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水泥制管机生产RFCP管的技术研究

时间:2015-04-07|阅读:
在RFCP(钢筋纤维混凝土管)研制开发的过程中,为了使该产品在防渗性能、承载能力、使用寿命等方面超过 RCP(钢筋混凝土管)的技术经济指标,较好地满足用户对普通输送水、排污管网的防渗、工程耐压及顶管等多方面的技术性能要求,我们选择了纤维混凝土技术方案。

RFCP的研发依存于RCP的应用实践,但RCP的抗裂、抗渗、抗冲击能力有限,使普通混凝土排水管不能满足一些工程特定的质量要求。

纤维混凝土在港口、码头、桥梁、大型结构件、地下基础结构等建筑工程中应用比较广泛。传统的纤维混凝土大多以钢纤维做介质,虽然有较好的质量保证,但由于其工程造价较高,限制了其应用。而用化学纤维做介质,既可以保持纤维混凝土的技术性能,又能有效地降低工程造价,从而扩大了纤维混凝土的使用范围和应用领域。经过实验,引入化学纤维(合成纤维)混凝土技术,为RCP添加次要的加筋材料,形成纤维助筋与钢筋骨架主筋组成的复合结构,有效地提高了混凝土的韧性,形成了一类新型产品--RFCP。其复合结构具体为,钢筋骨架按GB/T11836-2009《混凝土和钢筋混凝土排水管》要求配制,构成管材的主筋;高强度化学纤维选用聚丙烯腈纤维,按CECS38-2004《纤维混凝土结构技术规程》要求配制纤维混凝土,形成管材助筋。配制纤维混凝土时,把水泥、砂、石、水按1:(1.5~2.5):(2.5~3.5):(0.4~0.5)的质量比配制,混凝土纤维掺量为0.5~1.0kg/m3,混凝土强度为C30。将纤维提前用水分散,纤维混凝土应搅拌均匀,一般可将搅拌时间延长一倍。聚丙烯腈纤维的几何参数及性能指标见表1和表2。
表1 聚丙烯腈纤维的几何参数
纤度/dtex 直径/um 长度/mm 色泽 每kg纤维根数/亿根
1.9 15 6/12 光亮、淡黄/白色 8.76/4.38
表2 聚丙烯腈纤维的性能指标
延伸率/% 密度 强度 弱性模量 抗酸性 抗碱性 耐温性 抗水解性 含水率/%
14~20 1.18 >910 17.1 良好 良好 良好 良好 2(最大)
注:聚丙烯腈纤维在短时间内可以耐240℃高温而不被熔化。

1. 悬辊制管机制备大口径RFCP

水泥制管机在中国已有40多年的历史,技术也相对较为成熟,且具有投资少、产量大、易掌握等优点,但一般生产管材口径不宜超过Φ2000mm。本公司采用现有设备,在只改变产品原材料组成结构的前提下,按常规的方法试生产Φ2400mm口径RFCP,结果表明,制备的RFCP管材的各项性能指标均达到理想的效果。

此外,为了生产大口径管材,特对水泥制管机的结构进行了创新设计,开发制造了巨型水泥制管机。 这种水泥制管机体积和质量较大,更重要的是对悬辊轴进行了改进,设计采用空腹(轴筒)、肋筋结 构、铸造成型、合金材料,最大轴筒可设计到Φ800mm(目前实际应用达到Φ426mm)。同时,为适应管材产品单重提高惯性加大的情况,把悬辊床机架由单边支撑改为双边支撑。由此完成了从产品设计—工艺—设备全过程的创新,现在公司已完全具备用悬辊法制管工艺生产Φ3000~Φ3600mm口径管材的能力,单根管材重达20t。

2. RFCP管材的性能

2.1 RFCP管材的性能测试

通过对Φ1500mm和Φ3000mm两种大口径RFCP管材和RCP管材进行实验对比,发现RFCP管材的质量有了较大的改善,特别是其抗渗能力和抗裂能力有了较明显的提高。

2.1.1 抗裂性能、内水压试验及承载能力结果分析

对RFCP管材做常规的外压和内水压测试,具体测试方法如下。

外压试验和内水压试验都参照GB/T11836-2009要求进行测试。从混凝土抗压强度、外观质量和尺寸检验合格的管材中,按备检规格各抽取一根管材,分别进行外压和内水压试验。外压试验时,将管材分别置于试验架上,通过千斤顶加压,从压力表上读取裂缝荷载和破坏荷载数值。内水压试验时,将待测管材分别置于试验台上,做好密封后,按标准要求加压,记录内水压力值。具体试验结果如表3所示。
表3 RFCP管材外压和内水压测试结果
技术指标 规格/mm RFCP RCP(标准) 提高率/%
Ⅱ级裂缝荷载/(KN/m) Φ1500 149 99 50.5
Φ3000 267 198 34.8
Ⅱ级裂缝荷载/(KN/m) Φ1500 225 150 50.0
Φ3000 405 300 35.0
Ⅱ级内水压力/MPa Φ1500 0.15 0.10 50.0
Φ3000 0.15 0.10 50.0

