玻璃鋼一體替代預應力混凝土管道為時不遠

提高剛度、降低成本、優(yōu)化設計三大法寶，正在輸送管道領域展現(xiàn)以纖維纏繞玻璃鋼夾砂管道一體替代預應力混凝土管道的美好遠景。
　　我國的“纖維纏繞玻璃鋼夾砂管道”（RPM管道）是在80年代后期引進并發(fā)展起來的，隨著國民經(jīng)濟的持續(xù)快速發(fā)展，工程建設規(guī)模的急劇擴張，科技水平的大幅提高，目前已經(jīng)成為規(guī)�；a(chǎn)業(yè)，在眾水利、電力、化工、輕工、礦山等眾多領域廣泛使用，成為輸送管道中一顆閃亮的新星。面對進一步擴大應用領域的瓶頸，業(yè)內(nèi)相關人士正在全力尋求提高質(zhì)量、降低成本的新理論、新技術，并形成“插口夾砂管道安全閥設計理論”、“實體全及限設計理論”（及限意為達到限位，并非較限之意）等新理念，完成了新的設計模式，獲得“大螺旋角纏繞玻璃鋼管”等3項國家專利，實現(xiàn)了初步打破。
　　RPM管道替代預應力混凝土管道首先要解決的是剛度問題。據(jù)中國環(huán)氧樹脂行業(yè)協(xié)會(www.epoxy-e.cn)介紹，RPM管道埋入地下，要承擔地面和土壤荷載，因此剛度就是RPM管道的關鍵。目前我國RPM管道僅在一部分場合能替代發(fā)揮作用，要讓其一體替代預應力混凝土管道，提高剛度是急待要解決的問題。按照相關人士的設想，可通過增強夾砂層、密實夾砂層、提高固化度來實現(xiàn)目標。增強夾砂層指在夾砂層中配添一定比例的復合晶纖或其它物增強石英砂層，使堆積理論的球形與棒形的合理配比混合，形成力度強的樹脂侵入，達到更佳的樹脂浸潤及充填效果，進一步增加了夾砂層的整體強度，提高夾砂層的彈性模量，增強的夾砂層可以提高剛度標準的“B”水平，還可有效地降低夾砂層厚度從而使成本得到下降；密實夾砂層是以石英細砂、金剛石粉等為填料的使環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂熱固性模壓塑料的密度增強，實驗表明其力學性能提高許多，因此壓密的夾砂層與合理的級配使填料在夾砂層中起骨架作用，可提高夾砂層的單層厚度和彈性模量，從而有效在提高管道剛度的同時還相應地降低了成本；提高固化度是對樹脂而言的，提高樹脂的固化度是提高夾砂層和纏繞層整體RPM管道剛度的較有效方法之一，用此途徑增強的管道使用2～3年后比普通的新管道剛度要高出40～50％，提高固化度的有效辦法是加溫，但多數(shù)廠家認為這樣會增加能源成本而忽視，其實從性能改善和成本增加的比例看，其投入資金效果是很理想的。
　　RPM管道在增強剛度的同時大多能同時起到降本的作用。而直接降低成本的法就是降低其富裕的樹脂含量。實踐和研究顯示，在材質(zhì)密度達到或略高于2g/cm3的條件下，玻璃纖維增強塑料中樹脂含量達到25～30％，其強度和模量都較高；達到20～25％，強度和模量均達到高限。圍繞這一要領，相關人士們認為首先可在纏繞樹脂中添加一定比例的礦物復合晶纖（FSMF）以降低樹脂含量，復合晶纖結(jié)構中活性遺傳因子可與不飽和樹脂中的遺傳因子產(chǎn)生氫鍵離子鍵結(jié)合成“無機與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)體系”鍵荷復合體系，同時晶纖結(jié)構又可與玻纖（或砂粒）組成三維絮狀復合體系，從而協(xié)同樹脂促進管道性能的提高，據(jù)一些非加砂管道生產(chǎn)廠家介紹，在樹脂中添加20～30％的晶纖，可降低成本 10～15％；在工藝制造時采用擠壓方法使夾砂層密實，可擠出多余的樹脂和氣泡并增加膠液的滲透力、增加樹脂的均勻分布，這有益于樹脂對砂粒的完全包裹和對砂粒之間孔隙的充滿，并在壓力作用下使樹脂對砂粒表面的親合力增強，從而就可制造出彈性模量高的堅固夾砂層；給纏繞纖維施加一定的纏繞張力特別是是均勻的纖維張力，這一常用于高壓容器的技術對RPM壓力管道也很重要，張力可以使每根彎曲的纖維伸直，當前的試驗已說明RPM管道環(huán)向強度通常只能發(fā)揮70～80％左右，而縱向強度由于纖維松弛因素也只能發(fā)揮30～50％，這一技術可較好地加以改善，同時再增加纏繞層和夾砂層的牢固聯(lián)接使剛度試驗“B”在體平提高。
　　科學的結(jié)構設計也是RPM管道改性的重要一環(huán)。近年我國材料學界對此進行了不懈探索�！独w維復合材料》1999年第1期《承插口夾砂管道的安全閥設計理論》一文挑戰(zhàn)傳統(tǒng)的玻璃鋼管道設計規(guī)則關于“環(huán)向比軸向應力為2：l”的理論，打破了一直必須遵守螺旋纏繞角為54．75º的定律，可有效的節(jié)約了纖維和樹脂的用量；《纖維復合材料》2002年第2期《實體全及限設計理論》一文則借用木桶拼裝原理拓展RPM管道設計理論——由多塊木板拼裝起來的木桶非常大裝水量取決于較短的那一根木板條高度，科學的設計必須是全部木板條應該是等長度等質(zhì)量，否則即使其中有1條是較珍貴的木料乃至是金子鑄造的也只能是白白浪費，對盛水量毫無益處——RPM管道的組成與制造工藝有400個因素影響管道質(zhì)量，科學的設計應該是把所有的影響和組成因素都設計成同時達到同一個工作壽命。這樣做既可充分發(fā)揮材料的作用，又能避免質(zhì)量過剩的浪費。
　　設計包括RPM管道結(jié)構層的合理設計、纖維纏繞鋪層、夾砂層的優(yōu)化設計和工藝制造工序因素的控制設計三部分。在結(jié)構層的合理設計方面，要做到能使該結(jié)構層非常大發(fā)揮效力，并且合理科學的各自分工合作形成整體的承載體系；在纖維纏繞鋪層的優(yōu)化配置方面，不但要考慮內(nèi)壓、剛度、輸送液體介質(zhì)，還要考慮埋地高層度和土質(zhì)，乃至安裝企業(yè)的技術水平與可信度以及埋設環(huán)境氣候條件等等；在工藝制造工序及參數(shù)的控制設計方面，要有合理的制造工序，保證合理工序的貫徹實施，做到從原材料進廠到管道出廠始終處在可控制狀態(tài)下進行生產(chǎn)。
　　不斷推動科技進步、質(zhì)量提高、成本下降是RPM管道業(yè)發(fā)展的途徑。近年來我國RPM管道的飛速發(fā)展已使我國這項事業(yè)有了良好基礎。隨著我國經(jīng)濟的進一步加快發(fā)展，特別是是西部大開發(fā)戰(zhàn)略的實施，更為RPM管道業(yè)帶來良好的機遇。只要業(yè)界把握機遇，立足于超越全部RPM管道水平，采取措施使RPM管道盡快實現(xiàn)重大打破，則挑戰(zhàn)大口徑鋼筒子應力混凝土管道，替代預應力混凝土管道的時刻很快就會早日到來。