全防腐直飲水的埋置式預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件，尤其是一種預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管兩端的承口鋼環(huán)和插口鋼環(huán)帶有熱噴涂鋅鋁稀土涂層，管道內(nèi)壁內(nèi)襯不銹鋼鋼筒，同時(shí)混凝土管外表面帶有環(huán)氧煤瀝青防腐層的可用于直飲水輸送的埋置式預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管(簡(jiǎn)稱PCCP)，是一種新型的剛性壓力管材。它是帶有鋼筒的高強(qiáng)度混凝土管芯纏繞預(yù)應(yīng)力鋼絲，噴以水泥砂漿保護(hù)層，采用鋼制承插口鋼環(huán)并與鋼筒焊成一體，承插口帶有凹槽密封膠圈形成了滑動(dòng)式膠圈的柔性接頭，是鋼板、混凝土、高強(qiáng)鋼絲和水泥砂漿幾種材料組成的復(fù)合結(jié)構(gòu)，具有鋼材和混凝土各自的特性。預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管具有承受內(nèi)外壓高、接頭密封性好、抗震能力強(qiáng)、施上方便快捷、防腐性能好、維護(hù)方便等特性，被工程界所關(guān)注，主要應(yīng)用于長(zhǎng)距離輸水干線、壓力倒虹吸、城市供水工程、有壓輸水管線、電廠循環(huán)水工程管道、壓力排污干管等。與以往管材相比，具有適用范圍廣，經(jīng)濟(jì)壽命長(zhǎng)、抗震性能好、安裝方便、運(yùn)行用度低，基本不漏水等優(yōu)點(diǎn)。預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管從結(jié)構(gòu)型式上可分為兩種:一種為內(nèi)襯式預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管(PCCPL)，即在鋼筒內(nèi)壁成型混凝土，在鋼筒外面直接纏繞環(huán)向預(yù)應(yīng)力鋼絲，然后噴涂水泥砂漿保護(hù)層而制成的管道；一種是埋置式預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管(PCCPE)，是將鋼筒埋置在管芯混凝土里面，然后在管芯混凝土外壁上纏繞環(huán)向預(yù)應(yīng)力鋼絲后噴涂水泥砂漿保護(hù)層。
[0003]但是作為埋設(shè)在土壤環(huán)境中的混凝土構(gòu)件產(chǎn)品，在土壤環(huán)境中，如果預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管不采取有效的保護(hù)措施，隨著使用時(shí)間的延長(zhǎng)，預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管外壁的土壤環(huán)境中以及管內(nèi)水介質(zhì)中的侵蝕性介質(zhì)侵入預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管中的砂漿保護(hù)層和混凝土層，到達(dá)鋼絲與鋼筒表面，那么鋼絲與鋼筒將會(huì)發(fā)生電化學(xué)腐蝕，進(jìn)而會(huì)導(dǎo)致鋼絲和鋼筒的腐蝕失效，發(fā)生穿孔泄露甚至爆管現(xiàn)象，會(huì)給管道系統(tǒng)的安全運(yùn)行造成隱患，直接威脅管道系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性，其中預(yù)應(yīng)力鋼絲與鋼筒的腐蝕問題是影響結(jié)構(gòu)物耐久性的主要因素，如果鋼絲與鋼筒因腐蝕而發(fā)生破損，將會(huì)直接導(dǎo)致預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管的腐蝕破壞，從而影響整個(gè)管道系統(tǒng)的安全運(yùn)行。由此可見對(duì)預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管采用防腐措施十分必要，同時(shí)預(yù)應(yīng)力混凝土管的承插口鋼環(huán)直接裸露在外面，沒有混凝土層的保護(hù)，作為兩個(gè)預(yù)應(yīng)力混凝土管的連接處，預(yù)應(yīng)力混凝土管的承口鋼環(huán)與預(yù)應(yīng)力混凝土管的插口鋼環(huán)的表面保護(hù)尤為重要，這直接威脅管道系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性，從而影響整個(gè)管道系統(tǒng)的安全運(yùn)行，因此預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管的外表面和兩端的承口鋼環(huán)和插口鋼環(huán)表面處理技術(shù)十分有必要。
