關(guān)于PCCP設(shè)計(jì)、制造、使用方面的一些體會(huì)
無錫華毅管道有限公司 吳悅?cè)?/span>
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2008-09-30 00:00
無錫華毅管道有限公司創(chuàng)建于1994年，是由中、港共同投資的合資企業(yè)，公司地址原位于無錫市青祁路103號(hào)，2004年6月遷入新廠址無錫市東亭開發(fā)區(qū)春暉中路18號(hào)。公司主要生產(chǎn)設(shè)備從美國Ameron 公司引進(jìn)，配套了部分國產(chǎn)設(shè)備，生產(chǎn)線于1994年建成投產(chǎn)，至今已有十多年，十多年來共生產(chǎn)了各種中大口徑PCCP500多公里。產(chǎn)品銷售區(qū)域有江蘇、浙江、上海、江西、安徽、山東、廣東、山西、北京、湖南、福建、黑龍江、吉林、遼寧等省市。最大口徑為Φ3600，這10多年來我們主要在引進(jìn)設(shè)備的消化吸收方面、國外先進(jìn)的PCCP標(biāo)準(zhǔn)如美國的AWWAC301、C304的學(xué)習(xí)、理解、使用方面、新型的管道接口型式的開發(fā)方面、產(chǎn)品質(zhì)量的鞏固提高方面做了一些工作。有過教訓(xùn)，也有了一些經(jīng)驗(yàn)、體會(huì)。
一、PCCP裂縫的控制
PCCP的裂縫一般都在管內(nèi)壁，主要是環(huán)向及螺旋向裂縫，這些裂縫是必然產(chǎn)生的。原因是內(nèi)壁混凝土是素混凝土，混凝土中有大量的凝膠體，凝膠體伴有大量結(jié)晶水，當(dāng)周圍環(huán)境比較干燥時(shí)結(jié)晶水逸出，混凝土表面由于失水而必然產(chǎn)生收縮應(yīng)力，進(jìn)而產(chǎn)生干縮裂縫。有些裂縫產(chǎn)生鋼筒的接縫處（指螺旋向裂縫），這不僅與混凝土的干縮有關(guān)系，也與混凝土層的厚度有變化、應(yīng)力應(yīng)變不一致有關(guān)系。關(guān)于PCCP管的裂縫，美國的C301標(biāo)準(zhǔn)是這樣規(guī)定的，“內(nèi)表面環(huán)向裂縫或螺旋狀裂縫的寬度不大于1.5mm無需修補(bǔ)可以予以認(rèn)可。而對(duì)于裂縫寬度大于1.5mm的環(huán)向裂縫也可以不修補(bǔ)但必須向買方提供令人滿意的關(guān)于裂縫在長期泡水過程中自愈合的證據(jù)。”我們的國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T19685比C301稍嚴(yán)格一點(diǎn)，“管內(nèi)表面出現(xiàn)的螺旋狀和環(huán)狀裂縫不得大于0.25mm，距管端300mm以內(nèi)的環(huán)向裂縫寬度不得大于0.4mm（大于則允許修補(bǔ)）?！北M管裂縫的產(chǎn)生是必然的、標(biāo)準(zhǔn)是允許的、經(jīng)長期泡水后是會(huì)自愈合的，但要把這些東西給業(yè)主、監(jiān)理解釋清楚是非常費(fèi)勁的，業(yè)主總希望購買沒有裂縫的管子，那么我們就應(yīng)該努力降低裂縫數(shù)量，減小裂縫寬度。根據(jù)我們的經(jīng)驗(yàn)，有以下幾個(gè)途徑可以盡量做到上述目的：①提高管芯混凝土用水泥的強(qiáng)度等級(jí)，降低單位體積混凝土的水泥用量，如C40級(jí)砼，可以用32.5的水泥配置，但為了降低水泥用量，應(yīng)優(yōu)先采用42.5的水泥。②應(yīng)對(duì)拌制混凝土?xí)r水泥的的溫度和澆筑管芯時(shí)混凝土拌合物的溫度加以控制，美國的C301標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，拌制混凝土?xí)r水泥的溫度不應(yīng)超過66°C，澆筑混凝土管芯時(shí)混凝土拌合物的溫度不應(yīng)超過32°C。