鋼帶增強(qiáng)聚乙烯PE螺旋波紋管薄弱環(huán)節(jié)試驗(yàn)

孫金海

【摘 要】鋼帶增強(qiáng)聚乙烯螺旋波紋管（即“鋼帶增強(qiáng)PE管”）具有不對(duì)稱(chēng)性的螺旋纏繞波紋結(jié)構(gòu)，為了規(guī)避鋪設(shè)安裝之后可能出現(xiàn)的坍塌、斷裂現(xiàn)象，有必要對(duì)薄弱環(huán)節(jié)展開(kāi)試驗(yàn)，對(duì)該類(lèi)管的病害特征及形成機(jī)理進(jìn)行總結(jié)。鋼帶增強(qiáng)PE管的薄弱特征方面主要表現(xiàn)在存在頂破、接口斷裂、環(huán)向裂縫、鼓包等。論文結(jié)合具體案例的安裝進(jìn)行研究，并闡明試驗(yàn)過(guò)程和結(jié)果。

【Abstract】Steel belt reinforced polyethylene spiral bellows （"Steel reinforced PE pipe"） has the asymmetric spiral corrugated structure. In order to avoid possible collapse and fracture after laying and installation， it is necessary to carry out tests for the weak links， and summarize the disease characteristics and formation mechanism of this kind of pipes. The weak characteristics of the steel belt reinforced PE pipe are mainly manifested in the existence of roof fracture， interface fracture， ring to crack， swell and so on. This paper studies the installation of specific cases， and clarifies the test process and results.

【關(guān)鍵詞】鋼帶增強(qiáng)PE管；薄弱環(huán)節(jié)；病害特征；影響因素

【Keywords】steel reinforced PE pipe；weak links；disease characteristics； influencing factors

【中圖分類(lèi)號(hào)】TG4 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A 【文章編號(hào)】1673-1069（2018）01-0165-02

1 引言

鋼帶增強(qiáng)PE管是一種具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的新型鋼塑復(fù)合型管材，施工使用中最大直徑可達(dá)3m。從整體發(fā)展上看，實(shí)踐應(yīng)用遠(yuǎn)超過(guò)理論研究，目前城市管道的給排水系統(tǒng)中，已經(jīng)有很多應(yīng)用實(shí)例。針對(duì)這一現(xiàn)象，目前以及下一階段最主要的工作是進(jìn)行科學(xué)論證，以更好地指導(dǎo)這一管道材料的科學(xué)應(yīng)用。

2 鋼帶增強(qiáng)聚乙烯（PE）螺旋波紋管構(gòu)成及病害特征

從管材構(gòu)成角度來(lái)看，鋼帶增強(qiáng)PE管包括三個(gè)層次，分別是內(nèi)層、外層以及鋼帶支撐結(jié)構(gòu)。其中，內(nèi)層由連續(xù)性實(shí)壁PE管組成，外層是聚乙烯PE保護(hù)材料，鋼帶支撐結(jié)構(gòu)位于中間，內(nèi)層管的外部表面通過(guò)黏結(jié)樹(shù)脂材料確保整體性，具體結(jié)構(gòu)如下圖1所示。

從病害特征上分析，結(jié)合筆者收集文獻(xiàn)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，主要包括了管道環(huán)向開(kāi)裂、內(nèi)壁鼓包、頂破、接口開(kāi)裂四種類(lèi)型。其中，環(huán)向開(kāi)裂的主要位置在于熱熔接縫處，裂縫規(guī)律保持一致；內(nèi)壁鼓包的現(xiàn)象與內(nèi)層開(kāi)裂、鋼帶脫離有密切關(guān)系；頂破的現(xiàn)象較少，究其原因，主要是回填材料粒徑太大，以及施工過(guò)程中導(dǎo)致的人為破壞；接口開(kāi)裂的現(xiàn)象也比較少，施工質(zhì)量不佳是主因。

