一种带有牺牲阳极的大口径给、排水管的制作方法
【专利摘要】一种带有牺牲阳极的大口径给、排水管设置有内层钢筒(1)、外层混凝土层(2)、增强结构(3)、外层钢筒(4)、混凝土填充结构(5)和牺牲阳极(6)；所述增强结构(3)缠绕并焊接固定在内层钢筒(1)外侧；外层钢筒(4)套在增强结构(3)外侧并与增强结构(3)焊接固定连接；所述混凝土填充结构(5)位于在内层钢筒(1)、增强结构(3)和外层钢筒(4)之间的空隙中；所述外层混凝土层(2)位于外层混凝土层(2)外侧，所述牺牲阳极(6)位于外层混凝土(2)内，所述带有牺牲阳极的大口径给、排水管，抗腐蚀效果好，经久耐用，制作过程简单，在满足刚度和强度的同时降低生产成本，具有较大的社会和经济价值。
【专利说明】-种带有牺牲阳极的大口径给、排水管
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及水管的结构设计和应用【技术领域】，特别提供了一种带有牺牲阳极的大口径给、排水管。
【背景技术】
[0002]随着我国经济的持续快速发展，城市规模迅速扩大，越来越多的城市出现供水、排水困难。建设大规模输水工程已经刻不容缓，采用管道铺设输水管线是必须的选择方案。目前，可供选择的管线有钢筒、混凝土管、钢筋混凝土管、预应力混凝土管。其中，管壁内不配置钢构的混凝土管的最大公称内径只有600_，只适合小供排量场合应用，大规模输水工程必须选择其他几种管道。选择管道时考虑的主要因素有:安全可靠程度、建设及维护成本两个方面。
[0003]钢筒自重轻、刚度大，但成本高、易受环境腐蚀，后期维护费用高。为降低工程造价，建设者当前更多的是选用钢和混凝土复合的管道。除了造价低外，两种材料相互弥补了彼此的弱点，发挥各自的长处，从而使钢/混凝土复合管具有很高的承载能力，一般都高于组成管道的钢和混凝土单独承载力之和。另外，由于混凝土自身的碱性可以使得钢表面发生钝化，大大提高了混凝土中钢的耐腐蚀性。
[0004]但是，目前已有制作和应用标准的钢构混凝土管又存在着不足，制约着应用。目前钢构混凝土管中的钢材大都采用高强度钢，目的是提高承载能力以及降低自重。如《管用钢筋混凝土管标准》中规定的螺纹钢筋应满足《JC/T540》，规定所用螺纹钢最低屈服强度为550MPa。而预应力混凝土管(PCCP)中的冷拔钢丝的屈服强度一般在1550MPa以上，按照国际钢铁协会用材料力学性能——强度来分类，这类钢构属于高强钢(270——700MPa)和超高强钢(>700MPa)。实践表明，这类钢对应力腐蚀开裂敏感。应力腐蚀开裂是材料在应力和腐蚀环境共同作用下引起的开裂，这是应力与腐蚀联合作用的结果。如果只有一个方面，应力或者介质作用，开裂破坏不会发生，但当二者联合作用时，却能很快发生开裂。因此，发生应力腐蚀开裂时，应力可能是很低的，介质的腐蚀性可能也是很弱的，也正由于如此，应力腐蚀开裂经常受到忽视，导致意外事故不断发生。普通碳钢通常在特定的工业环境中发生应力腐蚀开裂，而高强钢则在自然环境中、如雨水、海水中即可发生应力腐蚀开裂。另外，由于近代工业的发展，材料工作环境越来越苛刻，应力腐蚀问题也日益突出。
[0005]以目前标准制作的、采用高强钢结构的混凝土管在其混凝土逐步失效的情况下，风险会不断增加。而现阶段对大规模输运工程、如输水管线的耐久性要求也较以往有很大提高，从20-30年提高至50-100年，因此，亟需发展耐久性更好的管材以满足要求。
[0006]另外，对于大口径、埋地较深、长距离的管管线，阴极保护面临需要迫切解决的难题:
[0007]对于管管线的结构，阴极保护工作者首先会想到利用工作井作为牺牲阳极的馈电点。但是输水管线为目前单次顶进距离较长，最长的两个工作井之间的距离近可达数公里。由于阴极保护采用牺牲阳极，而牺牲阳极的保护距离较强制电流小，用工作井作为馈电仅能满足工作井附较短管线的阴极保护，也就是说，管线中间必须增加馈电点。但是管线埋地如此之深，又不允许进行开挖施工，如何实现管线馈电成为首要技术难题。
