玻璃钢夹砂管道Word格式.docx

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地下夹砂管的弹性稳定性

地下夹砂管的刚度分析

第九章玻璃钢夹砂管道应用现状

国内与国外的应用情况比较

存在的问题

常见问题的解决方案

未来玻璃钢夹砂管道的前景分析

第十章玻璃钢夹砂管道的常用标准

国内标准

国际主流标准

玻璃纤维增强塑料夹砂管glassfiberreinforcedplasticsmortarpipes（简称FWRPM）是以玻璃纤维及其制品为增强材料，以不饱和聚酯树脂等为基体材料，以石英砂及碳酸钙等无机非金属颗粒材料为填料，采用定长缠绕工艺、离心浇铸工艺、连续缠绕工艺方法制成的管道。

玻璃钢夹砂管道按工艺方法、公称直径、压力等级和环刚度等级进行分类。

1、工艺方法：

I—定长缠绕工艺；

Ⅱ—离心浇铸工艺；

Ⅲ—连续缠绕工艺。

2、公称直径DN：

（mm）120014001600....4000

3、压力等级PN：

（MPa）：

、、、、、、、、、、。

4、环刚度等级SN（N／m2）：

1250、2500、5000、10000。

纤维缠绕玻璃钢管（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的多，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，美国给水工程协会颁布了玻璃钢管道标准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，被认为是世界上最权威的玻璃钢管标准，得到认同和采用。

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业，位列第三，FRP管的生产和应用已经完全成熟。

　　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，常表现为管壁厚、强度富余量大、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。

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，而高的应力区则有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用的特点。

因此在全世界范围内得到了迅速发展，目前在大口径FRP管道中，绝大多数为该种结构工艺。

缠绕玻璃钢夹砂管道是有拉伸强度很高的玻璃纤维起着骨架增强作用,加上刚度大,比例适当的石英砂、CaCO3等填料组成,共同承担载荷作用。

它除了具有FRP管道的基本特点外,还具有独特的优点,它与传统铸铁管、预应力混凝土管相比,其优点更为突出。

1、质量轻、强度高、刚度好

FWRPM管相对密度约为2,比FRP管稍大,仅为钢管的1/4,而环向拉伸强度140～250MPa,轴向拉伸强度70～120MPa,弯曲强度150～340MPa,冲击强度300kJ/m2,其刚度与钢管、铸铁管砼管具有同样的优势,而比强度、比钢度均优于钢铁管、砼管。

2、耐腐蚀强、

抗老化性能好、使用寿命长FWRPM管能抵抗一般浓度的酸、碱、盐、海水、污水、矿化水、腐蚀性土壤的侵蚀,无需作任何防腐处理。

其抗老化性能好,可在大气暴晒、地下、水中长期使用。

按美国AWWA-CD950-88标准设计,使用年限可达50a,强度保留率仍在65%以上,而一般的铸铁管使用年限5～10a,钢管使用年限为15a。

3、内表面光洁平滑,水力性能优异

FWRPM管内壁绝对粗造度仅为,优于铸铁管,更优于混凝土管〔绝对粗造度为～3mm〕[3],其输送液体压头损失小,相同管径的输送量可比钢铁管、砼管提高20%,相同的输送量可节省泵送能源的35%以上,能有效的降低管线的运行和费用。

在相同工况条件下,可选用较小的管径和较低功率的泵,从而能有效的降低工程的一次性投资。

4、无毒害、无二次污染、水质好

FWRPM管无杂质剥离和脱落,没有腐蚀、结垢,不产生、寄附微生物,因而对介质不产生任何污染,对城市供水工程,只需将管道内衬层采用食品基树脂制造,达到JC586-1995标准且符合GB13335-91卫生及标准,完全可在城市供水中使用。

5、连接安全可靠、不爆管、防渗性能好

缠绕玻璃钢夹砂管道采用双O型橡胶密封圈,可保证接头密封可靠,管壁结构致密性高,无内压介质外渗、外压管液体内渗现象出现,不会产生管壁结垢,污染沉积,造成输送面积减小,导致内压力剧增而出现爆管现象,可保证管线长期安全工作。

