一种高性能水泥基复合材料管的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及给排水混凝±管道领域，尤其设及一种高性能水泥基复合材料管材。
【背景技术】
[0002] 混凝±管制造所需原材料来源丰富，成本较低，施工方便，强度和耐久性较好，在 给排水工程中得到了广泛应用。但是，其缺陷是明显的：（1)采用混凝±材料制造的普通钢 筋混凝±管道，由于混凝±抗拉强度和拉伸延性低，最大拉伸应变为0.02%左右，容易发生 脆性断裂，甚至发生爆管事故，设计规范中一般不允许混凝±产生拉伸应变。因此，普通混 凝±管道壁厚(本说明书中说述管道壁厚是指管身的壁厚，不指承口和插口的壁厚，下同） 较大，壁厚约为管内径的1/10,导致运输和安装成本较高；（2)普通混凝±材料为脆性断裂， 裂纹扩展快，裂纹宽度大，将加速管内钢筋的腐蚀，破坏其抗渗性；（3)普通钢筋混凝±管道 随荷载增加环刚度变化范围较小，埋地时不能依靠降低环刚度获得管周±侧压的作用，导 致抵抗地震、地面冲击等的能力较差。
[0003] 而预应力钢套筒混凝±管。〇^管），虽然通过在管外缠绕预应力钢丝提高了混凝 ±管忍的抗拉能力，但预应力钢丝一旦发生诱蚀断裂，管道的安全运行将难W保证，而且预 应力钢丝断裂后管道的维修也较困难。
【发明内容】
[0004]本发明所要解决的技术问题是:提供一种高性能水泥基复合材料管，W提高现有 混凝±管道的承载能力、抗裂性能和抗过载能力，降低现有混凝±管道的自重。
[0005] 本发明解决运些技术问题采用W下的技术方案：
[0006]本发明提供的高性能水泥基复合材料管，其采用聚乙締醇纤维增强水泥砂浆、钢 筋骨架制成;该管的一端为承口，另一端为插口，承口和插口相互配合形成管线。
[0007]所述的聚乙締醇纤维增强水泥砂浆，是W水泥、粉煤灰、偏高岭±和粒径小于或等 于0.60mm的砂为基体材料，渗入水、聚乙締醇纤维、聚簇酸减水剂和粘度调节剂拌制而成， 所述原料的质量配比为：
[000引水泥：粉煤灰：偏高岭±:砂：水：聚乙締醇纤维；聚簇酸减水剂：粘度调节剂=1: 1.2~2.4:0~0.11:1~1.52:0.68~1.04:0.050~0.076:0.009~0.013:0.00056~ 0.00085。
[0009] 所述的聚乙締醇纤维增强水泥砂浆，其弹性模量值为10~25GPa，抗压强度为25~ 60MPa，拉伸强度为3~SMPa，极限拉伸应变为0.02~0.06。
[0010] 所述的高性能水泥基复合材料管，其采用=点试验法施加准静载时，随外压荷载 增加其外压荷载-管顶位移关系曲线包含弹性阶段、硬化阶段和开裂阶段，在弹性阶段卸载 时，变形能完全恢复;在硬化阶段和开裂阶段卸载时，变形部分恢复。
[0011] 所述的高性能水泥基复合材料管，其在硬化阶段时，在管腰处外壁、管顶内壁、管 底内壁等拉应力区可见多条细密裂纹，裂纹数目不断增多，裂纹宽度为0.04~0.2mm。
[0012] 所述的高性能水泥基复合材料管，其在硬化阶段的环刚度下降，硬化阶段的环刚 度为弹性阶段环刚度的40%~80%。
[0013]所述的高性能水泥基复合材料管，将外压荷载、管顶位移分别用破坏荷载、破坏时 管顶铅垂方向位移归一化后，弹性阶段、硬化阶段和开裂阶段=者间包括两个交界点，两交 界点对应的归一化荷载分别为0.25~0.35和0.60~0.75，两交界点对应的归一化位移分别 为0.05~0.01和0.30~0.40。
[0014]本发明提供的上述的高性能水泥基复合材料管，其在制造相同内径、相同承载能 力的水泥混凝±管技术要求下，该管壁厚为普通钢筋混凝±管壁厚的30%~88%。
[0015]本发明提供的上述的高性能水泥基复合材料管，其在埋地后，其正常工作区间包 括弹性阶段和硬化阶段。
[0016]本发明高性能水泥基复合材料管与现有技术相比，具有如下主要的突出效果： [0017]第一，本管壁薄，自重轻；
[0018]当管内径和承载能力相同的条件下，本管的壁厚为普通钢筋混凝±管壁厚的30% ~88%。
[0019] 第二，硬化阶段裂纹宽度可控：
[0020] 本管在硬化阶段为多裂纹细密裂纹开裂，裂纹宽度可控制小于0.2mm。
[0021 ]第S，环刚度可在较大范围内变化；
[0022] 本管在硬化阶段环刚度为弹性阶段环刚度的40%~80%。运样，管道承受过载时， 可W发挥埋地时±侧压的作用，提高管道抵抗外部过载的能力。
