一種帶有犧牲陽極的大口徑給、排水管頂管的製作方法

2023-05-16 20:15:31

一種帶有犧牲陽極的大口徑給、排水管頂管的製作方法
【專利摘要】本發明公開了一種帶有犧牲陽極的大口徑給、排水管頂管，包括內層鋼筒、外層鋼筒、增強結構、混凝土填充結構、外層混凝土層、內層混凝土層；所述增強結構設於內層鋼筒和外層鋼筒之間，所述增強結構具體為纏繞內層鋼筒外並與內層鋼筒和外層鋼筒焊接固定的鋼帶，所述混凝土填充結構位於內層鋼筒、外層鋼筒和增強結構之間的空隙中；所述外層混凝土層中還設有犧牲陽極和鋼支腿，所述犧牲陽極與外層混凝土層的接觸面設有絕緣塗層。本發明抗腐蝕效果好，經久耐用，製作過程簡單，在滿足剛度和強度的同時降低重量和生產成本，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、排水管頂管

【技術領域】
[0001] 本發明屬於市政、工業、礦業等用管道領域，特別提供一種帶有犧牲陽極的大口徑 給、排水管頂管。

【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管、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] 鋼管自重輕、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《頂管 用鋼筋混凝土管標準》中規定的螺紋鋼筋應滿足《JC/T 540》，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、長距離的頂管管線，陰極保護面臨需要迫切解決的 難題：
[0007] 對於頂管管線的結構，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] 在已公開的鋼質頂管陰極保護中，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頂管，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，採用頂 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。


【發明內容】

[0009] 本發明的目的在於解決現有技術存在的問題，本發明放棄高強度鋼、而採用普通 碳鋼材料以增加其耐腐蝕性，為保證其強度，從鋼構混凝土複合管的鋼結構方式上進行改 革，並考慮到陰極保護的問題，提供一種高強度、耐腐蝕、低成本、低重量的帶有犧牲陽極的 大口徑給、排水管頂管。
[0010] 本發明的技術方案是：一種帶有犧牲陽極的大口徑給、排水管頂管，所述大口徑 給、排水管頂管包括內層鋼筒1、外層鋼筒2、增強結構3、混凝土填充結構4、外層混凝土層 5、內層混凝土層6 ;所述增強結構3設於內層鋼筒1和外層鋼筒2之間，所述增強結構3具 體為纏繞內層鋼筒1外並與內層鋼筒1和外層鋼筒2焊接固定的鋼帶，所述內層混凝土層 6設於內層鋼筒1內部，所述外層混凝土層5設於外層鋼筒2外部，所述混凝土填充結構4 位於內層鋼筒1、外層鋼筒2和增強結構3之間的空隙中；所述外層混凝土層5中還設有犧 牲陽極7和鋼支腿8,所述鋼支腿8焊接在外層鋼筒2外表面，所述犧牲陽極7通過鋼支腿 8與外層鋼筒2連接，所述犧牲陽極7為弧形，所述犧牲陽極7的外表面與外層混凝土層5 的外表面處於同一曲面，所述犧牲陽極7與外層混凝土層5的接觸面設有絕緣塗層9。
[0011] 以往鋼質頂管的陰極保護在頂管施工頂進到位後進行，因為鋼質頂管外壁沒有犧 牲陽極的搭載平臺，如果焊接在鋼管外，犧牲陽極會增加頂進推力，且容易在頂進過程中脫 落。本發明與以往鋼質頂管的陰極保護方式不同，將犧牲陽極7鑲嵌入外層混凝土層5中， 在頂管實施時將犧牲陽極7 -同送入指定位置。
[0012] 優選的，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。
[0013] 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5和犧牲陽極7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2表面引起腐蝕， 另一方面，犧牲陽極7材料在與外層混凝土層5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5,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7材料在外層混凝

【權利要求】
1. 一種帶有犧牲陽極的大口徑給、排水管頂管，其特徵在於：所述大口徑給、排水管頂 管包括內層鋼筒（1)、外層鋼筒（2)、增強結構（3)、混凝土填充結構（4)、外層混凝土層（5)、 內層混凝土層（6);所述增強結構（3)設於內層鋼筒（1)和外層鋼筒（2)之間，所述增強結 構⑶具體為纏繞內層鋼筒⑴外並與內層鋼筒⑴和外層鋼筒⑵焊接固定的鋼帶，所 述內層混凝土層（6)設於內層鋼筒（1)內部，所述外層混凝土層（5)設於外層鋼筒（2)外 部，所述混凝土填充結構（4)位於內層鋼筒（1)、外層鋼筒（2)和增強結構（3)之間的空隙 中；所述外層混凝土層（5)中還設有犧牲陽極（7)和鋼支腿（8)，所述鋼支腿（8)焊接在外 層鋼筒（2)外表面，所述犧牲陽極（7)通過鋼支腿（8)與外層鋼筒（2)連接，所述犧牲陽極 (7)為弧形，所述犧牲陽極（7)的外表面與外層混凝土層（5)的外表面處於同一曲面，所述 犧牲陽極（7)與外層混凝土層（5)的接觸面設有絕緣塗層（9)。
2. 按照權利要求1所述的一種大口徑給、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。
3. 按照權利要求1所述的一種大口徑給、排水管，其特徵在於：所述外層鋼筒⑵上設 有多個開孔（2a)。
4. 按照權利要求1所述的一種大口徑給、排水管，其特徵在於：所述外層鋼筒⑵外表 面為不光滑表面。
5. 按照權利要求3所述的一種大口徑給、排水管，其特徵在於：所述外層鋼筒⑵外表 面為不光滑表面。
6. 按照權利要求1-5任一所述的一種大口徑給、排水管，其特徵在於：所述鋼帶的數量 為大於等於1條。
7. 按照權利要求6所述的一種大口徑給、排水管，其特徵在於：所述鋼帶與內層鋼筒 (1)的螺旋角度為5°?90°。
8. 按照權利要求7所述的一種大口徑給、排水管，其特徵在於：所述鋼帶的截面具體為 長方形、梯形、波浪形、U形或V形。
9. 按照權利要求8所述的一種大口徑給、排水管，其特徵在於：所述鋼帶沿大口徑給、 排水管徑向的高度為20mm?150mm。
【文檔編號】F16L58/10GK104089108SQ201410264525
【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】李京, 魏英華, 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