6、运输安装方便、工程维护节俭

由于缠绕玻璃钢夹砂管道密度低、质量轻。

相同管径、相同压力下其单位长度质量仅为钢铁管的30%,混凝土管的8%,因此运输安装十分方便。

玻璃钢夹砂管道每根长度12m,接口处仅为铸铁管、砼管的3/12～5/12,连接安装快,加之不需要进行防腐、防污、防渗、绝缘等处理,从而使工程维护简单。

7、性能具有可设计性,适应性广

FWRPM管可通过变更树脂体系以适应输送不同介质的耐腐蚀需要,也可通过改变玻璃纤维缠绕角、缠绕层数、加砂量的大小来调整结构,以满足不同工况条件、不同工作压力的需要,同时可根据工程需要特点要求,如管径大小、流量与压力、机械性能、耐蚀耐热、抗冻以及真空等进行设计,灵活自如,适用范围广。

8、综合经济效益好

综合考虑各种类型的供排液管的技术性能、使用寿命、节能降耗等项指标,均以FWRPM管的性能成本比为最低,综合经济效益最好,管线工程投资可比钢管、铸铁管降低30%,与砼管相接近。

9、回收不容易，但是可以回收。

国内仅处于起步阶段，并未得到广泛应用。

有三种办法：

（1）化学回收（热解）：

能将废弃物分解处理成原料再使用，处理较完善，是最具开发应用前景的回收技术。

（2）

（2）物理回收（粉碎方法）：

粉碎作为填料使用。

（3）（3）能量回收（焚烧方法）：

通过粉碎与燃烧综合的方法，将废弃物（纤维增强热固性树脂基复合材料）处理变成水泥原料。

它是以玻璃纤维及其制品为增强材料，以不饱和聚酯树脂等为基体材料，并以石英砂及碳酸钙等无机非金属颗粒材料为填料。

表1：

工艺技术和不同成型工艺玻璃钢夹砂管的比较

比较项目

往复式交叉缠绕夹砂管

连续缠绕夹砂管

离心浇注夹砂管

管道长度

12米一下任意长度

任意长度；

最长运输为24米

单根长度只能定长6米

直径

内径为定值

外径为定值

管壁厚

相同工况条件下,管壁较薄,重量较轻

管壁薄,重量较轻

管壁最厚,重量最重

内材

有独立的内衬制造工艺,可直接检查内衬的缺陷,以便及时修复保证质量,但时间较长。

内衬层和增强层同时形成,只有对成品脱模后,才能查出内衬层的缺陷。

一旦调好微机控制就不会出错。

内衬层的制作是过程的最后一步,制造完成后才能检查内衬的质量。

内衬单独固化且成型时隔绝空气阻聚,固化度较高,苯乙烯单体含量较少,完全可以达到饮用水卫生要求。

紧靠钢带一层为内衬层,固化装置系统设计特殊,使内层苯乙烯挥发,完全可达到饮用水要求。

必须用特殊饮用水树脂

内衬制造紧靠模具,精加工过的模具可以保证内衬光滑,水流阻力小。

模具由钢带卷绕而成,退带时有螺旋状痕迹,内衬光洁度尚可,不影响水流。

内衬不靠模具,靠离心树脂自然而成,必须用特殊内衬树脂达到光滑效果。

纯树脂层+表面层+纤维过渡层,层层单独制作,便于检查,可保证内衬质量。

微机自动计量,达到精密控制要求。

必须用特殊内衬树脂

机械性能

缠绕角依设计精确控制,层层缠绕角的多变,使层间的性能得以改善,这不仅能满足高压管的要求,而且对基础垂直波作用的抗力最强。

仅环向缠绕,轴向强度由短切纤维决定的,且由于短切纤维的随机分布性,在整个管子裁面上的分布并非定值,因此,在管基础垂直波作用下易断裂。

但最新设备已有轴向零度方面补强纤维,已经解决上述的问题。

轴向性能是三类管子中最低的,要提前管子的轴向性能,只能靠增加厚度,因此在管基础垂直波作用下,这类管的性能最弱,且难以承受高压条件。

接头

承口及插口是和管子一体的,且总是有较高的刚度,这样可以保证管子使用时可靠的接合面不产生变形,可在很高的压力下正常工作。

接头由套管和橡胶圈组成,对不同特性的管子均采用相同尺寸的套管,当管子和套管上面的土壤载荷不同,这就带来管子和套管的变形差异。

同连续管

每12米必须有一接头,现场修补换接不易。

在可运送长度下每18-20米长有一接头,可随时更换部分管子。

每6米一个接头,可随时更换部分管子。

“O”密封圈的形状对称,使得这种接头对抵抗高压和真空时具有相同的性能,而且价格便宜。

橡胶圈价格较贵

接头只有一个渗漏通路,渗漏时必须通过两个“O”密封圈。

接头有两个渗漏通路,渗漏时每个通路仅有一个密封装置。

接头形式较多,法兰连接、承插“O”形圈连接、承插“O”形圈连接、承插贴接、对接,且借口少。

可单个接头试压。

可用法兰式接头,承插法接头。

不可单个接头试压。

接头方式单一,套管接头与管身的性能不一致,接头数量多一倍。

锁定接头

通过嵌入阻塞块,使插口锁定在承口上,阻塞块可使管子传递轴向压力,可提高高压。

大直径的接头锁定装置,确定管子的允许位移,就可以确定闭锁销锁紧用的开槽宽度,并地位移的端点将接头锁紧,因此抗管基础水平波作用的能力最强。

安置试压

在两个“O”形圈之间的空间加压试漏,现在试压用水量极少,可手动打亚泵即可,这一简便而快速的试验方法,可提高接头的可靠性,可使最终整体试压时接头的渗漏可能性为零,管道边安装边回填。

