壓力鋼管鋼筋複合混凝土管及由其製成的管道和製作方法與流程
2023-05-26 19:28:12
本發明涉及輸水管道領域，特別是涉及一種鋼筋混凝土管。
背景技術：
混凝土管主要用於輸送水、油、氣等流體，可分為素混凝土管、普通鋼筋混凝土管、自應力鋼筋混凝土管和預應力混凝土管等種類。按混凝土管內徑的不同，可分為小直徑管(內徑400毫米以下)、中直徑管(400～1400毫米)和大直徑管(1400毫米以上)。按管子承受水壓能力的不同，可分為低壓管和壓力管，壓力管的工作壓力一般有0.4、0.6、0.8、1.0、1.2兆帕等。混凝土管與鋼管比較，按管子接頭型式的不同，又可分為平口式管、承插式管和企口式管。其接口形式有水泥砂漿抹帶接口、鋼絲網水泥砂漿抹帶接口、水泥砂漿承插和橡膠圈承插等。
混凝土管的製備方法有離心法、振動法、滾壓法、真空作業法以及滾壓、離心和振動聯合作用的方法。
現有技術中，大部分管材承受較高的內外壓時，管內外壁易產生縱向裂縫現象，因此急需開發一種可承受較高內外壓、結構簡單、經濟實用、抗腐蝕、兼具傳統產品優點的環保產品。
技術實現要素：
本發明的目的是提供一種壓力鋼管鋼筋複合混凝土管；本發明的另外一個目的是提供一種由壓力鋼管鋼筋複合混凝土管制成的管道；本發明的再一個目的是提供壓力鋼管鋼筋複合混凝土管的製作方法。
本發明所述的壓力鋼管鋼筋複合混凝土管，其管體由從外至內依次排列的混凝土外管、橡膠管、鋼管、混凝土內管組成；
所述混凝土外管、橡膠管、鋼管組成外筒；
所述外筒與混凝土內管沿軸向方向相互錯開一段距離，其中，外筒的伸出部分形成承口部；混凝土內管的伸出部分形成插口部。
本發明所述的壓力鋼管鋼筋複合混凝土管，其中，橡膠管為一次整體成型製成，其外表面設有多列相互平行的T型鍵，內表面設有若干個呈矩形陣列式排布的柔軟吸盤；
所述橡膠管通過柔軟吸盤與鋼管的外表面緊密貼合在一起。
本發明所述的壓力鋼管鋼筋複合混凝土管，其中，鋼管位於承口部的部分優選為承口鋼圈；所述承口鋼圈與鋼管焊接在一起；
所述橡膠管位於承口部的部分通過柔軟吸盤與承口鋼圈的外表面緊密貼合在一起；
所述混凝土內管位於插口部的部分的外表面覆蓋有插口鋼圈；
所述插口鋼圈的一端沿鋼管的內表面向承口部方向延伸一段距離，並與鋼管焊接在一起。
本發明所述的壓力鋼管鋼筋複合混凝土管，其中，T型鍵的列間距與柔軟吸盤的列間距相等；每一列柔軟吸盤設置於相鄰兩列T型鍵的中線對應的橡膠管內表面。
本發明所述的壓力鋼管鋼筋複合混凝土管，其中，混凝土外管內部設有鋼筋骨架籠；
所述鋼筋骨架籠由若干根垂直於管體軸向方向的外環筋、管體徑向方向的U型連接筋、垂直於管體軸向方向的內環筋、平行於管體軸向方向的外縱筋和平行於管體軸向方向的內縱筋組成；兩根相鄰的外環筋和內環筋處於同一平面內；兩根相鄰的外縱筋和內縱筋與管體的軸向中心線處於同一平面內；
所述U型連接筋將處於同一平面內的外環筋和內環筋連接在一起；每間隔三根外縱筋，設置一根U型連接筋；
所述外縱筋將所有的外環筋連接在一起；所述內縱筋將所有的內環筋連接在一起。
