一種帶有犧牲陽極的大口徑給、排水管及其製備方法

2023-05-16 20:08:26

一種帶有犧牲陽極的大口徑給、排水管及其製備方法
【專利摘要】一種帶有犧牲陽極的大口徑給、排水管及其製備方法。所述大口徑給、排水管設置有內層鋼筒(1)、外層混凝土層(2)、增強結構(3)、外層鋼筒(4)、混凝土填充結構(5)和犧牲陽極(6)；所述增強結構(3)纏繞並焊接固定在內層鋼筒(1)外側；外層鋼筒(4)套在增強結構(3)外側並與增強結構(3)焊接固定連接；所述混凝土填充結構(5)位於在內層鋼筒(1)、增強結構(3)和外層鋼筒(4)之間的空隙中；所述外層混凝土層(2)位於外層鋼筒(4)外側，所述犧牲陽極(6)位於外層混凝土(2)內，本發明所述帶有犧牲陽極的大口徑給、排水管，抗腐蝕效果好，經久耐用，製作過程簡單，在滿足剛度和強度的同時降低生產成本，具有較大的社會和經濟價值。
【專利說明】-種帶有犧牲陽極的大口徑給、排水管及其製備方法

【技術領域】
[0001] 本發明涉及大口徑給、排水管的結構設計和應用【技術領域】，特別提供了一種帶有 犧牲陽極的大口徑給、排水管及其製備方法。

【背景技術】
[0002] 隨著我國經濟的持續快速發展，城市規模迅速擴大，越來越多的城市出現供水、排 水困難。建設大規模輸水工程已經刻不容緩，採用管道鋪設輸水管線是必須的選擇方案。目 前，可供選擇的管線有鋼筒、混凝土管、鋼筋混凝土管、預應力混凝土管。其中，管壁內不配 置鋼構的混凝土管的最大公稱內徑只有600_，只適合小供排量場合應用，大規模輸水工程 必須選擇其他幾種管道。選擇管道時考慮的主要因素有：安全可靠程度、建設及維護成本兩 個方面。
[0003] 鋼筒自重輕、剛度大，但成本高、易受環境腐蝕，後期維護費用高。為降低工程造 價，建設者當前更多的是選用鋼和混凝土複合的管道。除了造價低外，兩種材料相互彌補了 彼此的弱點，發揮各自的長處，從而使鋼/混凝土複合管具有很高的承載能力，一般都高於 組成管道的鋼和混凝土單獨承載力之和。另外，由於混凝土自身的鹼性可以使得鋼表面發 生鈍化，大大提高了混凝土中鋼的耐腐蝕性。
[0004] 但是，目前已有製作和應用標準的鋼構混凝土管又存在著不足，制約著應用。目前 鋼構混凝土管中的鋼材大都採用高強度鋼，目的是提高承載能力以及降低自重。如《管用 鋼筋混凝土管標準》中規定的螺紋鋼筋應滿足《JC/T540》，規定所用螺紋鋼最低屈服強度為 550MPa。而預應力混凝土管（PCCP)中的冷拔鋼絲的屈服強度一般在1550MPa以上，按照國 際鋼鐵協會用材料力學性能--強度來分類，這類鋼構屬於高強鋼（270--700MPa)和超 高強鋼（>700MPa)。實踐表明，這類鋼對應力腐蝕開裂敏感。應力腐蝕開裂是材料在應力和 腐蝕環境共同作用下引起的開裂，這是應力與腐蝕聯合作用的結果。如果只有一個方面，應 力或者介質作用，開裂破壞不會發生，但當二者聯合作用時，卻能很快發生開裂。因此，發生 應力腐蝕開裂時，應力可能是很低的，介質的腐蝕性可能也是很弱的，也正由於如此，應力 腐蝕開裂經常受到忽視，導致意外事故不斷發生。普通碳鋼通常在特定的工業環境中發生 應力腐蝕開裂，而高強鋼則在自然環境中、如雨水、海水中即可發生應力腐蝕開裂。另外，由 於近代工業的發展，材料工作環境越來越苛刻，應力腐蝕問題也日益突出。
[0005] 以目前標準製作的、採用高強鋼結構的混凝土管在其混凝土逐步失效的情況下， 風險會不斷增加。而現階段對大規模輸運工程、如輸水管線的耐久性要求也較以往有很大 提高，從20-30年提高至50-100年，因此，亟需發展耐久性更好的管材以滿足要求。
[0006] 另外，對於大口徑、埋地較深、長距離的管管線，陰極保護面臨需要迫切解決的難 題：
[0007] 對於管管線的結構，陰極保護工作者首先會想到利用工作井作為犧牲陽極的饋電 點。但是輸水管線為目前單次頂進距離較長，最長的兩個工作井之間的距離近可達數公裡。 由於陰極保護採用犧牲陽極，而犧牲陽極的保護距離較強制電流小，用工作井作為饋電僅 能滿足工作井附較短管線的陰極保護，也就是說，管線中間必須增加饋電點。但是管線埋地 如此之深，又不允許進行開挖施工，如何實現管線饋電成為首要技術難題。
[0008] 在已公開的鋼質管陰極保護中，採用從地表鑽孔遙控焊接的方法將導電電纜焊接 在鋼管表面。在焊接過程中焊接產生的電火花有能力穿透鋼管表面的塗層，從而使得電纜 前方焊點與鋼管外壁焊接在一起。而對於外表由較厚的混凝土包裹的管，電火花不能透過 這層混凝土而融化鋼管外壁金屬來焊接饋電電纜。如果從地表鑽孔遙控焊接電纜，則只能 選擇管道的承接口。但承接口處的鋼長度太短，難以準確地從地表實施。另外，採用管的目 的是為了不破壞地表及地下的基礎設施，從地表進行施工進行陰極保護自然會受到很多限 制，因此無法從地表進行陰極保護施工。
[0009] 人們迫切希望獲得一種技術效果優良的帶有犧牲陽極的大口徑給、排水管及其制 備方法。


