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水泥制管机生产砂土水泥管的原材料
时间：2015-04-12|阅读：次
砂土水泥管是以当地河砂和粉质亚粘土为主，掺入少量水泥加水拌匀后，经立式挤压水泥制管机压挤而成的一种新型管材，其原材料配合比及尺寸选择如下。
管材的水泥选用425普通硅酸盐水泥，也可选用矿渣水泥、火山灰水泥，但水泥标号不得低于325，以保证管子的质量；土料选用当地亚粘土，其颗粒组成如表1所列；砂子选用当地天然河砂，其颗粒组成如表1所列；水为当地井水，经测定，其矿化度为0.4～0.5g/L，属重碳酸盐型淡水。
砂土水泥管的材料，425水泥按15%，天然河砂按50%，亚粘土按35%进行配比，最佳含水率为8%。经分析，混合砂土料中粒径大于0.1mm的中砂占54.5%，0.1～0.05mm的细砂占7.8%，0.05～0.005mm的粉粒占29.4%，小于0.005mm的粘粒占8.3%。
砂土水泥管属厚壁管，通过试验及计算选定其生产规格如表2所列，本试区砂土水泥管的经济管径主要采用Φ135mm和Φ150mm两种。
一、砂土水泥管的物理及水力特性
1. 物理特性
砂土水泥管的物理特性主要包括，内水爆破压力、抗压强度、抗折强度、抗弯强度、抗渗性、干缩系数、湿胀系数、线胀系数、弹性模量等，其物理力学强度主要是在机械压实条件下，水泥遇水胶凝硬化及其与土砂颗粒固结的结果
为了更好地研究砂土水泥管的物理学特性，作了以下试验：水泥含量为15%的砂土水泥管的压力试验，成果见表3；对Φ135mm、壁厚27mm的砂土水泥管不同配比、不同龄期和内水爆破压力关系进行的系统测定试验，成果见表4。从表4可看出，砂土水泥管的爆破压力、水泥掺量、含水率、干容重与机械压实功能密切相关，要保证砂土水泥管28d龄期内水爆破压力稳定在0.15MPa以上时，水泥掺量需要18%，干容重达1.85～1.95t/m3，最优含水率在8%左右，机器压挤速度以2～3min生产一节为宜，配料最优含水率试验成果见表5。
管材的水泥选用425普通硅酸盐水泥，也可选用矿渣水泥、火山灰水泥，但水泥标号不得低于325，以保证管子的质量；土料选用当地亚粘土，其颗粒组成如表1所列；砂子选用当地天然河砂，其颗粒组成如表1所列；水为当地井水，经测定，其矿化度为0.4～0.5g/L，属重碳酸盐型淡水。
表1 砂、土颗粒分析成果
| 粒径/mm | 5～2 | 2～0.5 | 0.5～0.25 | 0.25～0.1 | 0.1～0.05 | 0.05～0.005 | <0.005 | 备注 |
|
砂 粉质亚粘土 |
14.7 | 47.1 | 23.0 | 7.9 |
7.3 8.5 |
71.4 | 29.1 | 中砂 |
砂土水泥管的材料，425水泥按15%，天然河砂按50%，亚粘土按35%进行配比，最佳含水率为8%。经分析，混合砂土料中粒径大于0.1mm的中砂占54.5%，0.1～0.05mm的细砂占7.8%，0.05～0.005mm的粉粒占29.4%，小于0.005mm的粘粒占8.3%。
砂土水泥管属厚壁管，通过试验及计算选定其生产规格如表2所列，本试区砂土水泥管的经济管径主要采用Φ135mm和Φ150mm两种。
表2 砂土水泥管规格尺寸
| 内径/mm | 长度/mm | 壁厚/mm | 备注 |
| 135 | 980 | 25 | 实际壁厚27mm |
| 150 | 980 | 25 | |
| 200 | 980 | 30 | |
| 250 | 980 | 35 |
一、砂土水泥管的物理及水力特性
1. 物理特性
砂土水泥管的物理特性主要包括，内水爆破压力、抗压强度、抗折强度、抗弯强度、抗渗性、干缩系数、湿胀系数、线胀系数、弹性模量等，其物理力学强度主要是在机械压实条件下，水泥遇水胶凝硬化及其与土砂颗粒固结的结果
表3 砂土水泥管检压试验成果
| 管材尺寸/mm | 龄期/d | 抗压强度/MPa | 抗弯强度/MPa | 抗折强度/MPa | 内水爆破压力/MPa | ||
| 内径 | 壁厚 | 管长 | |||||
|
150 200 |
25 30 |
980 980 |
28 28 |
5.75 4.84 |
2.67 |
1.646 2.52 |