[0004]尤其是目前國(guó)家提出了直飲水的概念，直飲水是指用戶終端直接輸出符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的飲用水。直飲水工程目前國(guó)內(nèi)并沒有普及，僅見于少部分城市的特定區(qū)域試點(diǎn)，國(guó)內(nèi)大部分城市的相關(guān)管道、配套設(shè)施還沒有完全改造，并不能達(dá)到入戶后的水質(zhì)還達(dá)到直飲水的標(biāo)準(zhǔn)。作為直飲水工程中的重要一個(gè)環(huán)節(jié)，凈化后的直飲水輸送國(guó)內(nèi)外的通行做法是全部采用不銹鋼管道。不銹鋼管道的優(yōu)秀抗腐蝕能力，使得不銹鋼管道能夠有效保障直飲水的水質(zhì)安全，但是不銹鋼管相對(duì)于普通鋼管和混凝土管造價(jià)較高，在直飲水工程中如果采用普通鋼管，鋼管內(nèi)壁與水接觸產(chǎn)生的腐蝕產(chǎn)物會(huì)危及輸送水的水質(zhì)安全，而采用混凝土管其效果更差，因?yàn)榛炷凉軆?nèi)層的混凝土層，由于水在管道中的長(zhǎng)時(shí)間停留和沖刷，會(huì)使混凝土層里面的一些物質(zhì)進(jìn)入水中，影響到水質(zhì)安全。因此預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管作為直飲水用管代替不銹鋼管的話，對(duì)預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管的內(nèi)壁和外表面，以及兩端的承口鋼環(huán)和插口鋼環(huán)表面處理技術(shù)十分有必要。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0005]本實(shí)用新型的目的是為克服上述現(xiàn)有鋼筒混凝土管不能達(dá)到直飲水工程的要求的技術(shù)缺陷，提供一種全防腐直飲水的埋置式預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管，該混凝土管結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，耐腐蝕，能夠有效延長(zhǎng)預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管的使用壽命，實(shí)現(xiàn)了節(jié)約成本的同時(shí)，還能保證水質(zhì)安全的目的，避免了采用普通鋼管，鋼管內(nèi)壁與水接觸產(chǎn)生的腐蝕產(chǎn)物會(huì)危及輸送水的水質(zhì)安全，采用混凝土管，使混凝土層里面的一些物質(zhì)進(jìn)入水中，影響到水質(zhì)安全的問題。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用下述技術(shù)方案:
[0007]—種全防腐直飲水的埋置式預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管，包括筒體部分，以及設(shè)置于筒體部分兩端的承口鋼環(huán)和插口鋼環(huán)，筒體部分由內(nèi)到外依次為不銹鋼鋼筒、鋼筒內(nèi)壁混凝土層、鋼筒、鋼筒外壁混凝土層和鋼筒外壁水泥砂漿保護(hù)層，鋼筒外壁混凝土層的外表面上纏繞有預(yù)應(yīng)力鋼絲，所述插口鋼環(huán)的內(nèi)表面和承口鋼環(huán)的外表面上分別設(shè)有鋅鋁稀土涂層；所述鋼筒外壁水泥砂漿保護(hù)層外表面上設(shè)有環(huán)氧煤瀝青防腐層；所述鋼筒內(nèi)壁混凝土層、鋼筒外壁混凝土層和鋼筒外壁水泥砂漿保護(hù)層中均摻有改性聚丙烯纖維。
[0008]所述改性聚丙烯纖維添加量為0.8?lKg/m3。
[0009]不銹鋼鋼筒及鋼筒與承口鋼環(huán)的焊接部?jī)?nèi)填充內(nèi)壁混凝土層，內(nèi)壁混凝土層內(nèi)嵌不銹鋼鋼管。在傳統(tǒng)的混凝土管中內(nèi)襯不銹鋼管，一方面能夠降低單獨(dú)使用不銹鋼管的造價(jià)，另一方面從多層防腐蝕的角度看，由于不銹鋼管外的混凝土管為鋼筒混凝土管，具有混凝土、鋼筒、鋼絲、水泥砂漿保護(hù)層多層防腐抗壓結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，如果把內(nèi)襯不銹鋼管的鋼筒混凝土管應(yīng)用于直飲水工程，無(wú)疑具有適用范圍廣，經(jīng)濟(jì)壽命長(zhǎng)、抗震性能好、安裝方便、保證直飲水安全等優(yōu)點(diǎn)。