每支管在工厂都已试压后再运送到现场安装,不须小接头试压。

吊装方便、效率高、成本低。

安装效率高成本低

吊装效率低、安装、试压成本高,对管基础及回填要求高。

管件

所有管件都可与管子在相同条件下工作

同单机定长往复式交叉缠绕

工艺灵活性

可通过控制缠绕角等因素,有效有目的地迎合各种工况条件。

有的是通过厚度的改变迎合各种工况条件。

有的是厚度不变而对底下管提出不同的埋设要求,给施工带来难度。

制作设备可在现场施工

可能在现场生产,但设备安装时间较长。

不可能

米以上大管

可以生产,但速度太慢成本高。

可以生产,速度快。

例如4米直径可达10倍于单机定长往复式交叉缠绕。

无法制造

顶进管

可以生产,但速度慢成本高。

可以生产但生产成本较高

生产成本低最适宜

数量小的订单

容易生产

不经济

尺寸多变化订单

不易

容易

质量控制

不易,大小厂的质量不一,每台单机制出成品亦不一样。

管理

不易,容易在质量上出问题。

容易,质量问题少。

废料

较多,至少3%。

极少

生产作业人员

较多

少

能源消耗

中等

该工艺装备有制衬机组、固化系统、缠绕加砂机组、修整机组、脱模机组、水压试验机组成。

其附学设备，空气压缩机、吊装设备树脂混合设备等。

1、工艺装备

（1）制衬机组

车头箱、模芯（具）、车尾座、电控箱、树脂喷涂机、工作平台、工作小车。

（2）固化系统：

车头箱、模芯（具）、车尾座、电控柜、电加热装置。

（3）缠绕加砂机组：

微机控制柜、车头箱、模芯（具）、车尾座、树脂槽及喷涂机、加砂工作车，缠绕工作车、工作平台、纱架。

（4）修整机组：

车头箱、插囗端面切刀装置、外径磨削装置、承囗切刀装置、车尾座、电控柜。

（5）脱模机组：

卷扬机、索引车、龙门架、脱模小车、脱模大车。

2、以下是往复缠绕玻璃钢夹砂管的生产工艺流程图

图1：

往复缠绕玻璃钢夹砂管的生产工艺流程图

3、往复缠绕玻璃钢夹砂管生产前的准备工作

（1）设备检查。

（2）检查各机组电器系统是否完好无损，发现隐患，必须排除。

（3）检查各运动润滑部件是否运转正常，易损件是否有备件、计量系统、混合系统是否传正常工作。

全部机器、工装、检查后处于正常工作状态时方可下达生产指令，否则必须修复完好后方可安排生产，不许边生产，边修理，停停打打，不但影响效率，更重要的是影响产品质量。

4、原辅材料的准备。

（1）按工艺设计（铺层设计）的计算和规定准备原辅材料。

ａ．内衬层用树脂

ｂ．结构层遥树脂

ｃ．表面毡

ｄ．短切毡（或针织毡）

ｅ．脱模薄膜

ｆ．网格布