对比分析RFCP管材的测试结果(平均值)与GB/T11836-2009中RCP管材的标准值,由表3可得,由于RFCP管材的韧性增强,使该类管材的抗裂性比RCP管材提高了35%~50%,同时,RFCP管材的抗渗性能比RCP管材提高了50%。

此外,由表3可知,当裂缝荷载与破坏荷载提高35%~50%时,综合考虑管材口径、铺设条件、埋置深度等诸多因素的影响,估计RFCP管材比RCP管材的承载能力可提高20%左右。RFCP管材承载能力的提高可有效增加管网的抗变形能力。

2.1.2 抗冲击性能试验结果分析

抗冲击性能测试委托高强度纤维提供商测试,结果见表4。加入纤维(1kg/m3)和不加纤维的混凝土的抗冲击次数平均值分别为112次和69次,经推算可得,RFCP管材的抗冲击性能最低可以提高 40%左右,平均提高60%左右。
表4 纤维混凝土和普通混凝土抗冲击性能测试结果
编号 纤维混凝土破坏时的冲击数/次 普通混凝土破坏时的冲击数/次 性能提高/%
1 101 68 49
2 120 71 69
3 112 74 51
4 117 72 63
5 114 64 78
6 107 66 62
均值 112 69 62

2.1.3 耐久性试验结果分析

耐久性和抗疲劳试验委托高强度纤维提供商测试,根据所提供的检测结果可知,在应力水平为1时,加入纤维(1kg/m3)的混凝土比未加入纤维的混凝土的寿命提高了1倍以上,综合考虑钢筋、砂、碎石等诸多因素对管材的影响,估计RFCP管材的使用寿命可以提高30%以上。

RFCP管材不仅外观质量好,内在质量也得到了有效的改善,基本上无裂缝,而且其生产过程中从未出现过坍塌和变形现象。此外,由于RFCP管材质量稳定,基本无渗漏,所以,能更好地适用于排污、涵洞、无压输送水等工程。

2.2 RFCP管材的创新点和优势

RFCP管材的创新点和优势可以归纳如下:

(1)PFCP是用纤维助筋技术与钢筋骨架技术组成管材的复合结构,产生一个新类别的产品。

(2)改进了制造水泥混凝土管的工艺方法,开创了悬辊法制管工艺生产大口径水泥管的路径。

(3)提高了水泥管的防渗性能、减少了产品的裂缝(基本无裂缝)、降低了管网渗漏对周边环境的污染,使产品达到了绿色环保的要求。

(4)由于特殊的产品构造,理论上讲,RFCP管材还可以在Φ300~Φ600mm范围或更大的管径范围内进行无筋化使用。

(5)RFCP管材性价比较高,按不同的纤维和钢筋配比,可将产品成本增加的范围控制在2%~4%以内,而按目前水泥管材的销售市场估算,收入可提高10%~20%,且其质量可明显提高。

3. RFCP管材的推广应用

本公司考察了新疆乌苏地区的一项投资为23亿的大型引水工程,即在沙漠戈壁上贯穿150km的明渠。该项工程特点是自然引流、无压、流量不大。采用明渠不仅投资大,水的蒸发损失率高达30%,而且易造成水质污染。如果改用RFCP修建此工程,则具有较强的优势:(1)全覆盖,水流从管道中通过,不再裸露,完全避免了污染;(2)几乎杜绝了水分的蒸发损失;(3)工程投资造价可减少一半左右;(4)工期可缩短一半以上;(5)工程质量更有把握;(6)减少了土地占用率。

由于RFCP管材的以上优点,当地政府已有意向在此项目中采用RFCP管材。此项目如得以顺利进行,将是RFCP管材的第一次大型工程应用实例,不仅开辟了新技术的应用领域,也是对RFCP管材的一个重要的肯定和推广。

4. 结语

通过对比可知,RFCP比RCP管材具有更高的性价比。RFCP管材能否在市场上开创出一片新天地,成为适销对路产品,还主要取决于投资成本、技术性能等方面的适用性。通过本文介绍,希望大家能更多的了解RFCP管材,以便扩大其应用范围,给施工单位带来更多的便利和更大的经济效益。
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