本發明所述的壓力鋼管鋼筋複合混凝土管，其中，混凝土內管位於插口部的部分沿管體的徑向方向開設有接口試驗進水孔；所述接口試驗進水孔的數量為兩個，呈180°對稱分布；
所述插口鋼圈中遠離鋼管的一端的外表面設有三個凸臺和兩個凹槽；插口鋼圈中連接鋼管的一端的內表面設有兩個階梯式臺階；
所述凸臺沿管體的徑向方向開設有上部打壓孔及下部打壓孔，呈180°對稱分布；
所述上部打壓孔及下部打壓孔與兩個接口試驗進水孔正對貫通；上部打壓孔及下部打壓孔均用M10高強螺栓緊固封堵；兩個凹槽內均放置O型橡膠圈；
所述承口鋼圈中連接鋼管的一端向混凝土內管方向延伸並彎曲，埋入到混凝土內管中，埋入部分的直徑沿埋入方向逐漸縮小；
所述承口鋼圈中遠離鋼管的一端向混凝土外管方向彎曲，形成擴口部分。
本發明所述的任意一種壓力鋼管鋼筋複合混凝土管，其中，混凝土外管及混凝土內管中的混凝土摻有鋼筋阻鏽劑，混凝土強度不低於C50；
所述外環筋、U型連接筋、內環筋、外縱筋和內縱筋均採用CRB550冷軋帶勒鋼筋製成；
所述橡膠管的材質為天然橡膠，其密度為1.2-1.4g/cm3，扯斷力≥9MPa，伸長率≥300％，硬度為50°-75°，耐油、絕緣、抗酸鹼鹽，其厚度不小於10mm；
所述鋼管的材質等級不低於Q235B級，厚度不低於5mm；
所述插口鋼圈及承口鋼圈的材質等級均不低於Q235B級，內外表面均塗有防腐漆；
所述混凝土外管、橡膠管、鋼管組成的外筒兩端的端面塗有一層SUP聚氨酯防腐填補材料。
本發明所述的壓力鋼管鋼筋複合混凝土管，其管徑範圍為DN1000～3600mm；承受內水壓力為0.4MPa～2.0MPa；埋深≤10m；管道接口部位允許相對轉角不小於0.5°。
採用本發明所述的任意一種壓力鋼管鋼筋複合混凝土管制成的管道，其結構為；一根管材的插口部伸入到另一根管材的承口部中，並在接縫處均勻塗布有聚硫密封膏。
本發明所述的任意一種壓力鋼管鋼筋複合混凝土管的製作方法採用承口朝下的立式振搗工藝，具體步驟為：承口鋼圈、插口鋼圈製作→鋼管制作→鋼管除鏽拋光→漏點檢測→粘接橡膠管→鋼筋骨架籠製作→安裝內模→將鋼管及鋼筋骨架籠安裝在底盤上→套入外模→混凝土入模→立式振搗成型→埠收平→脫內、外模→承口鋼圈、插口鋼圈表面塗刷防腐漆→端面塗刷聚氨酯→整修、檢查→標示、養護→檢驗；
所述承口鋼圈、插口鋼圈的製作方法為：鋼板下料→卷圓→漲圓→製作承口鋼圈、插口鋼圈；
所述鋼管的製作方法為：鋼板定尺下料→拼板對焊→與承口鋼圈、插口鋼圈焊接製成鋼管；
所述鋼筋骨架籠的製作方法為：線材→冷軋帶肋鋼筋加工→製作鋼筋骨架→組裝鋼筋骨架；
所述混凝土的製備方法為：水泥、砂、石等原材料計量→攪拌→製備混凝土；
所述壓力鋼管鋼筋複合混凝土管的製作採用常規預應力鋼筒混凝土管的模具及生產線即可進行。
本發明是以鋼筋骨架籠鋼管混凝土為管體結構，內置一層可彈性收縮變化的橡膠管，管材所承受的內壓由鋼管完全承受，橡膠管參與補償變形，管材所承受的外壓荷載由鋼筋骨架籠完全承受，所用混凝土採用添加鋼筋阻鏽劑的高強混凝土，從而構成的複合材料壓力管道。