③減少管子的臥放時(shí)間，降低管子的通風(fēng)條件，經(jīng)常澆水使內(nèi)表面保持濕潤，延緩凝膠體結(jié)晶水的逸出過程，減小表面干縮裂縫的數(shù)量和寬度。④對(duì)于立式振動(dòng)成型時(shí)插口端混凝土由于振動(dòng)的原因，上部的石子下沉，砂漿上浮，在插口端會(huì)形成富含砂漿的區(qū)段。這里的水泥含量較高，容易產(chǎn)生較寬的裂縫。應(yīng)該用配比正確的砼置換掉部分已經(jīng)形成的砂漿層，也可以用潔凈的石子填充砂漿層，石子的數(shù)量和填充的工藝應(yīng)事先確定，確保每顆石子都被水泥砂包裹，石子的填充不應(yīng)對(duì)砼強(qiáng)度產(chǎn)生不利影響。⑤應(yīng)對(duì)拌制混凝土用水泥的C3A含量提出要求，C3A的水化熱和收縮率是其他礦物水化熱的數(shù)倍，因此用C3A含量較大的早強(qiáng)水泥澆筑的混凝土容易因早期的溫度收縮、自收縮和干燥收縮而開裂。
二、PCCP承插口的質(zhì)量控制
PCCP的承插口尺寸無疑是PCCP產(chǎn)品質(zhì)量方面的最重要的技術(shù)指標(biāo)，PCCP成品的承插口精度越高，安裝越是方便。承插口的質(zhì)量控制有以下幾點(diǎn)內(nèi)容：①承口板板厚的測(cè)量必須測(cè)量3點(diǎn)以上，避免由于承口板兩端板厚尺寸變化而影響承口環(huán)內(nèi)徑的精度；②必須充分考慮到由于纏繞預(yù)應(yīng)力鋼絲而使管芯混凝土產(chǎn)生應(yīng)力應(yīng)變，這樣的應(yīng)變會(huì)對(duì)管子的承插口尺寸產(chǎn)生較大的影響，特別是對(duì)于承口內(nèi)徑，工作壓力越高，纏絲面積越大，承口內(nèi)徑縮小的量也越大，有些高工壓的管子承口內(nèi)徑單層纏絲的回縮值可達(dá)2mm，這樣的量值必須在制造承口圈時(shí)就預(yù)先放大，纏絲回縮后使承口內(nèi)徑剛好在范圍之內(nèi)。承口的纏絲回縮值與管芯砼的強(qiáng)度也有關(guān)系，強(qiáng)度越高回縮值越小，纏絲回縮值必須事先計(jì)算，計(jì)算方法可以按材料力學(xué)的應(yīng)力應(yīng)變計(jì)算公式進(jìn)行。除承口會(huì)變形外，插口外徑也會(huì)因纏絲而變化。與承口內(nèi)徑不同的是插口外徑會(huì)因纏絲而變大，變化的量較小，沒有承口那么有規(guī)律，也不是所有的管子插口都會(huì)因纏絲而變大，這種變化一般發(fā)生在管子纏絲面積較大、離管子插口端面160ـــ200mm范圍內(nèi)產(chǎn)生的較大的環(huán)向裂縫，這時(shí)插口外徑就有變大的趨勢(shì)，其量一般不超過0.5mm。
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三、PCCP橡膠密封圈尺寸的確定
近幾年來一些供水工程由于項(xiàng)目較大，業(yè)主同時(shí)選用了兩家或兩家以上的PCCP制造商同時(shí)供貨，這樣就發(fā)現(xiàn)幾家的PCCP插口型鋼是采用相同尺寸的型材，接口直徑也相同，但膠圈尺寸差了很多，在此我把我們公司的膠圈的計(jì)算方法介紹一下。我們知道PCCP膠圈必須具有足夠的體積充分填滿管子接頭在安裝就位后由插口凹槽和承口工作面形成的槽腔，使膠圈處于三維受壓狀態(tài)，具備較好的密封性能。那么如何確定插口凹槽的斷面面積，固然可以通過理論計(jì)算、通過AutoCAD的面積計(jì)算功能求得凹槽的斷面面積，但往往軋鋼廠根據(jù)圖紙軋出的型鋼與圖紙相比有一定的誤差，我們是采用一定長度的型鋼（40cm長）兩端磨平后用鋼板封住，在凹槽中填充橡皮泥，模擬橡膠圈在插口凹槽中的狀態(tài)，表面修平后取出橡皮泥，用量筒或李氏瓶等類似器具測(cè)定橡皮泥的體積，進(jìn)而求得插口凹槽的斷面面積，再考慮適當(dāng)?shù)某胁蹇陂g隙。從而可以求得所需要的橡膠圈的體積。通過確定膠圈的斷面直徑（一般為20mm）可以確定所需膠圈的周長。進(jìn)貨后應(yīng)該檢驗(yàn)?zāi)z圈的周長和斷面直徑，同樣采用上述的體積法來測(cè)定膠圈斷面的平均直徑，從而求得整個(gè)膠圈的體積。這個(gè)體積應(yīng)該填滿前面所涉及的插口膠槽。