[0010]承口鋼環(huán)以及不銹鋼鋼管的外壁均固接有沿軸向延伸的凸棱。與承口鋼環(huán)以及不銹鋼鋼管的外壁相接觸的反別是水泥砂漿保護(hù)層和混凝土層，在承口鋼環(huán)以及不銹鋼鋼管的外壁均固接沿軸向延伸的凸棱，可以在立式模具澆筑成型后，使承口鋼環(huán)與水泥砂漿保護(hù)層、不銹鋼管與混凝土層具有更好的固定和結(jié)合作用。極大的延長(zhǎng)了鋼筒混凝土管的使用壽命。
[0011]承口鋼環(huán)與凸棱以及不銹鋼鋼管與凸棱為一體式結(jié)構(gòu)。在生產(chǎn)帶凸棱的承口鋼環(huán)和不銹鋼鋼管時(shí)，可以采用注塑成型的生產(chǎn)工藝，工藝簡(jiǎn)單，成本較低，而且大大提高。
[0012]鋅鋁稀土是現(xiàn)有產(chǎn)品，在市場(chǎng)中均可購(gòu)買到，在此不再贅述其組分。鋅鋁稀土涂層采用電弧噴涂在成品混凝土管裸露在外的承口鋼環(huán)內(nèi)壁和插口鋼環(huán)外壁上制得。鋅鋁涂層中，鋅元素的作用為防腐作用，鋁元素在涂層中起到骨架支撐作用，更好的形成防腐層，另外的少量La和Ce等稀土元素的加入，可以讓電弧噴涂的噴涂過程中更加霧化了顆粒尺寸，從而提高了涂層的均勻致密性，同樣起到了更好的防腐效果。
[0013]電弧噴涂的溫度很高，兩種合金絲呈熔融而且分散的狀態(tài)快速噴向管道表面，高溫熔融Zn合金和AIRE合金急冷凝固形成Zn相和AIRE合金相，只有Zn相和AIRE合金相兩種合金凝固組織界面附近才能通過擴(kuò)散形成一些Zn-Al-RE固溶體合金，或一些夾雜著Zn合金和AIRE合金的固溶體合金。
[0014]Zn-Al-RE合金層的這種組織特征在一定程度上對(duì)其耐蝕性能產(chǎn)生了有利的影響，因?yàn)閆n相和AIRE合金相交替存在，協(xié)同發(fā)揮了 Zn合金相的犧牲保護(hù)作用和AIRE合金相的鈍化保護(hù)作用，合金層中的A1RE合金相間構(gòu)成網(wǎng)狀硬構(gòu)架，不但起到阻止Zn腐蝕的作用，而且A1RE合金在腐蝕過程中生成了致密的腐蝕產(chǎn)物，這種腐蝕產(chǎn)物對(duì)溶液中氯離子向內(nèi)部擴(kuò)散滲透起到了阻擋作用，從而表現(xiàn)出明顯的“自封閉”作用。因此，可以減少腐蝕介質(zhì)的滲入。
[0015]Zn-Al-RE合金的耐蝕性優(yōu)于ZnAl合金及ZnAl合金，這是由于RE元素可細(xì)化涂層顆粒，使顆粒粒度均勻，降低涂層孔隙率，使涂層組織致密，進(jìn)而減少了腐蝕通道。因此腐蝕反應(yīng)進(jìn)行一定時(shí)間后，由于鈍化膜及腐蝕產(chǎn)物的堵塞，腐蝕介質(zhì)很難通過涂層表面的缺陷進(jìn)入涂層到達(dá)涂層/基體的界面，涂層的自封閉效果更加明顯，大幅度提高了涂層腐蝕產(chǎn)物層的穩(wěn)定性，從而使ZnAIRE合金層表現(xiàn)出更好的耐蝕性。RE元素的加入對(duì)涂層耐蝕性影響的主要原因是降低了涂層的孔隙率，起到了凈化和細(xì)化組織的作用，從而使涂層腐蝕過程中的表面活性點(diǎn)減少，從而表現(xiàn)出明顯且穩(wěn)定的自封閉效果。因此，Zn-Al-RE合金層具有優(yōu)良的耐蝕性能。
[0016]改性聚丙烯纖維是現(xiàn)有產(chǎn)品，市場(chǎng)中可以購(gòu)買到，在此不再贅述其具體產(chǎn)品組成。改性聚丙烯纖維是由聚丙烯樹脂經(jīng)特殊加工和處理制成的一束束互相交織成網(wǎng)狀的纖維。它和水泥混凝土的基料有極強(qiáng)的結(jié)合力。加入混凝土基料中，經(jīng)攪拌后，因受到水泥、砂石等骨料的沖擊，自動(dòng)張開。成為一根根的單絲或互相牽扯多向分布纖維，在混凝土內(nèi)部形成一種亂向支撐體系。能極有效的控制混凝土及水泥砂漿的早期的塑性收縮和沉降裂紋。大大提高混凝土的抗?jié)B、抗破碎、抗沖擊性能，增強(qiáng)混凝土韌性和耐磨性，從而使建筑物的壽命大大延長(zhǎng)，極大地減少工程維護(hù)費(fèi)用。
[0017]改性聚丙烯纖維是聚丙烯纖維由聚丙烯及多種有機(jī)、無(wú)機(jī)材料，經(jīng)特殊的復(fù)合技術(shù)精制而成，產(chǎn)品在混凝土中可形成三維亂向分布的網(wǎng)狀承托作用，使混凝土在硬化初期形成的微裂紋在發(fā)展過程中受到阻擋，難以進(jìn)一步發(fā)展。從而可提高混凝土的斷裂韌性，改善混凝土的抗裂防滲性能，是砂漿、混凝土工程抗裂，防滲，耐磨，保溫的新型理想材料。
[0018]涂層可以作為有一道重要防線，有效提高預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管抗侵蝕能力，大大延長(zhǎng)預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管原有壽命，因此預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管表面處理技術(shù)，尤其是涂層技術(shù)十分有必要。<