[0008]在已公开的钢质管阴极保护中，采用从地表钻孔遥控焊接的方法将导电电缆焊接在钢管表面。在焊接过程中焊接产生的电火花有能力穿透钢管表面的涂层，从而使得电缆前方焊点与钢管外壁焊接在一起。而对于外表由较厚的混凝土包裹的管，电火花不能透过这层混凝土而融化钢管外壁金属来焊接馈电电缆。如果从地表钻孔遥控焊接电缆，则只能选择管道的承接口。但承接口处的钢长度太短，难以准确地从地表实施。另外，采用管的目的是为了不破坏地表及地下的基础设施，从地表进行施工进行阴极保护自然会受到很多限制，因此无法从地表进行阴极保护施工。
[0009]人们迫切希望获得一种技术效果优良的带有牺牲阳极的大口径给、排水管及其制备方法。
【发明内容】
[0010]本实用新型的目的是提供一种技术效果优良的带有牺牲阳极的大口径给、排水管。
[0011]本实用新型所述带有牺牲阳极的大口径给、排水管构成如下:内层钢筒1、外层混凝土层2、增强结构3、外层钢筒4、混凝土填充结构5和牺牲阳极6 ;所述增强结构3缠绕并焊接固定在内层钢筒I外侧；外层钢筒4套在增强结构3外侧并与增强结构3焊接固定连接；所述混凝土填充结构5位于在内层钢筒1、增强结构3和外层钢筒4之间的空隙中；所述外层混凝土层2位于外层钢筒4外侧，所述牺牲阳极6位于外层混凝土层2内，所述牺牲阳极6的外表面与外层混凝土层2的外表面处于同一曲面。
[0012]所述带有牺牲阳极的大口径给、排水管过增强结构3焊接连接内层钢筒I和外层钢筒4，使增强结构3、内层钢筒I和外层钢筒4形成一体来整体受力，从而在结构上提高受力水平。
[0013]所述内层钢筒I的内侧设置有内层混凝土层7。
[0014]所述牺牲阳极6通过钢支腿8与外层钢筒4相连接。钢支腿8焊接在外层钢筒4外表面。
[0015]所述牺牲阳极6与外层混凝土层2的接触面设有绝缘涂层9。
[0016]所述绝缘涂层9具体为无溶剂环氧耐久性涂层，所述无溶剂环氧耐久性涂层为甲组分和乙组分按重量比为10:3的比例均匀混合而成，所述甲组分为环氧树脂、二氧化钛、硅酸钙、二氧化硅、氧化钙、液态聚硫橡胶六种材料按重量比8:2:2:3:2:3的比例混合而成，所述乙组分为曼尼希胺、硅酸钙、二氧化硅、氧化钙四种材料按重量比3:1:1:1的比例混合而成。无溶剂环氧耐久性涂层具体组分配比见表I。
[0017]所述无溶剂环氧耐久性涂层在混凝土环境下能长期保持绝缘性，且与外层混凝土层和牺牲阳极6均结合很好，其结合界面处不会在长期应用过程中出现裂纹，引起两方面不利现象，一方面是裂纹存在使得腐蚀介质、如水溶液等渗入到外层钢筒表面引起腐蚀，另一方面，牺牲阳极6材料在与外层混凝土层接触的界面处发生溶解，其过程产生的腐蚀产物会因为膨胀而损坏外层混凝土层，造成很大的缺陷。无溶剂环氧耐久性涂层特性见表2，该特性保证了在较长的服役期间内老化程度很小，能满足牺牲阳极6材料在外层混凝土层中的绝缘性。
[0018]表I无溶剂环氧耐久性涂层组分配比
组成型号 I重量I重量合计
环氧树脂__E51__40
二氧化钦__金红石__10
硅酸钙矿石粉10
甲组份--—^----- 100
二氧化硅矿石粉__15
[0019]氧化钙 —矿石粉10
__液态聚硫橡胶分子^ 1200-3000 15__
曼尼希胺__131__15
( 硅酸興矿石粉 5
乙组份-Ξ?桂-一--厂30
_氧化|丐矿石粉5—~_
[0020]表2无溶剂环氧耐久性涂层特性
序号测试项目单位技术性能指标执行标准
~~" 平整、色泽均~
1■丨匀、无气泡目.2抗3.0J冲击性-3CTC /无裂纹SY/T0315
耐磨性CslO砂轮，
3mg 5Ξ40 GB/T1768
__IkgJOOOr______
, 附着力撬剥法，90 ,立SY/T0315或
4级 i 一2 __V, 15 天_____GB/T1733
[0021]粘结强度拉开法，5~~
5a -UA η λλ,-r-XA./j,- MPa^35GB/T 6329
__个样品的平均值____
阴极剥离(65°C, —~?ν；τπ,.,
6mm ^5.0 SY/T 0315
__1.5V, 48h)____
7电气强度MV/m彡 35GB/T 1408.1
8体积电阻率Ω.m5s I X 1013 G Β/Τ 1410