四、PCCP預(yù)應(yīng)力鋼絲的保護(hù)
PCCP的預(yù)應(yīng)力鋼絲無疑是PCCP管體強(qiáng)度的保證，PCCP能用多少年關(guān)鍵是取決于預(yù)應(yīng)力鋼絲的壽命。因此預(yù)應(yīng)力鋼絲的保護(hù)是非常重要的。我們一般是采取以下幾個(gè)措施來保護(hù)鋼絲的：①纏絲及噴漿時(shí)在管芯表面噴射一層高濃度的水泥凈漿，使預(yù)應(yīng)力鋼絲被完全包裹在高堿性的環(huán)境中，使鋼絲表面出現(xiàn)鈍化膜，從而保護(hù)預(yù)應(yīng)力鋼絲。②采用專用的錨具，使鋼絲應(yīng)力在第一圈內(nèi)就從0增至全張力，避免鋼絲密繞現(xiàn)象，確保每一圈鋼絲都得到水泥砂漿的充分保護(hù)。③水泥砂漿保護(hù)層的制作也是保護(hù)預(yù)應(yīng)力鋼絲的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。水泥砂漿的配比直接關(guān)系到砂漿保護(hù)層保護(hù)鋼絲的效果，富含水泥的砂漿不僅能長久保持鋼絲所在的高堿性環(huán)境，也是砂漿強(qiáng)度滿足標(biāo)準(zhǔn)要求的必要條件。同時(shí)，根據(jù)C301標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定新拌水泥砂漿的含水率必須保證在7%以上。這樣制成的砂漿保護(hù)層不僅能滿足C301標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的強(qiáng)度要求，也能滿足其吸水率的要求。④纏絲及制作保護(hù)層時(shí)砼管芯的表面溫度不應(yīng)低于2ºC，我們有時(shí)在安裝現(xiàn)場(chǎng)能發(fā)現(xiàn)一些兄弟單位制造的管子承插口兩端砂漿保護(hù)層和砼管芯之間存在一整圈的裂縫，裂縫寬度在0.2mm左右，這種裂縫的存在會(huì)極大影響管子的耐久性。當(dāng)管芯的表面溫度低于0ºC時(shí)噴到管芯表面的水泥凈漿中的水份會(huì)結(jié)冰，影響了水泥砂漿和砼管芯之向的粘結(jié)力。這種情況在我們南方不多見，在北方的制管廠應(yīng)注意到這個(gè)問題。
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五、兩個(gè)問題值得研究的問題
PCCP是我們從國外引進(jìn)的一項(xiàng)技術(shù)。至今已差不多有20年，PCCP這個(gè)產(chǎn)品我們認(rèn)為還有很多新的東西值得我們?nèi)ヌ剿?、研究。在此我列舉兩個(gè)問題，拋磚引玉，希望能和大家一起交流。
一是關(guān)于PCCP的內(nèi)水壓抗裂試驗(yàn)的問題，我們大家都做過不少PCCP的內(nèi)水壓抗裂試驗(yàn)，PCCP外壁的縱向裂縫一般都在插口端首先產(chǎn)生，隨著壓力的增大，裂縫慢慢地從插口端向承口端延伸。當(dāng)完全伸展至承口端時(shí)的內(nèi)水壓力要比插口端剛產(chǎn)生裂縫時(shí)的內(nèi)水壓力高3～4kg/cm2左右，我們認(rèn)為這是由于插口外露部分（160mm長）沒有纏預(yù)應(yīng)力鋼絲，水壓試驗(yàn)時(shí)插口外露部分的變形要比管身大，這個(gè)變形量就要疊加到插口端的管身上，使插口端的保護(hù)層應(yīng)力增大，提前開裂，實(shí)際上整個(gè)管子就處于這種不等強(qiáng)狀態(tài)。從某種意義上說這個(gè)管子或者說是不安全或者說是浪費(fèi)了材料，這種現(xiàn)象的存在會(huì)影響管道的耐久性。