本發明產品能有效克服管材承受較高的內外壓時所造成管內外壁產生縱向裂縫現象，其結構簡單，是一種經濟實用、抗腐蝕、兼具傳統產品優點的環保產品。在沿襲傳統混凝土管的經濟實用、安裝方便的優點外，還有著良好的抗變形，抗外壁裂縫等優點。
本發明提供的壓力鋼管鋼筋複合混凝土管所產生的技術效果在於：
(1)橡膠管作為管道的一部分主要起到承壓收縮變形，消除施加應力的作用，杜絕管材外壁細石保護層產生縱向裂縫，其與鋼管的連接是採用真空吸盤連接方式；
(2)在橡膠管外表面有多列相互平行的T型鍵，灌注混凝土時，T型鍵與混凝土管體牢固結合為一體，解決了橡膠管表面光潔不易於與混凝土層可靠粘接的難題；
(3)橡膠管內表面設置有大量的柔軟吸盤，通過人工按壓即可與鋼管進行緊密連接，施工簡便，同時在承載過程中可隨鋼板變形自由伸縮調整；
(4)管口端面處塗刷一層聚氨酯柔性材料進行間隙填補及阻隔防腐；
(5)壓力鋼管鋼筋複合混凝土管的承載力設計和內、外荷載計算依據SL281-2003《水電站壓力鋼管設計規範》、《混凝土壓力管》(AWWAM9手冊)和CECS143:2002《給水排水工程埋地預製混凝土圓形管道結構設計規程》，配筋設計依據GB50010-2002《混凝土結構設計規範》；
(6)承插口鋼圈均採用Q235鋼板材料製作，鋼板內外使用耐腐蝕等級高、耐磨性好的ITW7000AR高端防腐漆塗刷2遍保護，施工完成後安裝非常嚴密；
(7)接口連接採用雙膠圈密封，承口與插口配合間隙小，密封膠圈緊緊卡在凹槽內，確保了管材接口具有極好密封性能，還可以保證使用過程中管子接頭允許相對轉角不小於0.5度，並可根據工程要求自由增大轉角；因為採用柔性接口，適應地基的變化要好，地形適應性強，可有效防止由於地基，地震等引起的管接頭滲漏問題；
(8)鋼管的鋼板厚度不小於5mm，漏點缺陷質量保證率高，外壁無預應力作用，整個管材內外壁不會產生環向及縱向裂紋，管材耐久性大大增加；
(9)端面塗刷SUP聚氨酯彈性材料可保證管材在受力微變形過程中依然保持良好的披擋封堵防腐效果；
(10)使用添加鋼筋阻鏽劑高強混凝土大大增加的內置鋼筋骨架籠和鋼管的使用壽命，能保證使用50年以上不會出現鋼筋鏽蝕故障破壞，增強管道運行安全，顯著降低管道工程綜合整體造價；
(11)採用承口朝下的立式振搗工藝製作，一次澆築即可完成管材製作，能形成混凝土與鋼管和橡膠管的有效握裹和協同受力，可完全使用現有預應力鋼筒混凝土管的生產線進行生產。
下面結合附圖說明和具體實施例對本發明所述的壓力鋼管鋼筋複合混凝土管及由其製成的管道和製作方法作進一步說明。
附圖說明
圖1為本發明壓力鋼管鋼筋複合混凝土管的軸向截面示意圖；
圖2為本發明壓力鋼管鋼筋複合混凝土管按照圖1中「I-I」處截開後的徑向截面示意圖；
圖3為本發明壓力鋼管鋼筋複合混凝土管的橡膠管沿圖1中「II」箭頭方向切開平展後的示意圖；
圖4為本發明壓力鋼管鋼筋複合混凝土管的橡膠管沿圖1中「II」箭頭方向切開平展後的右視圖；
圖5為本發明壓力鋼管鋼筋複合混凝土管的橡膠管沿圖1中「II」箭頭方向切開平展後的俯視圖；