3 鋼帶增強(qiáng)聚乙烯（PE）螺旋波紋管的影響因素案例

鋼帶增強(qiáng)PE管道系統(tǒng)采用熱熔焊接、熱收縮管（帶）、電熱熔帶等方式連接，適應(yīng)各種不同工程、工礦需要，較好地滿(mǎn)足了密封可靠和連接方便的要求。管道應(yīng)用前景廣闊，是目前替代大口徑傳統(tǒng)排水管的首選產(chǎn)品。以下結(jié)合案例展開(kāi)管道影響因素分析，我公司參與的某軌道客車(chē)排水項(xiàng)目工程中，長(zhǎng)度共計(jì)10公里，全部采用鋼帶增強(qiáng)PE管材料（DN700-2000），全部環(huán)節(jié)包括管道準(zhǔn)備、現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)、工具制作、管道安裝四個(gè)部分。

3.1 管道準(zhǔn)備

鋼帶增強(qiáng)PE管的準(zhǔn)備工作主要由裝卸、運(yùn)輸兩個(gè)部分完成。第一，由于管道體積與重量較大，在裝卸的過(guò)程中必須輕抬輕放，避免管道來(lái)回滾動(dòng)和相互碰撞。直徑過(guò)大的管道需要吊裝，要采用軟質(zhì)材料的吊帶，周邊纏繞防護(hù)部分，避免管道內(nèi)壁被破壞，吊裝時(shí)必須有兩個(gè)支撐點(diǎn)，避免“穿心吊”的方式。第二，管道運(yùn)輸?shù)倪^(guò)程中容易碰撞、混亂，可“分批運(yùn)輸、分層排放”，使用纜繩捆扎成整體結(jié)構(gòu)，統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)分布，并且在運(yùn)輸?shù)倪^(guò)程中要確保管道材料的清潔，否則會(huì)影響施工進(jìn)度。

3.2 現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)

現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)的主要目的是PE管使用前的最后一次質(zhì)量確認(rèn)，相關(guān)的要求如下：第一，對(duì)于埋地PE管而言，在外壓力作用下豎向直徑的變形率必須小于管道直徑，變形幅度不超過(guò)25%。第二，槽溝的回填土至少露出85%管道高度，管頂以上半米的范圍內(nèi)，必須進(jìn)行人工挖掘以確保安全。第三，現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)中如發(fā)現(xiàn)管道出現(xiàn)問(wèn)題（如裂縫、破損），更換為主，補(bǔ)修為輔。第四，管道的變形量可采用圓形心軸或閉路電視等方法進(jìn)行檢測(cè)，測(cè)量偏差不得大于1mm。

3.3 安裝準(zhǔn)備

安裝準(zhǔn)備部分主要包括兩個(gè)方面。一方面，土弧制作。結(jié)合基礎(chǔ)層以上和管道水平直徑以下的圓弧形空隙部位特征，根據(jù)設(shè)計(jì)要求進(jìn)行土弧制作，用來(lái)支承角范圍內(nèi)用砂礫土材料回填密實(shí)[1]。另一方面，管道定位。管道敷設(shè)完成之后需要在溝槽定位，避免回填土造成的位移過(guò)大?；诿荛]性檢驗(yàn)的需要，除了接頭部分保留在外，管頂、兩側(cè)進(jìn)行回填，高度應(yīng)大于等于半米。

3.4 管道安裝

顯而易見(jiàn)，在該工程項(xiàng)目中，鋼帶增強(qiáng)PE管道不是一個(gè)整體，管道安裝的一個(gè)重要內(nèi)容在于利用電熱熔帶進(jìn)行連接。電熱熔帶連接的基本方法是對(duì)向前的聚乙烯表面加熱，使鋼帶增強(qiáng)聚乙烯螺旋波紋管的波谷間、聚乙烯帶間熔融成為整體，屬剛性連接。從安全角度出發(fā)，進(jìn)行電熱熔帶連接時(shí)不能帶水操作，電熱熔帶的長(zhǎng)度必須大于管道波谷周長(zhǎng)的1.25倍，具體的安裝流程如下：第一，對(duì)U型鋼骨架口處理并保證平直，可采用往復(fù)鋸處理。第二，清理U型鋼骨架口，如灰塵、泥沙、雜質(zhì)等。第三，使用熱風(fēng)槍預(yù)熱U型鋼骨架，基礎(chǔ)PE焊絲確保U型鋼骨架封堵密實(shí)性。第四，對(duì)焊接端口和U型口進(jìn)行校對(duì)，確保整齊、平直，端口之間可預(yù)留3～5mm的空隙。第五，接口安裝完成之后，進(jìn)行內(nèi)部支撐校對(duì)，使用熱風(fēng)槍預(yù)熱焊接的縫隙，促使熱收縮帶到橫接口處。