【發明內容】

[0010] 本發明的目的是提供一種技術效果優良的帶有犧牲陽極的大口徑給、排水管及其 製備方法。
[0011] 本發明所述帶有犧牲陽極的大口徑給、排水管構成如下：內層鋼筒1、外層混凝土 層2、增強結構3、外層鋼筒4、混凝土填充結構5和犧牲陽極6 ;所述增強結構3纏繞並焊接 固定在內層鋼筒1外側；外層鋼筒4套在增強結構3外側並與增強結構3焊接固定連接；所 述混凝土填充結構5位於在內層鋼筒1、增強結構3和外層鋼筒4之間的空隙中；所述外層 混凝土層2位於外層鋼筒4外側，所述犧牲陽極6位於外層混凝土層2內，所述犧牲陽極6 的外表面與外層混凝土層2的外表面處於同一曲面。
[0012] 所述帶有犧牲陽極的大口徑給、排水管過增強結構3焊接連接內層鋼筒1和外層 鋼筒4,使增強結構3、內層鋼筒1和外層鋼筒4形成一體來整體受力，從而在結構上提高受 力水平。
[0013] 所述內層鋼筒1的內側設置有內層混凝土層7。
[0014] 所述犧牲陽極6通過鋼支腿8與外層鋼筒4相連接。鋼支腿8焊接在外層鋼筒4 外表面。
[0015] 所述犧牲陽極6與外層混凝土層2的接觸面設有絕緣塗層9。
[0016] 所述絕緣塗層9具體為無溶劑環氧耐久性塗層，所述無溶劑環氧耐久性塗層為甲 組分和乙組分按重量比為10:3的比例均勻混合而成，所述甲組分為環氧樹脂、二氧化鈦、 矽酸鈣、二氧化矽、氧化鈣、液態聚硫橡膠六種材料按重量比8:2:2:3:2:3的比例混合而 成，所述乙組分為曼尼希胺、矽酸鈣、二氧化矽、氧化鈣四種材料按重量比3:1:1:1的比例 混合而成。無溶劑環氧耐久性塗層具體組分配比見表1。
[0017] 所述無溶劑環氧耐久性塗層在混凝土環境下能長期保持絕緣性，且與外層混凝土 層和犧牲陽極6均結合很好，其結合界面處不會在長期應用過程中出現裂紋，引起兩方面 不利現象，一方面是裂紋存在使得腐蝕介質、如水溶液等滲入到外層鋼筒表面引起腐蝕，另 一方面，犧牲陽極6材料在與外層混凝土層接觸的界面處發生溶解，其過程產生的腐蝕產 物會因為膨脹而損壞外層混凝土層，造成很大的缺陷。無溶劑環氧耐久性塗層特性見表2， 該特性保證了在較長的服役期間內老化程度很小，能滿足犧牲陽極6材料在外層混凝土層