蒸馏水增重率60 ~~
°C，浸泡 15 天__^__、'ASTMD570 或
3.5%NaCl 增重率 60^GB/T 1733
o/CO Π
V’浸泡15天、一
[0022]所述增强结构3具体为波浪形、U形、V形的钢带。
[0023]所述增强结构3的数量为大于等于I条。所述增强结构3的数量为大于等于I条。增强结构3取决于设计强度、制作成本。最少为I条，此时增强结构3至少完成I个圆周。增强结构3的高度取决于设计强度、制作成本。增加增强结构3高度可以有效增加受力强度，需要增加成本。
[0024]所述增强结构3厚度为I?5臟，高度为20mm?150臟。在满足刚性和硬度的同时节省原材料，同时降低重量。
[0025]所述增强结构3与内层钢筒I径向夹角5°?90°。所述夹角即:增强结构在内层钢筒I上的焊接线与该点在内层钢筒I径向平面内切线的夹角；如将内层钢筒I展开，为焊接线与径向的夹角Θ，在90°时，增强结构3为沿着内层钢筒I轴向方向。
[0026]所述内层钢筒I和外层钢筒4上设有开孔结构13。使得混凝土层2和混凝土填充结构5连接，连接点对外层混凝土起到锚固作用。增加混凝土层2与钢筒的结合强度。
[0027]所述内层钢筒I和外层钢筒4外表面为不光滑表面。通过喷砂打毛等方式制成不光滑表面，这样做的目的是有效增加混凝土的结合力。
[0028]所述内层钢筒I和外层钢筒4除圆筒外，可以有薄壁方筒，方筒适合对管道稳定性要求较高的环境，如架空管等。此外，如果中间灌封混凝土，也可以制成钢混支撑柱。
[0029]以往钢质管的阴极保护在管施工顶进到位后进行，因为钢质管外壁没有牺牲阳极的搭载平台，如果焊接在钢管外，牺牲阳极会增加顶进推力，且容易在顶进过程中脱落。本实用新型将牺牲阳极镶嵌入外层混凝土层中，在管实施时将牺牲阳极一同送入指定位置。简化了施工步骤与难度，不破坏管，且效果更好。
[0030]一种带有牺牲阳极的大口径给、排水管制备方法，步骤如下:
[0031]①内层钢筒I成型
[0032]采用螺旋钢筒卷焊机焊制钢筒1，在焊接内层钢筒I时，沿着内层钢筒I焊缝处焊制增强结构3，增强结构3沿着内层钢筒I均匀布置，增强结构3与内层钢筒I径向夹角控制在5° — 90°之间，采用螺旋焊接时，要根据内层钢筒I直径、螺旋钢板肋螺旋角度、所用钢板宽及所需搭接的板缝宽度来计算钢筒I I螺旋周长:即:每一节距，以确保焊接质量和经济用料；
[0033]②焊制外层钢筒4
[0034]沿着增强结构3外沿焊制外层钢筒4，采用螺旋钢筒卷焊机焊制外层钢筒4，内层钢筒I和外层钢筒4通过增强结构3形成一个整体双层钢筒；
[0035]③安装牺牲阳极
[0036]首先将钢支腿8焊接在外层钢筒4上，之后将牺牲阳极6焊接在钢支腿8上；
[0037]④混凝土灌注
[0038]装上外层混凝土 5模具，针对大口径给、排水管的增强结构3这种结构形式，为了保证混凝土的顺利灌注及充分密实，采用C40以上的免振捣自密实混凝土，从上至下一次性灌注成型混凝土层2和混凝土填充结构5 ;其中，坍落度大于250，扩展度大于600，中边差25，流下时间6-16S，充填性H ( 5mm,抗离析性Λ G^7%,保塑性90min内；将牺牲阳极6外表面的混凝土打磨掉，保证露出光洁表面。由于牺牲阳极6外表面与模具内面较近。在将该管顶入之前，将牺牲阳极6外表面的混凝土打磨掉，通常这层混凝土很薄，保证露出光洁表面，以利牺牲阳极6工作。
[0039]所述混凝土层和混凝土填充结构为免振捣自密实混凝土，是高性能混凝土的一种，其最主要的性质是能够在自重下不用振捣，自行填充模板内的空间，形成密实的混凝土结构。此外它还具有良好的力学性能与耐久性能，这是一种从混凝土拌合物开始直至硬化后的使用期都被全面考虑的高性能混凝土，其优越性主要表现在:提高混凝土的密实性和耐久性，避免漏振、过振等施工中的人为因素以及配筋密集、结构形成复杂等不利条件对施工质量的影响；降低作业强度，节省劳力、振捣机具和电能消耗；可消除振捣噪声，改善环境，缓解施工扰民的矛盾；简化工序，缩短工期，提高效率。