>0.1 >0.08 |
为了更好地研究砂土水泥管的物理学特性，作了以下试验：水泥含量为15%的砂土水泥管的压力试验，成果见表3；对Φ135mm、壁厚27mm的砂土水泥管不同配比、不同龄期和内水爆破压力关系进行的系统测定试验，成果见表4。从表4可看出，砂土水泥管的爆破压力、水泥掺量、含水率、干容重与机械压实功能密切相关，要保证砂土水泥管28d龄期内水爆破压力稳定在0.15MPa以上时，水泥掺量需要18%，干容重达1.85～1.95t/m3，最优含水率在8%左右，机器压挤速度以2～3min生产一节为宜，配料最优含水率试验成果见表5。
表4 Φ135mm砂土水泥管爆破压力测定成果
| 配比/% | 龄期/d | 干容重/t/m3 | 爆破压力/MPa | 备注 | ||
| 水泥 | 砂 | 粘土 | ||||
| 15 | 50 | 35 | 28 | 1.83 | 0.113 |
每个配比重复3次，
取平均值，每天洒水4次，
养护28d。 |
| 18 | 40 | 42 | 28 | 1.86 | 0.185 | |
| 18 | 50 | 32 | 28 | 1.87 | 0.162 | |
| 18 | 60 | 22 | 28 | 1.98 | 0.173 | |
| 20 | 50 | 30 | 28 | 1.95 | 0.263 | |
表5 砂土水泥管配料最优含水率数值
| 干容重/t/m3 | 1.6 | 1.7 | 1.8 | 1.9 | 2.0 | 2.1 | 备注 |
| 掺轻壤土含水率/% | 15.5 | 14.5 | 13.0 | 12.0 | 11.0 | 10.0 | |
| 砂＋亚粘土含水率/% | 9.0 | 8.0 | 7.0 | 本试区 |
此外，还对砂土水泥管的抗压强度随龄期变化资料进行了统计（见表6），对砂土水泥管的抗渗性能进行了试验。试验表明，只要拌料均匀，干容重在1.85t/m3以上，内水压力达0.1MPa，管子可不渗，尽管砂土水泥管在运行初期有个别“冒汗”现象，但随着输水时间的延长会自行消失，通过对砂土水泥管进行动荷载试验，发现在沟宽为0.7m、沟深为0.8m时，铺设的Φ200mm、Φ150mm、Φ135mm管材，经载重4t、8t、12t拖拉机、汽车试载，没有损坏情况出现。
2. 水力特性
砂土水泥管低压管道输水灌溉，其水流要保持一定的工作压力，以克服沿程各种阻力所消耗的能量，将水送入田间，为了给砂土水泥管输水工程规划设计提供参数，笔者进行了大田试验和室内试验，并获得了较为满意的试验成果（见表7）。
二、砂土水泥管网设计参数及设计方案
1. 管网设计参数
根据试区的井出水量、静水位、动水位和试区的降雨量，蒸发量、土壤类型、作物种类以及需水规律，确定管网的设计参数是：灌水定额每亩为40m3、土壤容重为1.45g/cm3、湿润层深度为60cm、田间持水量为22%、管道水利用系数为0.95，土壤适应水分上限取田间持水量的95%，下限取田间持水量的65%；冬小麦抽穗－－灌浆期的日平均最大需水量为7.5mm，降雨量按75%保证率考虑，灌水周期为8d；此外，出水量为10m3/h的水井，控制灌溉面积为30亩，出水量为20m3/h的水井，控制灌溉面积为40亩，出水量为30m3/h的水井，控制灌溉面积为60亩。
2. 管网布置形式
管网布置时，要求管线尽量取直，避免弯道或起伏，以减少不必要的水流阻力和水头损失，在满足灌水要求的前提下，力求管道控制面积大、管线短、投资省、管理方便，在设计管网时，做到沟、路、林、田、井统一规划。
根据本试区的井出水量小（10～30m3/h）、井数多、密度大、布点均的特点，管网布置形式主要有两种：每一种为单井单管双向分水系统，单管长度为250～300m，固定管道平行于种值行，每隔30～50m设一给水栓，再接50-80m塑料软管向两侧供水；第二种采用二级管道，末级固定管道垂直于种值行，隔30～50m设一给水栓，配软管单向供水。
三、砂土水泥管的施工技术
根据规划设计要求，首先铺工放线，确定管道及其配件（弯头、三通、闸阀等）的位置，然后开挖管道沟（沟宽0.7m，深0.8m）。同时，要求管道沟顺直、沟底平整，管了接头采用纱布兜法，即二层纱布三层水泥砂浆衔接，后经改进为一层纱布二层水泥砂浆衔接，效果良好，管子对接处内用1:1水泥砂浆，外用1:3水泥砂浆配合纱布抹成宽10cm，厚2cm的环带，并压实抹光，最后在接头及管身上填30cm厚湿土进行养护。
