全防腐直饮水的埋置式预应力钢筒混凝土管的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种预应力混凝土构件，尤其是一种预应力钢筒混凝土管两端的承口钢环和插口钢环带有热喷涂锌铝稀土涂层，管道内壁内衬不锈钢钢筒，同时混凝土管外表面带有环氧煤沥青防腐层的可用于直饮水输送的埋置式预应力钢筒混凝土管。
【背景技术】
[0002]目前，预应力钢筒混凝土管(简称PCCP)，是一种新型的刚性压力管材。它是带有钢筒的高强度混凝土管芯缠绕预应力钢丝，喷以水泥砂浆保护层，采用钢制承插口钢环并与钢筒焊成一体，承插口带有凹槽密封胶圈形成了滑动式胶圈的柔性接头，是钢板、混凝土、高强钢丝和水泥砂浆几种材料组成的复合结构，具有钢材和混凝土各自的特性。预应力钢筒混凝土管具有承受内外压高、接头密封性好、抗震能力强、施上方便快捷、防腐性能好、维护方便等特性，被工程界所关注，主要应用于长距离输水干线、压力倒虹吸、城市供水工程、有压输水管线、电厂循环水工程管道、压力排污干管等。与以往管材相比，具有适用范围广，经济寿命长、抗震性能好、安装方便、运行用度低，基本不漏水等优点。预应力钢筒混凝土管从结构型式上可分为两种:一种为内衬式预应力钢筒混凝土管(PCCPL)，即在钢筒内壁成型混凝土，在钢筒外面直接缠绕环向预应力钢丝，然后喷涂水泥砂浆保护层而制成的管道；一种是埋置式预应力钢筒混凝土管(PCCPE)，是将钢筒埋置在管芯混凝土里面，然后在管芯混凝土外壁上缠绕环向预应力钢丝后喷涂水泥砂浆保护层。
[0003]但是作为埋设在土壤环境中的混凝土构件产品，在土壤环境中，如果预应力钢筒混凝土管不采取有效的保护措施，随着使用时间的延长，预应力钢筒混凝土管外壁的土壤环境中以及管内水介质中的侵蚀性介质侵入预应力钢筒混凝土管中的砂浆保护层和混凝土层，到达钢丝与钢筒表面，那么钢丝与钢筒将会发生电化学腐蚀，进而会导致钢丝和钢筒的腐蚀失效，发生穿孔泄露甚至爆管现象，会给管道系统的安全运行造成隐患，直接威胁管道系统的运行可靠性，其中预应力钢丝与钢筒的腐蚀问题是影响结构物耐久性的主要因素，如果钢丝与钢筒因腐蚀而发生破损，将会直接导致预应力钢筒混凝土管的腐蚀破坏，从而影响整个管道系统的安全运行。由此可见对预应力钢筒混凝土管采用防腐措施十分必要，同时预应力混凝土管的承插口钢环直接裸露在外面，没有混凝土层的保护，作为两个预应力混凝土管的连接处，预应力混凝土管的承口钢环与预应力混凝土管的插口钢环的表面保护尤为重要，这直接威胁管道系统的运行可靠性，从而影响整个管道系统的安全运行，因此预应力钢筒混凝土管的外表面和两端的承口钢环和插口钢环表面处理技术十分有必要。
[0004]尤其是目前国家提出了直饮水的概念，直饮水是指用户终端直接输出符合国家标准的饮用水。直饮水工程目前国内并没有普及，仅见于少部分城市的特定区域试点，国内大部分城市的相关管道、配套设施还没有完全改造，并不能达到入户后的水质还达到直饮水的标准。作为直饮水工程中的重要一个环节，净化后的直饮水输送国内外的通行做法是全部采用不锈钢管道。不锈钢管道的优秀抗腐蚀能力，使得不锈钢管道能够有效保障直饮水的水质安全，但是不锈钢管相对于普通钢管和混凝土管造价较高，在直饮水工程中如果采用普通钢管，钢管内壁与水接触产生的腐蚀产物会危及输送水的水质安全，而采用混凝土管其效果更差，因为混凝土管内层的混凝土层，由于水在管道中的长时间停留和冲刷，会使混凝土层里面的一些物质进入水中，影响到水质安全。因此预应力钢筒混凝土管作为直饮水用管代替不锈钢管的话，对预应力钢筒混凝土管的内壁和外表面，以及两端的承口钢环和插口钢环表面处理技术十分有必要。
【实用新型内容】
[0005]本实用新型的目的是为克服上述现有钢筒混凝土管不能达到直饮水工程的要求的技术缺陷，提供一种全防腐直饮水的埋置式预应力钢筒混凝土管，该混凝土管结构简单，耐腐蚀，能够有效延长预应力钢筒混凝土管的使用寿命，实现了节约成本的同时，还能保证水质安全的目的，避免了采用普通钢管，钢管内壁与水接触产生的腐蚀产物会危及输送水的水质安全，采用混凝土管，使混凝土层里面的一些物质进入水中，影响到水质安全的问题。
[0006]为实现上述目的，本实用新型采用下述技术方案:
[0007]—种全防腐直饮水的埋置式预应力钢筒混凝土管，包括筒体部分，以及设置于筒体部分两端的承口钢环和插口钢环，筒体部分由内到外依次为不锈钢钢筒、钢筒内壁混凝土层、钢筒、钢筒外壁混凝土层和钢筒外壁水泥砂浆保护层，钢筒外壁混凝土层的外表面上缠绕有预应力钢丝，所述插口钢环的内表面和承口钢环的外表面上分别设有锌铝稀土涂层；所述钢筒外壁水泥砂浆保护层外表面上设有环氧煤沥青防腐层；所述钢筒内壁混凝土层、钢筒外壁混凝土层和钢筒外壁水泥砂浆保护层中均掺有改性聚丙烯纤维。