[0040]免振捣自密实混凝土，按照相关免振捣自密实混凝土配制及施工的规范要求，采用坍落度250mm,扩展度600mm,中边差25mm,流下时间6-16S,四项指标是可行的,有良好的粘聚性、流动性和保水性，使混凝土自密实。
[0041]本实用新型所述带有牺牲阳极的大口径给、排水管，抗腐蚀效果好，经久耐用，制作过程简单，在满足刚度和强度的同时降低生产成本，具有较大的社会和经济价值。
【专利附图】
【附图说明】
[0042]图1为大口径给、排水管结构示意图；
[0043]图2为牺牲阳极布置方式的剖视图；
[0044]图3为牺牲阳极布置方式的俯视图；
[0045]图4为内层钢筒和增强结构的结合示意图；
[0046]图5为增强结构在内层钢筒上的焊接线与径向的夹角示意图；
[0047]图6为内层钢筒和外层钢筒不光滑表面不意图；
[0048]图7为内层钢筒和外层钢筒上带有开孔的示意图；
[0049]图8为大口径给、排水管接头处理方式的示意图。
【具体实施方式】
[0050]实施例1
[0051]本实施例所述带有牺牲阳极的大口径给、排水管构成如下:内层钢筒1、外层混凝土层2、增强结构3、外层钢筒4、混凝土填充结构5和牺牲阳极6 ;所述增强结构3缠绕并焊接固定在内层钢筒I外侧；外层钢筒4套在增强结构3外侧并与增强结构3焊接固定连接；所述混凝土填充结构5位于在内层钢筒1、增强结构3和外层钢筒4之间的空隙中；所述外层混凝土层2位于外层钢筒4外侧，所述牺牲阳极6位于外层混凝土层2内，所述牺牲阳极6的外表面与外层混凝土层2的外表面处于同一曲面。
[0052]所述带有牺牲阳极的大口径给、排水管过增强结构3焊接连接内层钢筒I和外层钢筒4，使增强结构3、内层钢筒I和外层钢筒4形成一体来整体受力，从而在结构上提高受力水平。
[0053]所述内层钢筒I的内侧设置有内层混凝土层7。
[0054]所述牺牲阳极6通过钢支腿8与外层钢筒4相连接。钢支腿8焊接在外层钢筒4外表面。
[0055]所述牺牲阳极6与外层混凝土层2的接触面设有绝缘涂层9。
[0056]所述绝缘涂层9具体为无溶剂环氧耐久性涂层，所述无溶剂环氧耐久性涂层为甲组分和乙组分按重量比为10:3的比例均匀混合而成，所述甲组分为环氧树脂、二氧化钛、硅酸钙、二氧化硅、氧化钙、液态聚硫橡胶六种材料按重量比8:2:2:3:2:3的比例混合而成，所述乙组分为曼尼希胺、硅酸钙、二氧化硅、氧化钙四种材料按重量比3:1:1:1的比例混合而成。无溶剂环氧耐久性涂层具体组分配比见表I。
[0057]所述无溶剂环氧耐久性涂层在混凝土环境下能长期保持绝缘性，且与外层混凝土层和牺牲阳极6均结合很好，其结合界面处不会在长期应用过程中出现裂纹，引起两方面不利现象，一方面是裂纹存在使得腐蚀介质、如水溶液等渗入到外层钢筒表面引起腐蚀，另一方面，牺牲阳极6材料在与外层混凝土层接触的界面处发生溶解，其过程产生的腐蚀产物会因为膨胀而损坏外层混凝土层，造成很大的缺陷。无溶剂环氧耐久性涂层特性见表2，该特性保证了在较长的服役期间内老化程度很小，能满足牺牲阳极6材料在外层混凝土层5中的绝缘性。
[0058]表I无溶剂环氧耐久性涂层组分配比
组■成型号重量重量合计
环氧树月旨__E5I__40
二氧化钛__金红石__10
甲组份桂戀丐IXI 100
二氧化硅矿石粉__15
[0059]氧化?丐__矿石粉__1
__液态聚硫橡胶分子量1200~3000 15__
曼尼希胺__T3I__
石圭酸?丐rai5~
乙组{刀二氧化硅粉30
_氧化1?矿石粉5 ~_
[0060]表2无溶剂环氧耐久性涂层特性
序号测试项目单位技术性能指标执行标准
^, 平整、色泽均IZ
1外观_丨匀、无气泡—
2抗3.0J冲击性-30°C /无裂纹SY/T031.5
, 耐磨性CslO砂轮，^
3mg <40 GB/T 1768
__lkg，I OOOr______
附着力撬剥法，90 μ, ^SY/T0315或
4级 I?2 __0C, 15 天______GB/T1733
[0061]粘结强度拉开法，5~~?R/T,?Q
5λ ιλλ r-t -T- rt./-+- MPa^35GB/T 6329
__个样品的平均值____
阴极剥离(65°C，一?ν,τη..?