圖6為本發明壓力鋼管鋼筋複合混凝土管的橡膠管沿圖1中「II」箭頭方向切開平展後的仰視圖；
圖7為圖1中「A」處的細節放大圖；
圖8為圖1中「B」處的細節放大圖；
圖9為圖1中「C」處的細節放大圖；
圖10為兩根壓力鋼管鋼筋複合混凝土管連接後的軸向截面示意圖；
圖11為圖10中「D」處的細節放大圖；
圖12為承口鋼圈的軸向截面示意圖；
圖13為插口鋼圈的軸向截面示意圖。
具體實施方式
結合圖1、圖2所示，壓力鋼管鋼筋複合混凝土管的管體1由從外至內依次排列的混凝土外管2、橡膠管7、鋼管8、混凝土內管9組成；混凝土外管2、橡膠管7、鋼管8組成外筒，外筒與混凝土內管9沿軸向方向相互錯開一段距離，其中，外筒的伸出部分形成承口部15；混凝土內管9的伸出部分形成插口部10。
結合圖3～圖6所示，橡膠管7為一次整體成型製成，其外表面設有多列相互平行的T型鍵71，內表面設有若干個呈矩形陣列式排布的柔軟吸盤72；T型鍵71的列間距與柔軟吸盤72的列間距相等；每一列柔軟吸盤72設置於相鄰兩列T型鍵71的中線對應的橡膠管7內表面。
結合圖1、圖2所示，橡膠管7通過柔軟吸盤72與鋼管8的外表面緊密貼合在一起。
結合圖1、圖8所示，鋼管8位於承口部15的部分為承口鋼圈16；承口鋼圈16與鋼管8焊接在一起；橡膠管7位於承口部15的部分通過柔軟吸盤72與承口鋼圈16的外表面緊密貼合在一起；
結合圖1、圖7、圖9所示，混凝土內管9位於插口部10的部分的外表面覆蓋有插口鋼圈11；插口鋼圈11的一端沿鋼管8的內表面向承口部15方向延伸一段距離，並與鋼管8焊接在一起。
結合圖1、圖2所示，混凝土外管2內部設有鋼筋骨架籠；鋼筋骨架籠由若干根垂直於管體1軸向方向的外環筋3、管體1徑向方向的U型連接筋4、垂直於管體1軸向方向的內環筋5、平行於管體1軸向方向的外縱筋61和平行於管體1軸向方向的內縱筋62組成；兩根相鄰的外環筋3和內環筋5處於同一平面內；兩根相鄰的外縱筋61和內縱筋62與管體1的軸向中心線處於同一平面內；U型連接筋4將處於同一平面內的外環筋3和內環筋5連接在一起；每間隔三根外縱筋61，設置一根U型連接筋4；外縱筋61將所有的外環筋3連接在一起；所述內縱筋62將所有的內環筋5連接在一起。
結合圖7、圖9、圖13所示，混凝土內管9位於插口部10的部分沿管體1的徑向方向開設有接口試驗進水孔13；接口試驗進水孔13的數量為兩個，呈180°對稱分布；插口鋼圈11中遠離鋼管8的一端的外表面設有三個凸臺111和兩個凹槽112；插口鋼圈11中連接鋼管8的一端的內表面設有兩個階梯式臺階；凸臺111沿管體1的徑向方向開設有上部打壓孔1131及下部打壓孔1132，呈180°對稱分布；上部打壓孔1131及下部打壓孔1132與兩個接口試驗進水孔13正對貫通；上部打壓孔1131及下部打壓孔1132均用M10高強螺栓緊固封堵；兩個凹槽112內均放置O型橡膠圈12；
結合圖8、圖12所示，承口鋼圈16中連接鋼管8的一端向混凝土內管9方向延伸並彎曲，埋入到混凝土內管9中，埋入部分161的直徑沿埋入方向逐漸縮小；承口鋼圈16中遠離鋼管8的一端向混凝土外管2方向彎曲，形成擴口部分162。