ｇ．无捻粗纱

ｈ．引发剂（固化剂）

ｉ．促进剂

ｊ．石英砂

ｋ．清洁剂

ｌ．喷射纱

ｍ．设计上要求的其他材料，如防老化剂、石墨等

ｎ．夹砂纸

应该说明，对于上述要求的原辅材料，有进厂合格证、规格、性能指标，对于存放较长原辅材料，要重新检测、化验。

（2）内衬层中树脂与结构层中用树脂严禁混合于内衬层中，甚至不允许用同一个容器来配料、混用。

标记说明。

（3）纤维粗纱检查、混合量及线速度。

5、不同温度下固化剂与促进剂用量参数：

表2：

不同温度下固化剂与促进剂用量参数表

配方

（温度℃）

树脂

（重量份）

固化剂

促进剂

助促进剂

胶凝时间

（分钟）

5~10

100

2

1

40~60

10~15

15~20

20~25

30~40

25~30

30~35

35~40

20~30

（固化剂为过氧化甲乙酮，促进剂为环烷酸钴，助促进剂为二甲基苯胺）

6、往复式缠绕玻璃钢夹砂管道的工艺技术

（1）环境条件：

温度要求≥15℃，相对温度75%以下，完备的消防系统。

（2）制衬：

内衬的作用：

防渗、防腐、防磨、耐高温、气密性好、无毒。

内衬树脂应塑性好，断裂延伸率≥2%，无毒性树脂。

工艺过程：

A.模具准备。

对模具进行充分的检查、清理、修补。

首先对模具表面有凹凸块，切刀切成的刀槽进行修补、整，再看模具的光滑和度是否达到要求，否则进行打蜡处理。

B.缠脱模薄膜：

一般常用宽200mm和50mm（30mm更佳）的薄膜合用，厚度20~40mm。

把小车开到机尾，把200mm宽薄膜安装在小车的架上，从尾部向机头缠绕，其搭接宽度一般用人工手缠50mm（30mm）宽薄膜承口两个变径处，使膜无折。

注意事项：

①膜本身平滑无折、无破损。

②膜厚度、强度均匀，不溶于苯乙烯、丙酮等。

③缠上后要求平整，无皱折，松紧度要合适。

④搭按宽度适当。

C.淋树脂：

薄膜缠好以后，树脂喷涂机在模具上喷一层树脂（含量固化剂≤3%），其密度符合设计要求。

淋完后，让模具停转5-10秒钟。

D.缠表面毡（规格宽200mm，密度大小于30g/m2）

自机头向机尾缠表面毡，在缠时要继续淋树脂，要使表面毡层树脂含量控制在90%-92%，无搭按不上记录（搭按宽度10-20mm最佳）缠完后要用压辊压，注意压力不宜过大，使毡浸透无气泡。

E.缠短切毡（或针织毡）（宽200mm-230mm，密度380-600g/m2）缠完表面毡后，小车又回到机尾，模具不停止转动，当小车从机尾向机头转动时，模具与小车协调一致转动，此时继续淋树脂，把短切毡（或针织毡）从机尾缠向机头。