6mm ^-5.0 SY/1 Oj 15
__1.5V, 48h)____
7电气强度MV/m彡 35GB/T 1408.1
8体积电阻率Q.mSnx113 GB/T 1410
蒸馏水增重率60 n/? A
yQ3 (J
°C，浸泡 15 天^ASTM D570 或
3.5%NaCl 增重率 60GB/T 173 3
V，浸泡15天％<2'°
[0062]所述增强结构3具体为波浪形、U形、V形的钢带。
[0063]所述增强结构3的数量为大于等于I条。所述增强结构3的数量为大于等于I条。增强结构3取决于设计强度、制作成本。最少为I条，此时增强结构3至少完成I个圆周。增强结构3的高度取决于设计强度、制作成本。增加增强结构3高度可以有效增加受力强度，需要增加成本。
[0064]所述增强结构3厚度为I?5臟，高度为20mm?150臟。在满足刚性和硬度的同时节省原材料，同时降低重量。
[0065]所述增强结构3与内层钢筒I径向夹角5°?90°。所述夹角即:增强结构在内层钢筒I上的焊接线与该点在内层钢筒I径向平面内切线的夹角；如将内层钢筒I展开，为焊接线与径向的夹角Θ，在90°时，增强结构3为沿着内层钢筒I轴向方向。
[0066]所述内层钢筒I和外层钢筒4上设有开孔结构13。使得混凝土层2和混凝土填充结构5连接，连接点对外层混凝土起到锚固作用。增加混凝土层2与钢筒的结合强度。
[0067]所述内层钢筒I和外层钢筒4外表面为不光滑表面。通过喷砂打毛等方式制成不光滑表面，这样做的目的是有效增加混凝土的结合力。
[0068]所述内层钢筒I和外层钢筒4除圆筒外，可以有薄壁方筒，方筒适合对管道稳定性要求较高的环境，如架空管等。此外，如果中间灌封混凝土，也可以制成钢混支撑柱。
[0069]以往钢质管的阴极保护在管施工顶进到位后进行，因为钢质管外壁没有牺牲阳极的搭载平台，如果焊接在钢管外，牺牲阳极会增加顶进推力，且容易在顶进过程中脱落。本实施例将牺牲阳极镶嵌入外层混凝土层中，在管实施时将牺牲阳极一同送入指定位置。简化了施工步骤与难度，不破坏管，且效果更好。
[0070]所述带有牺牲阳极的大口径给、排水管制备方法，步骤如下:
[0071]①内层钢筒I成型
[0072]采用螺旋钢筒卷焊机焊制钢筒1，在焊接内层钢筒I时，沿着内层钢筒I焊缝处焊制增强结构3，增强结构3沿着内层钢筒I均匀布置，增强结构3与内层钢筒I径向夹角控制在5° — 90°之间，采用螺旋焊接时，要根据内层钢筒I直径、螺旋钢板肋螺旋角度、所用钢板宽及所需搭接的板缝宽度来计算钢筒I I螺旋周长:即:每一节距，以确保焊接质量和经济用料；
[0073]②焊制外层钢筒4
[0074]沿着增强结构3外沿焊制外层钢筒4，采用螺旋钢筒卷焊机焊制外层钢筒4，内层钢筒I和外层钢筒4通过增强结构3形成一个整体双层钢筒；
[0075]③安装牺牲阳极
[0076]首先将钢支腿8焊接在外层钢筒4上，之后将牺牲阳极6焊接在钢支腿8上；
[0077]④混凝土灌注
[0078]装上外层混凝土 5模具，针对大口径给、排水管的增强结构3这种结构形式，为了保证混凝土的顺利灌注及充分密实，采用C40以上的免振捣自密实混凝土，从上至下一次性灌注成型混凝土层2和混凝土填充结构5 ;其中，坍落度大于250，扩展度大于600，中边差25，流下时间6-16S，充填性H ( 5mm,抗离析性Λ G^7%,保塑性90min内；将牺牲阳极6外表面的混凝土打磨掉，保证露出光洁表面。由于牺牲阳极6外表面与模具内面较近。在将该管顶入之前，将牺牲阳极6外表面的混凝土打磨掉，通常这层混凝土很薄，保证露出光洁表面，以利牺牲阳极6工作。
