環(huán)和承口鋼環(huán)外露部分，常溫保濕養(yǎng)護(hù)。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：所制備UHPC拌和物流變性與普通砂漿類似，可直接使用現(xiàn)有裝備輥射、噴涂或抹漿制作保護(hù)層；所使用超高性能混凝土（UHPC）具備優(yōu)異的物理力學(xué)性能，包括高變形與高抗裂能力、高抗拉強(qiáng)度、高粘結(jié)強(qiáng)度、高韌性、高抗沖擊能力，以及高抗?jié)B性能、高抗化學(xué)腐蝕性能和高抗凍融性能——超高耐久性，為內(nèi)襯式預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管（PCCPL）提供可靠、長(zhǎng)效的防腐蝕保護(hù)，大幅度提高這類管道的耐久性和可靠性，保障使用該管材鋪設(shè)的管道實(shí)現(xiàn)所期望的長(zhǎng)工作壽命（75～100年）。
本發(fā)明則提供了一種全新的技術(shù)方案，用UHPC替代傳統(tǒng)砂漿，所使用的UHPC具備優(yōu)良力學(xué)性能和耐久性，能長(zhǎng)期可靠地保護(hù)PCCPL內(nèi)部的預(yù)應(yīng)力鋼絲、鋼筒、承口鋼環(huán)和插口鋼環(huán)不銹蝕，以及防護(hù)混凝土內(nèi)襯免受化學(xué)腐蝕。
該技術(shù)方案的易實(shí)施性和可靠性優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在：1、可制備UHPC拌和物流變性與普通砂漿類似，便于在工廠直接使用現(xiàn)有裝備輥射、噴涂或抹漿制作內(nèi)外保護(hù)層，無(wú)需改變現(xiàn)有生產(chǎn)工藝；同時(shí)，可以在管道安裝現(xiàn)場(chǎng)制備自密實(shí)和粘聚型UHPC拌和物，便于灌注和填充管道接頭溝槽，粘結(jié)覆蓋和保護(hù)承口鋼環(huán)和插口鋼環(huán)外露部分。2、UHPC拌和物具有高粘聚性，易粘結(jié)在混凝土、鋼絲、鋼筒和鋼環(huán)表面，可提高工廠保護(hù)層制作效率，以及提高管道安裝現(xiàn)場(chǎng)接頭溝槽填充制作保護(hù)層的效率。3、硬化UHPC與混凝土、鋼筒、鋼絲和鋼環(huán)之間的界面粘結(jié)強(qiáng)度，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于普通混凝土、砂漿所能達(dá)到的與混凝土、鋼材之間的界面粘結(jié)強(qiáng)度，易于避免出現(xiàn)空鼓等缺陷。4、本發(fā)明所使用的含微細(xì)鋼纖維UHPC，具備高變形與高抗裂能力、高抗拉強(qiáng)度和高抗沖擊能力，能夠保證PCCPL保護(hù)層在各種力學(xué)荷載（管道運(yùn)輸?shù)跹b碰撞、內(nèi)外壓力作用）和環(huán)境荷載（干濕循環(huán)、溫度變化）作用下的整體性。5、UHPC具有高密實(shí)度、高抗?jié)B性、高抗腐蝕能力和高抗凍融性能，UHPC本身是目前所有工程材料中耐久性最好的材料（自然環(huán)境中工作壽命百年以上，日本規(guī)范認(rèn)為UHPC結(jié)構(gòu)工作壽命100年），因此可為預(yù)應(yīng)力鋼絲、鋼筒和承插口鋼環(huán)以及混凝土內(nèi)襯提供長(zhǎng)期可靠的保護(hù)。6、采用UHPC保護(hù)層技術(shù)方案，面對(duì)鹽堿地或地下水化學(xué)腐蝕，不再需要在管身做防腐涂層，成本相對(duì)較低。UHPC保護(hù)層與陰極保護(hù)技術(shù)相容，陰極保護(hù)可作為備用措施。7、UHPC保護(hù)層綜合性能好、可靠性高，可為PCCPL預(yù)應(yīng)力鋼絲、鋼筒和承插口鋼環(huán)以及混凝土內(nèi)襯提供長(zhǎng)效防腐蝕保護(hù)，顯著降低管線運(yùn)行維護(hù)維修費(fèi)用，成就百年工程。8、本發(fā)明解決了PCCPL保護(hù)層抗裂設(shè)計(jì)、校核方法的假設(shè)與砂漿材料性能不一致的難題，從根源上消除了PCCPL設(shè)計(jì)的耐久性缺陷。