那么是否可以采取措施不讓插口端保護(hù)層提前開裂。我們做了相關(guān)的對(duì)比試驗(yàn)。試驗(yàn)采取了兩根Φ2200的PCCP，采用Φ7高強(qiáng)絲，螺距23.3mm ,其中的第一根管子全管長鋼絲螺距均為23.3mm，第二根管子插口端400mm 左右纏絲螺距改為20.3mm。做內(nèi)水壓試驗(yàn)時(shí)兩根管子都在1.8MPa左右在插口端端面砼表面及保護(hù)層上首先出現(xiàn)裂縫。但兩根管子隨著壓力的增高.裂縫的擴(kuò)展速度不一樣，當(dāng)壓力升至2.0MPa時(shí)，插口螺距加密的管子保護(hù)層上的裂縫長度約為300 mm，未加密的管子裂縫長度已超過1000mm。試驗(yàn)盡管沒有達(dá)到阻止插口端保護(hù)層提前開裂的目的，但至少證明了插口螺距加密可以延緩裂縫的伸展速度。我們應(yīng)該在這方面繼續(xù)做一些工作，找出插口螺距加密的合適的量，螺距加密到多少比較合適，應(yīng)該加密多少管身長度等等。關(guān)于內(nèi)水壓抗裂檢驗(yàn)，按管道的放置形式可以分立式和臥式兩種，需要注意的是立式進(jìn)行時(shí)水壓檢驗(yàn)壓力必須按頂部插口端的壓力為準(zhǔn)，這樣底部承口端的壓力實(shí)際上要比頂部多出0.5~0.6kg/cm2；臥式進(jìn)行時(shí)一般來說管道都是放置在水平的混凝土梁上，相當(dāng)于管重、管內(nèi)水重及水壓試驗(yàn)機(jī)重的支承角度是0°，這樣必須充分考慮到這些荷載在管壁內(nèi)產(chǎn)生的拉應(yīng)力疊加到內(nèi)水壓力在管壁內(nèi)產(chǎn)生的拉應(yīng)力后對(duì)水壓試驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確性的影響，特別是當(dāng)管道僅由兩個(gè)點(diǎn)支承時(shí)影響更大，這也是水壓檢驗(yàn)時(shí)裂縫的產(chǎn)生通常都是在管壁水平方向先開始的主要原因，可以考慮用弧形支座來減小這種不利影響。
二是鎧裝式抗拉接頭的使用。2001年我們?yōu)樯轿魇∪f家寨引黃工程設(shè)計(jì)了DN3000的PCCP鎧裝式抗拉接頭，并且在我們公司做了1:1的模擬試驗(yàn)，試驗(yàn)采用2節(jié)DN3000mm的PCCP鎧裝管，管芯壁厚190mm，鋼筒壁厚10mm，模擬實(shí)際情況將兩節(jié)管子安裝好，兩端設(shè)置鋼制堵盤，堵盤之間不用拉桿固定，靠三個(gè)鎧裝環(huán)把兩節(jié)試驗(yàn)管和兩個(gè)堵盤連接起來，最大試驗(yàn)壓力達(dá)到1.06MPa，最大軸向拉力達(dá)到825噸。試驗(yàn)結(jié)果表明這樣的鎧裝式抗拉接頭其強(qiáng)度、剛度等性能都能滿足工程使用要求。后來在引黃工程中也使用了400多節(jié)鎧裝管，鋼筒壁原分3mm、2mm、1.5mm三種規(guī)格，這條管線已通水六年多時(shí)間，這表明鎧裝接頭在工作壓力下能夠正常工作。但是我們不提倡在工程中大量使用鎧裝管，特別是一些工作壓力較高或者是轉(zhuǎn)彎角度太大的場(chǎng)合，應(yīng)該在管線設(shè)計(jì)方面盡量地減小管線的轉(zhuǎn)彎角度，減小軸向力。盡量使用止推墩或鎮(zhèn)墩以及土壤的抗力來抵消管線的側(cè)向推力，當(dāng)實(shí)在因地形條件限制等情況下無法澆筑止推墩時(shí)才考慮使用鎧裝管，并且我們應(yīng)盡快研究開發(fā)帶縱向預(yù)應(yīng)力的鎧裝管，特別是在要求鋼筒厚度大于3mm的場(chǎng)合，更應(yīng)予以考慮使用帶縱向預(yù)應(yīng)力的鎧裝管，以避免管身因縱向拉力過大而出現(xiàn)環(huán)裂的可能性。
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