[0079]所述混凝土层和混凝土填充结构为免振捣自密实混凝土，是高性能混凝土的一种，其最主要的性质是能够在自重下不用振捣，自行填充模板内的空间，形成密实的混凝土结构。此外它还具有良好的力学性能与耐久性能，这是一种从混凝土拌合物开始直至硬化后的使用期都被全面考虑的高性能混凝土，其优越性主要表现在:提高混凝土的密实性和耐久性，避免漏振、过振等施工中的人为因素以及配筋密集、结构形成复杂等不利条件对施工质量的影响；降低作业强度，节省劳力、振捣机具和电能消耗；可消除振捣噪声，改善环境，缓解施工扰民的矛盾；简化工序，缩短工期，提高效率。
[0080]免振捣自密实混凝土，按照相关免振捣自密实混凝土配制及施工的规范要求，采用坍落度250mm,扩展度600mm,中边差25mm,流下时间6-16S,四项指标是可行的,有良好的粘聚性、流动性和保水性，使混凝土自密实。
[0081]本实施例所述带有牺牲阳极的大口径给、排水管，抗腐蚀效果好，经久耐用，制作过程简单，在满足刚度和强度的同时降低生产成本，具有较大的社会和经济价值。
[0082]实施例2
[0083]本实施例所述带有牺牲阳极的大口径给、排水管构成如下:内层钢筒1、外层混凝土层2、增强结构3、外层钢筒4、混凝土填充结构5和牺牲阳极6 ;所述增强结构3缠绕并焊接固定在内层钢筒I外侧；外层钢筒4套在增强结构3外侧并与增强结构3焊接固定连接；所述混凝土填充结构5位于在内层钢筒1、增强结构3和外层钢筒4之间的空隙中；所述外层混凝土层2位于外层钢筒4外侧，所述牺牲阳极6位于外层混凝土层2内，所述牺牲阳极6的外表面与外层混凝土层2的外表面处于同一曲面。
[0084]所述带有牺牲阳极的大口径给、排水管的尺寸为:内层钢筒I的直径为3000_，管轴向长度为4000mm，管壁厚度为224mm ;内层钢筒I和外层钢筒4的钢板厚度为2mm ;外层混凝土层2和内层混凝土层7的厚度为50_ ;增强结构3沿大口径给、排水管径向的高度为120mm,混凝土填充结构5的厚度为120mm。
[0085]增强结构3的个数为10个，沿着钢筒I均匀布置，螺旋角度为30°。
[0086]以双层钢丝PCCP为单位重量，所述大口径给、排水管的重量与双层钢丝的PCCP管接近，高于单层钢丝PCCP管约3%。远低于顶进法用的钢筋混凝土管，重量下降约30%，这对于管施工而言会降低运输和施工成本。
[0087]按照2013年四季度的市场价格，包含加工成本，钢筒的价格远高于钢混结构管，高一倍以上。而在钢混结构管中，顶进法施工的钢筋混凝土成本最高，如采用本发明结构，成本将下降25%左右。此外，本发明成本较双层钢丝PCCP管低7%左右，比单层钢丝PCCP管闻9 左右。
[0088]实施例3
[0089]本实施例所述带有牺牲阳极的大口径给、排水管构成如下:内层钢筒1、外层混凝土层2、增强结构3、外层钢筒4、混凝土填充结构5和牺牲阳极6 ;所述增强结构3缠绕并焊接固定在内层钢筒I外侧；外层钢筒4套在增强结构3外侧并与增强结构3焊接固定连接；所述混凝土填充结构5位于在内层钢筒1、增强结构3和外层钢筒4之间的空隙中；所述外层混凝土层2位于外层钢筒4外侧，所述牺牲阳极6位于外层混凝土层2内，所述牺牲阳极6的外表面与外层混凝土层2的外表面处于同一曲面。
[0090]所述内层钢筒I直径为362mm，管轴向长度为700mm，所述增强结构3的高度为30mm,厚度为2mm，个数为2个，螺旋角度为30度；内层钢筒I和外层钢筒的厚度为2mm，外层混凝土层2和内层混凝土层7的厚度为30mm,混凝土填充结构5的厚度为30mm。