焊接工作基本完成，隨后進(jìn)行閉水試驗(yàn)，管道充滿(mǎn)水浸泡的時(shí)間不低于24小時(shí)。

4 鋼帶增強(qiáng)聚乙烯（PE）螺旋波紋管薄弱環(huán)節(jié)的試驗(yàn)

任何一種材料的管材形式下，其受力、變形、荷載、邊界條件、結(jié)構(gòu)特征、介質(zhì)特點(diǎn)等都存在密切關(guān)聯(lián)。

4.1 薄弱環(huán)節(jié)試驗(yàn)

本文中采用兩種實(shí)驗(yàn)方式，其一是拉伸試驗(yàn)，其二是剪切試驗(yàn)。

第一，拉伸試驗(yàn)的試樣制作，可采用施工剩余的管道部分，管道內(nèi)壁最薄弱的環(huán)節(jié)在塑料的熱熔接縫，試驗(yàn)制作3組有熱熔接縫的試樣來(lái)測(cè)試其抗拉強(qiáng)度，每一組分別代表不同的熱熔接縫，以A、B、C三個(gè)組進(jìn)行命名，另外再加上一組平行于鋼帶以及一組垂直于鋼帶方向的無(wú)熱熔接縫的試樣作為對(duì)比，結(jié)果如下圖2所示。第二，剪切試驗(yàn)。同樣取用施工后剩余管材，自行去掉管道上的鋼帶部分，將試樣制作成5mm直徑規(guī)格的圓形板，厚度在10～12.5mm，中心圓孔在11mm左右，數(shù)量為6個(gè)。設(shè)備使用MTS生產(chǎn)的E43電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)，結(jié)合數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，計(jì)算結(jié)果如下表1所示。

4.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

第一，鋼帶增強(qiáng)PE管具有很好的縱向拉伸性，螺旋鋼帶設(shè)計(jì)提升了延伸性，但同時(shí)內(nèi)層纏繞以及焊接的部分容易發(fā)生斷裂。第二，鋼帶增強(qiáng)PE管環(huán)向承載能力較好，環(huán)剛度較高，但環(huán)柔性要求過(guò)大時(shí)，仍然會(huì)導(dǎo)致塑性變形。第三，鋼帶增強(qiáng)PE管的縱向彎曲變形能力較優(yōu)秀，但不及普通的塑料管材，在使用中需要加入一定的剛性參考。第四，鋼帶增強(qiáng)PE管具有很好的抗剪切變形能力，但局部受力的情況下，容易超出范圍，薄弱環(huán)節(jié)十分明顯。

5 結(jié)語(yǔ)

整體上，鋼帶增強(qiáng)聚乙烯（PE）螺旋波紋管在現(xiàn)代化建設(shè)中發(fā)揮了巨大的作用，但同時(shí)，這一類(lèi)型管也存在明顯缺陷，基于此，在材料性能創(chuàng)新滯后的前提下，加強(qiáng)薄弱環(huán)節(jié)的防止措施至關(guān)重要。

【參考文獻(xiàn)】

【1】顏春，凌天清，歐冬.鋼帶增強(qiáng)聚乙烯螺旋波紋管薄弱環(huán)節(jié)試驗(yàn)[J].中國(guó)公路學(xué)報(bào)，2016，29（11）：33-41.endprint