全防腐直飲水的內(nèi)襯式預應力鋼筒混凝土管的制作方法
【專利說明】全防腐直飲水的內(nèi)襯式預應力鋼筒混凝土管
[0001]
技術領域
[0002]本發(fā)明涉及一種預應力混凝土構(gòu)件，尤其是一種預應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內(nèi)襯式預應力鋼筒混凝土管。
【背景技術】
[0003]目前，預應力鋼筒混凝土管(簡稱PCCP)，是一種新型的剛性壓力管材。它是帶有鋼筒的高強度混凝土管芯纏繞預應力鋼絲，噴以水泥砂漿保護層，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式膠圈的柔性接頭，是鋼板、混凝土、高強鋼絲和水泥砂漿幾種材料組成的復合結(jié)構(gòu)，具有鋼材和混凝土各自的特性。預應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、施上方便快捷、防腐性能好、維護方便等特性，被工程界所關注，主要應用于長距離輸水干線、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)濟壽命長、抗震性能好、安裝方便、運行用度低，基本不漏水等優(yōu)點。預應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)襯式預應力鋼筒混凝土管(PCCPL)，即在鋼筒內(nèi)壁成型混凝土，在鋼筒外面直接纏繞環(huán)向預應力鋼絲，然后噴涂水泥砂漿保護層而制成的管道；一種是埋置式預應力鋼筒混凝土管(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)向預應力鋼絲后噴涂水泥砂漿保護層。
[0004]但是作為埋設在土壤環(huán)境中的混凝土構(gòu)件產(chǎn)品，在土壤環(huán)境中，如果預應力鋼筒混凝土管不采取有效的保護措施，隨著使用時間的延長，預應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)侵入預應力鋼筒混凝土管中的砂漿保護層和混凝土層，到達鋼絲與鋼筒表面，那么鋼絲與鋼筒將會發(fā)生電化學腐蝕，進而會導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，會給管道系統(tǒng)的安全運行造成隱患，直接威脅管道系統(tǒng)的運行可靠性，其中預應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，將會直接導致預應力鋼筒混凝土管的腐蝕破壞，從而影響整個管道系統(tǒng)的安全運行。由此可見對預應力鋼筒混凝土管采用防腐措施十分必要，同時預應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，作為兩個預應力混凝土管的連接處，預應力混凝土管的承口鋼環(huán)與預應力混凝土管的插口鋼環(huán)的表面保護尤為重要，這直接威脅管道系統(tǒng)的運行可靠性，從而影響整個管道系統(tǒng)的安全運行，因此預應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)表面處理技術十分有必要。
[0005]同時預應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，作為兩個預應力混凝土管的連接處，預應力混凝土管的承口鋼環(huán)與預應力混凝土管的插口鋼環(huán)的表面保護尤為重要，這直接威脅管道系統(tǒng)的運行可靠性，從而影響整個管道系統(tǒng)的安全運行，因此預應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)表面處理技術十分有必要。
[0006]尤其是目前國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家標準的飲用水。直飲水工程目前國內(nèi)并沒有普及，僅見于少部分城市的特定區(qū)域試點，國內(nèi)大部分城市的相關管道、配套設施還沒有完全改造，并不能達到入戶后的水質(zhì)還達到直飲水的標準。作為直飲水工程中的重要一個環(huán)節(jié)，凈化后的直飲水輸送國內(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，但是不銹鋼管相對于普通鋼管和混凝土管造價較高，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)物會危及輸送水的水質(zhì)安全，而采用混凝土管其效果更差，因為混凝土管內(nèi)層的混凝土層，由于水在管道中的長時間停留和沖刷，會使混凝土層里面的一些物質(zhì)進入水中，影響到水質(zhì)安全。因此預應力鋼筒混凝土管作為直飲水用管代替不銹鋼管的話，對預應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)表面處理技術十分有必要。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0007]本發(fā)明的目的是為克服上述現(xiàn)有鋼筒混凝土管不能達到直飲水工程的要求的技術缺陷，提供一種全防腐直飲水的內(nèi)襯式預應力鋼筒混凝土管，該混凝土管結(jié)構(gòu)簡單，耐腐蝕，能夠有效延長預應力鋼筒混凝土管的使用壽命，實現(xiàn)了節(jié)約成本的同時，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)進入水中，影響到水質(zhì)安全的問題。
[0008]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用下述技術方案:
一種全防腐直飲水的內(nèi)襯式預應力鋼筒混凝土管，包括筒體部分，以及設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、鋼筒和鋼筒外壁水泥砂漿保護層，鋼筒和承口鋼環(huán)的外表面上均纏繞有預應力鋼絲，所述插口鋼環(huán)的內(nèi)表面和承口鋼環(huán)的外表面上分別設有鋅鋁稀土涂層；所述鋼筒外壁水泥砂漿保護層外表面上設有環(huán)氧煤瀝青防腐層；所述鋼筒內(nèi)壁混凝土層和鋼筒外壁水泥砂漿保護層中均摻有改性聚丙烯纖維；所述改性聚丙烯纖維添加量為0.8?lKg/m3。
[0009]所述不銹鋼鋼筒及鋼筒與承口鋼環(huán)的焊接部內(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使用不銹鋼管的造價，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、水泥砂漿保護層多層防腐抗壓結(jié)構(gòu)特點，如果把內(nèi)襯不銹鋼管的鋼筒混凝土管應用于直飲水工程，無疑具有適用范圍廣，經(jīng)濟壽命長、抗震性能好、安裝方便、保證直飲水安全等優(yōu)點。
[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，可以采用注塑成型的生產(chǎn)工藝，工藝簡單，成本較低，而且大大提高。
[0012]所述鋅鋁稀土涂層中的組分按質(zhì)量百分比為:招:10?50%，稀土:0.01?5%，其余為鋅，稀土中，各組分按質(zhì)量百分比為:La 25-35%, Ce 60-72%, Pr 3-8%, Nd 0~3%。
[0013]所述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。
[0014]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AlRE合金急冷凝固形成Zn相和AlRE合金相，只有Zn相和AlRE合金相兩種合金凝固組織界面附近才能通過擴散形成一些Zn-Al-RE固溶體合金，或一些夾雜著Zn合金和AlRE合金的固溶體合金。
[0015]Zn-Al-RE合金層的這種組織特征在一定程度上對其耐蝕性能產(chǎn)生了有利的影響，因為Zn相和AlRE合金相交替存在，協(xié)同發(fā)揮了 Zn合金相的犧牲保護作用和AlRE合金相的鈍化保護作用，合金層中的AlRE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AlRE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)物對溶液中氯離子向內(nèi)部擴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。
[0016]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，進而減少了腐蝕通道。因此腐蝕反應進行一定時間后，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入涂層到達涂層/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ZnAlRE合金層表現(xiàn)出更好的耐蝕性。RE元素的加入對涂層耐蝕性影響的主要原因是降低了涂層的孔隙率，起到了凈化和細化組織的作用，從而使涂層腐蝕過程中的表面活性點減少，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。
[0017]改性聚丙烯纖維是現(xiàn)有產(chǎn)品，市場中可以購買到，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，增強混凝土韌性和耐磨性，從而使建筑物的壽命大大延長，極大地減少工程維護費用。
[0018]改性聚丙烯纖維是聚丙烯纖維由聚丙烯及多種有機、無機材料，經(jīng)特殊的復合技術精制而成，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。
[0019]涂層可以作為有一道重要防線，有效提高預應力鋼筒混凝土管抗侵蝕能力，大大延長預應力鋼筒混凝土管原有壽命，因