結合圖7～9所示，混凝土外管2、橡膠管7、鋼管8組成的外筒兩端的端面塗有一層SUP聚氨酯防腐填補材料。
混凝土外管2及混凝土內管9中的混凝土摻有鋼筋阻鏽劑，混凝土強度大於C50；外環筋3、U型連接筋4、內環筋5、外縱筋61和內縱筋62均採用CRB550冷軋帶勒鋼筋製成；橡膠管7的材質為天然橡膠，其密度為1.4g/cm3，扯斷力為12MPa，伸長率為360％，硬度60°，耐油、絕緣、抗酸鹼鹽，其厚度為15mm；鋼管8的材質等級為Q235B級，厚度為6mm；插口鋼圈11及承口鋼圈16的材質等級均為Q235B級，內外表面均使用ITW7000AR高端防腐漆塗刷2遍。
壓力鋼管鋼筋複合混凝土管的管徑為DN2600mm；可承受2.0MPa的內水壓力；埋深可達10m；管道接口部位允許相對轉角為0.5°。
管道安裝施工方法：
(1)結合圖10、圖11所示，將一根管材的插口部10插入到另一根管材的承口部15中，並在接縫處均勻塗布聚硫密封膏17；
(2)管道連接完成後，需進行接口密封性試驗，其方法為：卸掉上部打壓孔1131及下部打壓孔1132中的M10高強螺栓，用加壓泵從下部打壓孔1132壓水，從上部打壓孔1131進行排氣，排氣結束後，將上部打壓孔1131用M10高強螺栓緊固封堵，從下部打壓孔1132繼續充水加壓，加至規定試驗壓力，保證5min內無壓降，即為合格，然後洩壓放水，將下部打壓孔1132用M10高強螺栓緊固封堵，最後用水灰比為1:2的水泥砂漿將接口試驗進水孔13填充封堵。
製作所需生產線：採用常規預應力鋼筒混凝土管的模具及生產線。
製作方法：
採用承口朝下的立式振搗工藝，步驟為：承口鋼圈、插口鋼圈製作→鋼管制作→鋼管除鏽拋光→漏點檢測→粘接橡膠管→鋼筋骨架籠製作→安裝內模→將鋼管及鋼筋骨架籠安裝在底盤上→套入外模→混凝土入模→立式振搗成型→埠收平→脫內、外模→承口鋼圈、插口鋼圈表面塗刷防腐漆→端面塗刷聚氨酯→整修、檢查→標示、養護→檢驗；
其中，承口鋼圈、插口鋼圈的製作方法為：鋼板下料→卷圓→漲圓→製作承口鋼圈、插口鋼圈；
其中，鋼管的製作方法為：鋼板定尺下料→拼板對焊→與承口鋼圈、插口鋼圈焊接製成鋼管；
其中，鋼筋骨架籠的製作方法為：線材→冷軋帶肋鋼筋加工→製作鋼筋骨架→組裝鋼筋骨架；
其中，混凝土的製備方法為：水泥、砂、石等原材料計量→攪拌→製備混凝土；
本實施例中的壓力鋼管鋼筋複合混凝土管的承載力設計和內、外荷載計算依據SL281-2003《水電站壓力鋼管設計規範》、《混凝土壓力管》(AWWAM9手冊)和CECS143:2002《給水排水工程埋地預製混凝土圓形管道結構設計規程》，配筋設計依據GB50010-2002《混凝土結構設計規範》。
以上所述的實施例僅僅是對本發明的優選實施方式進行描述，並非對本發明的範圍進行限定，在不脫離本發明設計精神的前提下，本領域普通技術人員對本發明的技術方案作出的各種變形和改進，均應落入本發明權利要求書確定的保護範圍內。