与砂土水泥管配套的管件有弯头、三通、四通、进水立管和出水立管等，均为混凝土预制件，管道与管件之间接头用1:2水泥砂浆加麻刀填塞严密，表层再用水泥砂浆抹光。
在整条管道铺设完毕后的第三天即可试水检查，如有轻微渗水，可用水泥膏抹好，对环向裂纹，严重漏水处可用纱布包裹砂浆的方法处理，直至整条管道无渗漏时方可全部回填，实践表明，采用砂土水泥管输水，具有造价低、效益大，还本年限短、经济实惠等优点，具有一定的推广价值。
表6 砂土水泥管抗压强度增长率与龄期关系
| 龄期/d | 14 | 28 | 60 | 90 | 180 | 365 | 1095 |
| 抗压强度增长率/% | 75～80 | 100 | 115～125 | 125～140 | 140～160 | 160～180 | 190～200 |
表7 砂土水泥管水力特征值
| 管道 | 管道内径/mm | 沿程损失 | 流量/m3/h | ||||
| 测压管距离 | 水头差 | 百米水头损失 | 糙率 | 阻力系数 | |||
| N1 | 135 | 56.6 | 0.162 | 0.286 | 0.0141 | 0.048 | 20.46 |
| N2 | 200 | 46.8 | 0.016 | 0.034 | 0.0136 | 0.039 | 20.90 |
| N3 | 135 | 58.6 | 0.110 | 0.194 | 0.0134 | 0.044 | 17.5 |
2. 水力特性
砂土水泥管低压管道输水灌溉，其水流要保持一定的工作压力，以克服沿程各种阻力所消耗的能量，将水送入田间，为了给砂土水泥管输水工程规划设计提供参数，笔者进行了大田试验和室内试验，并获得了较为满意的试验成果（见表7）。
二、砂土水泥管网设计参数及设计方案
1. 管网设计参数
根据试区的井出水量、静水位、动水位和试区的降雨量，蒸发量、土壤类型、作物种类以及需水规律，确定管网的设计参数是：灌水定额每亩为40m3、土壤容重为1.45g/cm3、湿润层深度为60cm、田间持水量为22%、管道水利用系数为0.95，土壤适应水分上限取田间持水量的95%，下限取田间持水量的65%；冬小麦抽穗－－灌浆期的日平均最大需水量为7.5mm，降雨量按75%保证率考虑，灌水周期为8d；此外，出水量为10m3/h的水井，控制灌溉面积为30亩，出水量为20m3/h的水井，控制灌溉面积为40亩，出水量为30m3/h的水井，控制灌溉面积为60亩。
2. 管网布置形式
管网布置时，要求管线尽量取直，避免弯道或起伏，以减少不必要的水流阻力和水头损失，在满足灌水要求的前提下，力求管道控制面积大、管线短、投资省、管理方便，在设计管网时，做到沟、路、林、田、井统一规划。
根据本试区的井出水量小（10～30m3/h）、井数多、密度大、布点均的特点，管网布置形式主要有两种：每一种为单井单管双向分水系统，单管长度为250～300m，固定管道平行于种值行，每隔30～50m设一给水栓，再接50-80m塑料软管向两侧供水；第二种采用二级管道，末级固定管道垂直于种值行，隔30～50m设一给水栓，配软管单向供水。
三、砂土水泥管的施工技术
根据规划设计要求，首先铺工放线，确定管道及其配件（弯头、三通、闸阀等）的位置，然后开挖管道沟（沟宽0.7m，深0.8m）。同时，要求管道沟顺直、沟底平整，管了接头采用纱布兜法，即二层纱布三层水泥砂浆衔接，后经改进为一层纱布二层水泥砂浆衔接，效果良好，管子对接处内用1:1水泥砂浆，外用1:3水泥砂浆配合纱布抹成宽10cm，厚2cm的环带，并压实抹光，最后在接头及管身上填30cm厚湿土进行养护。
与砂土水泥管配套的管件有弯头、三通、四通、进水立管和出水立管等，均为混凝土预制件，管道与管件之间接头用1:2水泥砂浆加麻刀填塞严密，表层再用水泥砂浆抹光。
在整条管道铺设完毕后的第三天即可试水检查，如有轻微渗水，可用水泥膏抹好，对环向裂纹，严重漏水处可用纱布包裹砂浆的方法处理，直至整条管道无渗漏时方可全部回填，实践表明，采用砂土水泥管输水，具有造价低、效益大，还本年限短、经济实惠等优点，具有一定的推广价值。