【權利要求】
1. 一種帶有犧牲陽極的大口徑給、排水管，其特徵在於：所述大口徑給、排水管設置有 內層鋼筒（1)、外層混凝土層（2)、增強結構（3)、外層鋼筒（4)、混凝土填充結構（5)和犧牲 陽極（6);所述增強結構（3)纏繞並焊接固定在內層鋼筒（1)外側；外層鋼筒（4)套在增強 結構（3)外側並與增強結構（3)焊接固定連接；所述混凝土填充結構（5)位於在內層鋼筒 (1)、增強結構（3)和外層鋼筒（4)之間的空隙中；所述外層混凝土層（2)位於外層鋼筒（4) 外側，所述犧牲陽極（6)位於外層混凝土（2)內，所述犧牲陽極（6)的外表面與外層混凝土 層（2)的外表面處於同一曲面。
2. 按照權利要求1所述帶有犧牲陽極的大口徑給、排水管，其特徵在於：所述內層鋼筒 (1)的內側設置有內層混凝土層（7)。
3. 按照權利要求2所述帶有犧牲陽極的大口徑給、排水管，其特徵在於：所述犧牲陽極 (6)通過鋼支腿⑶與外層鋼筒（4)相連接。
4. 按照權利要求3所述帶有犧牲陽極的大口徑給、排水管，其特徵在於：所述犧牲陽極 (6)與外層混凝土層（2)的接觸面設有絕緣塗層（9)。
5. 按照權利要求4所述帶有犧牲陽極的大口徑給、排水管，其特徵在於：所述絕緣塗層 (9)具體為無溶劑環氧耐久性塗層，所述無溶劑環氧耐久性塗層為甲組分和乙組分按重量 比為10:3的比例均勻混合而成，所述甲組分為環氧樹脂、二氧化鈦、矽酸鈣、二氧化矽、氧 化鈣、液態聚硫橡膠六種材料按重量比8:2:2:3:2:3的比例混合而成，所述乙組分為曼尼 希胺、矽酸鈣、二氧化矽、氧化鈣四種材料按重量比3:1:1:1的比例混合而成。
6. 按照權利要求4所述帶有犧牲陽極的大口徑給、排水管，其特徵在於：所述增強結構 (3)具體為波浪形、U形、V形的鋼帶。
7. 按照權利要求6所述帶有犧牲陽極的大口徑給、排水管，其特徵在於：所述增強結構 (3)與內層鋼筒（1)徑向夾角 5°?9〇°。
8. 按照權利要求7所述的帶有犧牲陽極的大口徑給、排水管，其特徵在於：所述內層鋼 筒⑴和外層鋼筒⑷上設有開孔結構（13)。
9. 按照權利要求8所述帶有犧牲陽極的大口徑給、排水管，其特徵在於：所述內層鋼筒 (1)和外層鋼筒（4)外表面為不光滑表面。
10. -種帶有犧牲陽極的大口徑給、排水管制備方法，其特徵在於：按照權利要求1所 述大口徑給、排水管制備步驟如下： ① 內層鋼筒⑴成型 採用螺旋鋼筒卷焊機焊制鋼筒（1)，在焊接內層鋼筒（1)時，沿著內層鋼筒（1)焊縫處 焊制增強結構（3)，增強結構（3)沿著內層鋼筒（1)均勻布置，增強結構（3)與內層鋼筒（1) 徑向夾角控制在5° - 90°之間； ② 焊制外層鋼筒（4) 沿著增強結構（3)外沿焊制外層鋼筒（4)，採用螺旋鋼筒卷焊機焊制外層鋼筒（4)，內 層鋼筒（1)和外層鋼筒（4)通過增強結構（3)形成一個整體雙層鋼筒； ③ 安裝犧牲陽極 首先將鋼支腿（8)焊接在外層鋼筒（4)上，之後將犧牲陽極（6)焊接在鋼支腿（8)上； ④ 混凝土灌注 裝上外層混凝土模具，採用C40以上的免振搗自密實混凝土，從上至下一次性灌注成 型混凝土層（2)和混凝土填充結構（5);其中，坍落度大於250,擴展度大於600,中邊差25， 流下時間6-16S，充填性Η彡5mm，抗離析性Λ G彡7%，保塑性90min內；將犧牲陽極（6)夕卜 表面的混凝土打磨掉，保證露出光潔表面。
【文檔編號】F16L58/04GK104089107SQ201410264303
【公開日】2014年10月8日 申請日期:2014年6月13日 優先權日:2014年6月13日
【發明者】魏英華, 李京, 呂晨曦, 劉陽, 趙國強, 史傑智, 李曉東, 陸衛中, 高英 申請人:中國科學院金屬研究所