[0091]所述内层钢筒1、外层钢筒4和增强结构3采用Q235热轧薄钢板加工而成；
[0092]所述带有牺牲阳极的大口径给、排水管进行单轴压缩试验，此单轴压缩试验是模拟管道管施工的极端受力情况，也就是最不利受力情况。从已经做过的单轴压缩试验来看，试件轴向允许最大顶力2700KN-2800KN。
[0093]所述大口径给、排水管进行径向压缩试验，这是在径向最不利的受力情况。因为此时管腰处会存在较大的拉应力，从而破坏管道。而在实际管道服役过程中，该处会有周围介质的压应力从而使得管道可以承受更大的压应力。从已经做过的径向压缩试验来看，试件径向允许最大压力400KN，该值也能满足管道服役的径向压力要求。
[0094]另外，这里进一步给出与正在采用的、商品化的钢筋混凝土管进行最大顶力比较，在《给水排水工程管技术规程》中，根据钢筋混凝土管承载能力极限状态计算规定，管道允许最大顶力计算公式为
[0095]Fdc = 0.5 frAp
7 Qfi Y5
[0096]式中:Fd。-混凝土管道允许顶力设计值。
[0097]φ r混凝土材料受压强度折减系数，可取0.90。
[0098]Φ2-偏心受压强度提高系数，可取1.05。
[0099]φ 3-材料脆性系数,可取0.85。
[0100]φ5-混凝土强度标准调整系数，可取0.79。
[0101]fc-混凝土受压强度设计值。
[0102]Ap-管道的最小有效传力面积。
[0103]YQd_顶力分项系数，可取1.3。
[0104]则计算在管道尺寸、混凝土强度相同情况下混凝土管道允许顶力设计值。这里混凝土受压强度设计值取为40KN/m2，管道的最小有效传力面积Ap = 1/4.π [5502_3622]=
1.346 X 15Him2。
[0105]则混凝土管道允许顶力设计值Fde为2105.5ΚΝ。
[0106]对比得知，在尺寸相同、混凝土强度相同情况下，螺旋钢板肋钢筒混凝土管允许顶力设计值要比混凝土管道允许顶力设计值高28.2% -32.9%。
[0107]实施例4
[0108]本实施例所述带有牺牲阳极的大口径给、排水管构成如下:内层钢筒1、外层混凝土层2、增强结构3、外层钢筒4、混凝土填充结构5和牺牲阳极6 ;所述增强结构3缠绕并焊接固定在内层钢筒I外侧；外层钢筒4套在增强结构3外侧并与增强结构3焊接固定连接；所述混凝土填充结构5位于在内层钢筒1、增强结构3和外层钢筒4之间的空隙中；所述外层混凝土层2位于外层钢筒4外侧，所述牺牲阳极6位于外层混凝土层2内，所述牺牲阳极6的外表面与外层混凝土层2的外表面处于同一曲面。
[0109]牺牲阳极6的尺寸与保护年限、被保护管的尺寸及采用的材料有关。牺牲阳极6的四个角处设有钢支腿，钢支腿采用与内层钢筒1、外层钢筒4相同的材质。钢支腿的脚在外层钢筒4成型后焊接在外层钢筒4上靠近接头10的位置，牺牲阳极6设置在靠近管接口11处，由于安装在外层钢筒4外壁的牺牲阳极6只负责保护被安装牺牲阳极6的管道，牺牲阳极6用量较少，尺寸也较小。如公称直径3米、长4米的管道，需要的牺牲阳极6为弧长I米、轴向0.45米、厚度2厘米的锌阳极，或弧长I米、轴向0.25米、厚度2厘米的镁合金阳极。牺牲阳极6尺寸小，对混凝土整体结构和顶进等均不会带来大的影响。除牺牲阳极6的外表面，其余面均采用绝缘涂层绝缘。这样使得只有暴露在土壤中阳极面能够工作，这样避免了牺牲阳极6与外层混凝土层2混凝土接触面发生腐蚀后，产生腐蚀产物会膨胀破坏外层混凝土层2混凝土的完整性。同时，将牺牲阳极6的钢支腿8和焊接脚也涂覆绝缘涂层。牺牲阳极6预先焊接在外层钢筒4上，装入模具内后，浇注混凝土形成外层混凝土层2。