[0008]所述改性聚丙烯纤维添加量为0.8?lKg/m3。
[0009]不锈钢钢筒及钢筒与承口钢环的焊接部内填充内壁混凝土层，内壁混凝土层内嵌不锈钢钢管。在传统的混凝土管中内衬不锈钢管，一方面能够降低单独使用不锈钢管的造价，另一方面从多层防腐蚀的角度看，由于不锈钢管外的混凝土管为钢筒混凝土管，具有混凝土、钢筒、钢丝、水泥砂浆保护层多层防腐抗压结构特点，如果把内衬不锈钢管的钢筒混凝土管应用于直饮水工程，无疑具有适用范围广，经济寿命长、抗震性能好、安装方便、保证直饮水安全等优点。
[0010]承口钢环以及不锈钢钢管的外壁均固接有沿轴向延伸的凸棱。与承口钢环以及不锈钢钢管的外壁相接触的反别是水泥砂浆保护层和混凝土层，在承口钢环以及不锈钢钢管的外壁均固接沿轴向延伸的凸棱，可以在立式模具浇筑成型后，使承口钢环与水泥砂浆保护层、不锈钢管与混凝土层具有更好的固定和结合作用。极大的延长了钢筒混凝土管的使用寿命。
[0011]承口钢环与凸棱以及不锈钢钢管与凸棱为一体式结构。在生产带凸棱的承口钢环和不锈钢钢管时，可以采用注塑成型的生产工艺，工艺简单，成本较低，而且大大提高。
[0012]锌铝稀土是现有产品，在市场中均可购买到，在此不再赘述其组分。锌铝稀土涂层采用电弧喷涂在成品混凝土管裸露在外的承口钢环内壁和插口钢环外壁上制得。锌铝涂层中，锌元素的作用为防腐作用，铝元素在涂层中起到骨架支撑作用，更好的形成防腐层，另外的少量La和Ce等稀土元素的加入，可以让电弧喷涂的喷涂过程中更加雾化了颗粒尺寸，从而提高了涂层的均匀致密性，同样起到了更好的防腐效果。
[0013]电弧喷涂的温度很高，两种合金丝呈熔融而且分散的状态快速喷向管道表面，高温熔融Zn合金和AIRE合金急冷凝固形成Zn相和AIRE合金相，只有Zn相和AIRE合金相两种合金凝固组织界面附近才能通过扩散形成一些Zn-Al-RE固溶体合金，或一些夹杂着Zn合金和AIRE合金的固溶体合金。
[0014]Zn-Al-RE合金层的这种组织特征在一定程度上对其耐蚀性能产生了有利的影响，因为Zn相和AIRE合金相交替存在，协同发挥了 Zn合金相的牺牲保护作用和AIRE合金相的钝化保护作用，合金层中的A1RE合金相间构成网状硬构架，不但起到阻止Zn腐蚀的作用，而且A1RE合金在腐蚀过程中生成了致密的腐蚀产物，这种腐蚀产物对溶液中氯离子向内部扩散渗透起到了阻挡作用，从而表现出明显的“自封闭”作用。因此，可以减少腐蚀介质的渗入。
[0015]Zn-Al-RE合金的耐蚀性优于ZnAl合金及ZnAl合金，这是由于RE元素可细化涂层颗粒，使颗粒粒度均匀，降低涂层孔隙率，使涂层组织致密，进而减少了腐蚀通道。因此腐蚀反应进行一定时间后，由于钝化膜及腐蚀产物的堵塞，腐蚀介质很难通过涂层表面的缺陷进入涂层到达涂层/基体的界面，涂层的自封闭效果更加明显，大幅度提高了涂层腐蚀产物层的稳定性，从而使ZnAIRE合金层表现出更好的耐蚀性。RE元素的加入对涂层耐蚀性影响的主要原因是降低了涂层的孔隙率，起到了净化和细化组织的作用，从而使涂层腐蚀过程中的表面活性点减少，从而表现出明显且稳定的自封闭效果。因此，Zn-Al-RE合金层具有优良的耐蚀性能。
[0016]改性聚丙烯纤维是现有产品，市场中可以购买到，在此不再赘述其具体产品组成。改性聚丙烯纤维是由聚丙烯树脂经特殊加工和处理制成的一束束互相交织成网状的纤维。它和水泥混凝土的基料有极强的结合力。加入混凝土基料中，经搅拌后，因受到水泥、砂石等骨料的冲击，自动张开。成为一根根的单丝或互相牵扯多向分布纤维，在混凝土内部形成一种乱向支撑体系。能极有效的控制混凝土及水泥砂浆的早期的塑性收缩和沉降裂纹。大大提高混凝土的抗渗、抗破碎、抗冲击性能，增强混凝土韧性和耐磨性，从而使建筑物的寿命大大延长，极大地减少工程维护费用。
[0017]改性聚丙烯纤维是聚丙烯纤维由聚丙烯及多种有机、无机材料，经特殊的复合技术精制而成，产品在混凝土中可形成三维乱向分布的网状承托作用，使混凝土在硬化初期形成的微裂纹在发展过程中受到阻挡，难以进一步发展。从而可提高混凝土的断裂韧性，改善混凝土的抗裂防渗性能，是砂浆、混凝土工程抗裂，防渗，耐磨，保温的新型理想材料。
[0018]涂层可以作为有一道重要防线，有效提高预应力钢筒混凝土管抗侵蚀能力，大大延长预应力钢筒混凝土管原有寿命，因此预应力钢筒混凝土管表面处理技术，尤其是涂层技术十分有必要。<