技术资料
水泥制管机生产RFCP管的技术研究
时间：2015-04-07|阅读：次
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。
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。
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。
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。
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） |
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。