[0023]第四，对钢筋骨架有保护作用。
[0024]本管具有多裂缝开裂特性，且裂纹宽度可控，对管内钢筋骨架起保护作用，延缓钢 筋诱蚀。
[00巧]第五，应用范围拓宽。
[0026]高性能水泥基复合材料管质量轻，能够抵抗较大的变形，管道可在软地基、沼泽 地、地震多发地区等环境下使用。
[0027] 第六，制作工艺简单。
[0028]所配制的聚乙締醇纤维增强水泥砂浆工作性好，纤维分散均匀，诱注时易于填充 成型，施工方便。
[0029]总之，本发明具有良好的承载能力、抗裂性能，提升了管道的抗渗性和耐久性，为 给排水工程提供新型优质管材。
【附图说明】
[0030]图1为高性能水泥基复合材料管结构示意图；
[0031] 图2为S点试验法测试时管受力图；
[0032]图3为高性能水泥基复合材料管归一化荷载-归一化位移关系曲线；
[0033]图4为聚乙締醇纤维增强水泥砂浆单轴拉伸试样图；
[0034]图5为图4的左视图。
[0035]图6为聚乙締醇纤维增强水泥砂浆单轴拉伸的应力-应变关系曲线；
[0036]图7为聚乙締醇纤维增强水泥砂浆单轴拉伸时多裂纹扩展过程的相机拍摄照片；
[0037] 图8为实测高性能水泥基复合材料管管顶外压荷载与管顶内壁铅垂向位移的关系 曲线；
[0038] 图9为实测高性能水泥基复合材料管归一化荷载-归一化位移关系曲线；
[0039] 图10为实测高性能水泥基复合材料管循环加载时外压荷载与铅垂向位移的关系 曲线；
[0040] 图11为实测钢筋素砂浆管管顶外压荷载与管顶内壁铅垂向位移的关系曲线。
[0041] 图中：1.承口；2.聚乙締醇纤维增强水泥砂浆;3.钢筋骨架;4.插口；5.管顶;6.管 腰;7.管底。
【具体实施方式】
[0042] 下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步说明，但不应理解为对本发明的限 制。
[0043] 本发明提供的高性能水泥基复合材料管制备工艺简单。例如：W普通娃酸盐水泥、 I级粉煤灰、偏高岭±和粒径小于或等于0.60mm的砂为基体材料，渗入水、聚乙締醇纤维、聚 簇酸减水剂和粘度调节剂拌制而成。参考配合比（质量比）为水泥:粉煤灰：偏高岭±:砂： 水:聚乙締醇纤维；聚簇酸减水剂：粘度调节剂=1:1.2~2.4:0~0.11:1~1.52:0.68~ 1.04:0.050~0.076:0.009~0.013:0.00056~0.00085。
[0044] 先将聚簇酸减水剂加入水中，制成聚簇酸减水剂水溶液。采用混凝±揽拌机将水 泥、粉煤灰、石英砂、偏高岭±等干拌1分钟;再将聚簇酸减水剂水溶液加入揽拌2分钟。再边 揽拌边撒入聚乙締醇纤维，历时3分钟。最后加入粘度调节剂，W调整拌合料的粘稠度，揽拌 1分钟。按照GB/T2419-2005中规定的程序操作，测试其流动度，控制在190~220mm。将立式 制管模具固定于平板振动台上，再将钢筋骨架固定在立式制管模具中。钢筋骨架采用带肋 钢筋焊接而成。钢筋骨架中钢筋的直径、纵筋根数、螺距等参数按《钢筋混凝±排水管管体 结构尺寸与配筋设计图册》确定。往模具内诱入拌合物，振动成型。采用带模蒸汽养护，或在 室内静置24小时后脱模，再用湿麻袋覆盖诱水养护28天。
[0045] 高性能水泥基复合材料管的基本结构如附图1所示。包括承口 1、聚乙締醇纤维增 强水泥砂浆2、钢筋骨架3和.插口 4等组成。由于所述的聚乙締醇纤维增强水泥砂浆延性好， 可W承受拉或压应力，在管受外压荷载(包括±压力、活荷载、±壤沉降、地震荷载等形成的 各种组合工况)产生拉、压变形时聚乙締醇纤维增强水泥砂浆能与钢筋协调变形，确保聚乙 締醇纤维增强水泥砂浆和钢筋骨架共同承担外压荷载。因此，高性能水泥基复合材料管承 载能力高。
[0046] 按《混凝±和钢筋混凝±排水管试验方法GB/T16752-2006》中规定的测试方法（即 =点试验法)对高性能水泥基复合材料管进行承载力测试，测试时管受力图如附图2。附图2 中，管底设置2个支点，管顶为外压荷载施力位置。并测得附图2中A点处（即管顶5内壁最高 点处)铅垂方向的位移(用W表示）。外压荷载采用作用于管单位长度上的荷载表示，即：
(!)
[004引式中:F为加载试验设备当前施加的外压荷载，L为测试管长度。
[0049]而且，高