[0110]实施例5
[0111]本实施例所述带有牺牲阳极的大口径给、排水管构成如下:内层钢筒1、外层混凝土层2、增强结构3、外层钢筒4、混凝土填充结构5和牺牲阳极6 ;所述增强结构3缠绕并焊接固定在内层钢筒I外侧；外层钢筒4套在增强结构3外侧并与增强结构3焊接固定连接；所述混凝土填充结构5位于在内层钢筒1、增强结构3和外层钢筒4之间的空隙中；所述外层混凝土层2位于外层钢筒4外侧，所述牺牲阳极6位于外层混凝土层2内，所述牺牲阳极6的外表面与外层混凝土层2的外表面处于同一曲面。
[0112]所述管接头的处理方式:
[0113]由于管道主体采用了双筒钢筒，则本发明管的接口采用刚性接口 11钢环，将钢环焊接在外层钢筒4上，采用双焊缝。接口 11自由部分Ila高于接口 11焊接部分11b，这样保证空间承插到位。在未焊接的承插口 12的一侧，预先留有用于密封的注胶孔15。在承插口 12安装到位后，从管内采用高压注胶设备，将密封胶注入承插口 12内。密封胶14可以选择聚硫橡胶等固类型，在施工要求的时间内固化成型，经打压试验后确认满足密封要求。对于承插口，防腐十分关键，这里可能是腐蚀的重点区域。因此，在焊接完承插口后，用重腐蚀涂料，如无溶剂环氧等对承插口进行防腐保护，尤其是对焊缝处，应加强防腐处理。在承插口安装到位后，检查承插口的防腐情况，如果满足要求，则在承插口外进行混凝土包覆，包覆混凝土时需要采用外包带。
【权利要求】
1.一种带有牺牲阳极的大口径给、排水管，其特征在于:所述大口径给、排水管设置有内层钢筒(I)、外层混凝土层(2)、增强结构(3)、外层钢筒(4)、混凝土填充结构(5)和牺牲阳极(6);所述增强结构(3)缠绕并焊接固定在内层钢筒(I)外侧；外层钢筒(4)套在增强结构(3)外侧并与增强结构(3)焊接固定连接；所述混凝土填充结构(5)位于在内层钢筒(I)、增强结构(3)和外层钢筒(4)之间的空隙中；所述外层混凝土层(2)位于外层钢筒(4)外侧，所述牺牲阳极(6)位于外层混凝土(2)内，所述牺牲阳极(6)的外表面与外层混凝土层(2)的外表面处于同一曲面。
2.按照权利要求1所述带有牺牲阳极的大口径给、排水管，其特征在于:所述内层钢筒(I)的内侧设置有内层混凝土层(7)。
3.按照权利要求2所述带有牺牲阳极的大口径给、排水管，其特征在于:所述牺牲阳极(6)通过钢支腿⑶与外层钢筒⑷相连接。
4.按照权利要求3所述带有牺牲阳极的大口径给、排水管，其特征在于:所述牺牲阳极(6)与外层混凝土层(2)的接触面设有绝缘涂层(9)
5.按照权利要求4所述带有牺牲阳极的大口径给、排水管，其特征在于:所述增强结构(3)具体为波浪形、U形、V形的钢带。
6.按照权利要求5所述带有牺牲阳极的大口径给、排水管，其特征在于:所述增强结构(3)与内层钢筒(I)径向夹角5°?90°。
7.按照权利要求6所述的带有牺牲阳极的大口径给、排水管，其特征在于:所述内层钢筒⑴和外层钢筒⑷上设有开孔结构(13)。
8.按照权利要求7所述带有牺牲阳极的大口径给、排水管，其特征在于:所述内层钢筒(I)和外层钢筒(4)外表面为不光滑表面。
【文档编号】F16L9/153GK204004848SQ201420314023
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2014年6月13日 优先权日:2014年6月13日
【发明者】魏英华, 李京, 吕晨曦, 刘阳, 赵国强, 史杰智, 李晓东, 陆卫中, 高英 申请人:中国科学院金属研究所