（注）上完后，一定用压辊滚压。

含树脂量一般不低于70%。

注：

一般从机尾上毡时，在承口处（长300mm）不缠短切毡而多缠2-3层玻璃表面毡。

F.网格布（宽200-250mm，密度不小于15g/m2）

网格布的主要作用是把内衬层气泡赶出，同时起到均匀，平整内衬使内衬致密、强度增高。

网格布一定要有一定的张力，以便把气泡赶出。

网格布张力靠小车上的，固定架上的两个轴片磨擦提供，一般它是均衡的力，故不会松紧不一其搭接宽度一般不小于20mm。

缠完网格布后一定要用大压辊赶压内衬数遍，以便充分脱泡，均匀密实内衬。

G.按设计铺层至要求，将带衬的模具吊到固化站上，用电加热进行烘烤。

注：

尽量E--glass,C--glass材料不混用，其膨胀系数不同。

7、缠绕加砂

（1）缠绕

根据设计要求，调整好无捻粗纱的张力（无捻粗砂分为1200Tex,2400Tex,4800Tex无碱和中碱两种）注树脂开始缠绕，一般先缠ｎ（ｎ≥１）层内交叉（第一层内交叉树脂含量要尽量高一些）再开始做夹砂层。

夹砂层由石英砂浆（粒度占98%以上；

水分含量≤%，二氧化硅含量＞97%，碳酸钙＜3%＝夹砂纸（宽230ｍｍ-250ｍｍ，密度≤21ｇ／ｍ2）无捻粗砂组成，介于内交叉层和外交叉层之间。

砂层一定要均匀。

加砂完毕后缠外交叉层到设计铺层。

（2）缠绕过程中注意事项

Ａ.粗砂张力一定调好，使张力大小适度，均匀；

Ｂ.粗砂根数一定保证，若有断纱应及时接上；

Ｃ.缠绕过程中不允许有干纱缠上去及浸渍不良现象；

Ｄ.在缠绕过程中，插口处就每层缠绕砂片之间加玻璃表面毡；

Ｅ.在缠绕前，内衬应为固化的内衬，且表面平整光滑但固化时间不超24小时，超过24小时应做介面层（用玻璃表面毡做）；

Ｆ.在加砂时砂量适度，最厚不超过4ｍｍ。

如下公式：

△Ｗ＝Ｇ／Ｔ,其中△Ｗ为单位时间加砂量。

Ｇ.为设计用量。

Ｔ.为加砂车完成一个工作行程所需时间。

Ｇ．加砂时，承口要加砂，而插口严禁加砂。

Ｈ．在管道做完后，最外层要涂上石蜡树脂（4-5%）作用是将树脂与外界隔离开，以防空气中的氧离子与树脂中某些分子发生氧化还原反应，阴止树脂很好的聚合，使产品表面发粘。

并且该保护层可以在短时间贮运过程中起到抗老化的作用。

（3）缠绕完毕，将带缠绕好管的模具吊到固化站上进行烘烤。

（4）特点

Ａ.缠绕成型工艺是玻璃钢产品生产工艺中最复杂、最重要的生产工艺。

Ｂ．容易实现机械化、自动化。

Ｃ.劳动条件好，劳动强度低。

Ｄ.产品质量稳定，成本比较低。

8、修整，脱模。

（1）修整工序不是对整个管道是进行内、外表面的修整，而是对管道两头（定长12MM，8MM，6MM）边角的切割，使管子两头平齐，及对接头部分插口处的加工。

（2）将已固化好的管道放到修整机组上。

光对承口边角进行切割，使其平齐，然后开始对插口进行加工磨削，最后切插口边角，使其平齐。

（3）注意事项

插口部分是管道接口最重要的部分，它的误差大小将直接关系到整个管路的密闭性好坏，一般插口槽深误差为±

ｍｍ。

（4）脱模

首先将在车升起来，将已修整好的未脱模的管放在大车上，松开牵引车上的卡盘把模具轴头上的固盘伸到卡盘里面，卡盘是靠气缸可以松紧的，起动脱模大车，沿道轨向龙门架方向平移，同时放卷扬机的钢丝绳。