附圖說(shuō)明
圖 1 為本發(fā)明內(nèi)襯式預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管的一種長(zhǎng)效防腐蝕方法
1-鋼筒；2-預(yù)應(yīng)力鋼絲；3-承口鋼環(huán)；4-插口鋼環(huán)；5-工廠制作超高性能混凝土外保護(hù)層；6-1-現(xiàn)場(chǎng)制作超高性能混凝土內(nèi)保護(hù)層；6-2-現(xiàn)場(chǎng)制作超高性能混凝土外保護(hù)層；7-混凝土內(nèi)襯；8-橡膠圈；9-工廠制作超高性能混凝土內(nèi)保護(hù)層。
具體實(shí)施方法
內(nèi)襯式預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管（PCCPL）鋼筒、預(yù)應(yīng)力鋼絲、部分承口鋼環(huán)和部分插口鋼環(huán)的工廠制作超高性能混凝土外保護(hù)層5和工廠制作超高性能混凝土內(nèi)保護(hù)層9，在工廠制作完成。管道安裝就位后，接頭處承口鋼環(huán)和插口鋼環(huán)外露部分的現(xiàn)場(chǎng)制作超高性能混凝土內(nèi)保護(hù)層6-1與現(xiàn)場(chǎng)制作超高性能混凝土外保護(hù)層6-2，在管道安裝現(xiàn)場(chǎng)制作完成。具體步驟如下：
1、在工廠制備粘聚型超高性能混凝土：新拌拌和物坍落度為30~100mm，適合機(jī)械輥射、噴涂或抹漿制作保護(hù)層。超高性能混凝土的硬化性能（標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28天）要達(dá)到：抗壓強(qiáng)度大于或等于120MPa（100mm立方試件），彈性抗拉強(qiáng)度大于或等于6MPa（30mm厚度板試件），抗拉強(qiáng)度大于或等于7MPa，極限拉應(yīng)變大于或等于1.0 ‰。
2、PCCPL的生產(chǎn)過(guò)程中，在鋼筒1和預(yù)應(yīng)力鋼絲2外側(cè)制作20～50mm厚度的工廠制作超高性能混凝土外保護(hù)層5；在混凝土內(nèi)襯7內(nèi)壁制作15～30mm厚度的工廠制作超高性能混凝土內(nèi)保護(hù)層9；蒸汽養(yǎng)護(hù)（90℃恒溫48小時(shí)，升、降溫速率不超過(guò)15℃/h）或常溫保濕養(yǎng)護(hù)至少7天。
3、在管道安裝現(xiàn)場(chǎng)，制備自密實(shí)型和粘聚型超高性能混凝土，其中自密實(shí)型用于管道接頭外溝槽底部的灌注。超高性能混凝土的硬化性能要求同上。
4、管道安裝就位后，在管道接頭內(nèi)溝槽填充粘聚型超高性能混凝土，形成現(xiàn)場(chǎng)制作超高性能混凝土內(nèi)保護(hù)層6-1，完成粘結(jié)覆蓋承口鋼環(huán)3和插口鋼環(huán)4外露部分，常溫保濕養(yǎng)護(hù)至少7天。
5、在管道接頭外溝槽底部灌注自密實(shí)超高性能混凝土，接頭外溝槽側(cè)面和頂部填充粘聚型超高性能混凝土拌和物，形成現(xiàn)場(chǎng)制作超高性能混凝土外保護(hù)層6-2，完成粘結(jié)覆蓋插口鋼環(huán)4和承口鋼環(huán)3外露部分，常溫保濕養(yǎng)護(hù)至少7天。