当把牵引带到龙门架时，松开牵引车上的卡盘，把脱模大车继续移动一段距离，把已切下的边角料扔下，把龙门架上的脱模盘移动到中央，重新开大车回来，并使模式具轴头伸进脱模盘的孔内，伸出四个龙门爪，卡住脱模盘（脱模盘的上下左右位置要适当，不能有相互顶力），把模具上的固盘仍用牵引车卡盘卡住，调整脱模大车的高度使与脱胎换骨模式盘的高度一致，起动龙门架上的两面三刀根油压顶杠，顶向牵引车，牵引车带着模具向卷扬机方向移动，至到模具完全脱出，关闭卷扬机。

把龙门爪卡住的脱胎换骨模盘松开并放回原位，把脱模式大车降下，清除管内薄膜。

（5）在修整切磨完后，要把打磨处刷上树脂打封闭（树脂粘度600压泊左右），刷2-3遍。

操作如下：

使带管的模具均匀转动，用毛刷蘸树脂逆方向涂刷。

在脱完模后，切刀切口截面也应刷树脂2-3遍，打封闭。

9、打水压

按规定，管道脱模以后，不是每根打完压后才开始检验。

为做到万无一失，应每根都打水压。

管道脱完模后，须放置24小时以上，方可打水压。

打水压一般将管注满水，排除管中空气，打水压的压力为设计压力的1。

5倍，保压20分钟，无泄露即可进入检验阶段，这样一根成品管生产出来了。

10、修补

（1）在纤维缠绕前的铺层内的气泡

在纤维缠绕层之前的铺层内如果有直径大于4-5mm的气泡或者在表面（衬）有大的气泡集中区，它产应采用如下的方法在贮罐内修补：

用带有打磨砂片的打磨机打磨，直到缺陷被磨掉为止；

在打磨的部位手糊铺层（用和原来打磨砺区同样数量的质量的纤维和树脂）；

在修补工作期间（用细砂轮盘打磨铺层部分的表面）；

④用刷子在表面刷一层和内衬层质量相同的带有石蜡的树脂。

（2）内衬层的针孔

针孔直径一般从不超过2-3mm，如果针孔在表面密集分布，用二氧化硅粉的树脂腻子修复，用柔性金属或其它材料打磨，最后刷一层石腊树脂，如果针孔的直径大于4-5mm，就用常用的修补气泡的方法分别修补（包括打磨、铺层、刷含石蜡的树脂）。

（3）分层

分层用下述方法修补：

用带砂轮的打磨机打磨掉分层部分；

在打磨部分手糊铺层（用与打磨前相同质量和数量的纤维增强材料和相同类型的树脂进行修补）；

打磨修补后的表面；

④用与内衬层相同质量的石蜡树脂刷表面层。

（4）内衬层树脂太少

如果少树脂仅是一个表面缺陷，就用砂约磨，然后刷一层石蜡树脂即可，如果缺陷很严重，就用与分层相同的修补方法修补。

（5）表面粗糙

本缺陷一般不常修补，除非表面有毛刺（纤维外露）。

（6）裂纹

裂纹用如下的方法修补：

1）用带砂轮的打磨机打磨，直到缺陷被磨掉为止；

2）在打磨部分手糊铺层（用与打磨掉部分相同质量和数量的纤维及相同类型的树脂进行修补）；

3）打磨修补表面；

4）刷石蜡树脂。

如果裂纹是穿型裂纹（该缺陷有时发生在管道的未端或者是任何由于偶然碰撞的地方），就必须进行修补，首先从内层然后从外层进行修补。

表面裂纹用打磨和刷石蜡树脂的方法进行修补。

（7）毛刺——表面浸透的玻璃纤维

——打磨