玻璃钢夹砂管

夹砂
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铸件上有砂夹杂
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简介
玻璃纤维增强热固性树脂夹砂管（简称玻璃钢夹砂管或称FRPM 管）是20 世纪70 年代出现的一种新型柔性非金属复合材料管道，具有重量轻、耐腐蚀、内壁摩阻力小、寿命长等特点。玻璃钢夹砂管在国外开发应用已有几十年的历史，主要用于石油、化工、电力、农业灌溉及市政给、排水等工程；我国玻璃钢夹砂管的应用起步较晚，1988 年才开始研制和生产，已有几十条生产线，其应用与推广属于国家重点扶持的八项建材产业项目之一。与传统管材相比，玻璃钢夹砂管具有许多传统管材无可比拟的优点，尤其在工程可靠性方面，据实验室的模拟试验和实际工程实例表明：玻璃钢夹砂管寿命可长达50 年以上，并且在其长期运行过程中不会出现管体渗水及接头漏水现象，是替代传统的钢管、铸铁管及混凝土管的首选管材之一，是本世纪最具发展潜力的管材。
玻璃钢夹砂管以玻璃纤维及其制品、不饱和聚酯树脂、石英砂为主要原料，主要有纤维缠绕玻璃钢夹砂管和离心成型玻璃钢夹砂管，在实际工程中大都采用定长法生产的往复式交叉缠绕夹砂管。
虽然玻璃钢夹砂管具有诸多优点，在国外许多领域得到了成功应用，但在国内人们对其尚缺乏公允的认识，我国给排水行业发展迅速，每年新增供水管道约10000 km，新增排水管道约6000 km，但绝大部分仍选用传统管材 
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夹砂管的结构及性能
玻璃钢夹砂管是由基体树脂、增强材料、辅助材料等组成的复合管材，其中，基体树脂包括内衬树脂和结构层缠绕树脂，内衬树脂选择食品级间苯型不饱和聚酯树脂，结构树脂选用邻苯型不饱和聚酯树脂；增强材料包括无碱玻璃纤维表面毡、无碱针织毡、无碱缠绕纱、无碱玻璃纤维增强布以及石英砂等；辅助材料包括聚醋薄膜、兜砂布、网格布、固化剂和促进剂等。严格地选材是控制产品质量的第一道防线。
通常，玻璃钢夹砂管由内衬层、结构层和表面层构成。内衬层为防腐防渗层，由内表面层和次内层两部分组成，树脂含量很高，为90%左右。结构层由连续纤维缠绕层和树脂砂浆层组成，以邻苯型或间苯型不饱和聚酯树脂为粘结基体，玻璃纤维的重量约占65%～70%，树脂的重量约占30%~35%，起承受荷载、抵抗变形的作用：表面层由抗老化添加剂和树脂配制而成，能防止大气老化等。其结构可根据实际工况需要设计铺层，来满足不同性能的要求。
与传统管材相比，玻璃钢夹砂管具有以下优点：
（1）耐腐蚀：由于玻璃钢夹砂管道内外层均由热固性树脂固化而成，所以能耐酸、碱、盐、海水、未经处理的污水、腐蚀性土壤以及多种化学流体的腐蚀，抗电化学腐蚀，无需对内外层作防腐处理、无需阴极保护、使用寿命长、维护费用低。一般情况下，塑料管使用年限为3 年，铸铁管使用年限为5～10 年，钢管使用年限只有15 年，而玻璃钢夹砂管道的使用寿命可达50 年。
（2）重量轻、强度高：管壁结构致密、坚实、可覆土深埋。玻璃钢夹砂管道的密度为1.65～2.2 g/cm，密度只有钢的1/4，管的环向拉伸强度为180～300MPa， 轴向拉伸强度为60～150MPa，最大可达230 MPa，近似合金钢，而其比强度(强度/ 密度)是合金钢的2～3倍。因此，可按用户的不同要求，设计成满足各类承受内、外压力要求的管道。外压作用下的管壁中心附近区域的正压力很小，由树脂砂浆层承担，而高应力区则由位于管壁的纯纤维缠绕区承担。充分体现了复合材料的结构可设计性和物尽其能的特点。接头少、易安装，设备简单。
（3）内壁光滑、糙率和摩阻力小：糙率系数为0.0084， 而混凝土管为0.014， 铸铁管为0.013，水头损耗小，泵送费用低；相同口径下，其输送能力大；相同流量下，其口径可减小1 个档次；污垢积淤极小。
（4）耐热性、抗冻性好：在-30 ℃状态下，仍具有良好的韧性和极高的强度，可在-50~80 ℃的范围内长期使用，采用特殊配方的树脂还可在110 ℃ 以上工作。
（5）适应性强：可根据用户的各种特定要求，诸如不同的流量、压力、不同的埋深和载荷情况，设计制造成不同压力等级和刚度等级的管道 
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玻璃钢夹砂管的应用现状
正是由于玻璃钢夹砂管有许多优越的性能，在世界许多国家得到了广泛的应用，主要包括：市政给排水、供热、灌溉、建筑、石油、化工、轻工、能源、交通、污水处理等领域，特别是在中东地区的大中型输水、排污、海水淡化和一些工业输送管道，几乎全部采用玻璃钢管。仅对玻璃钢夹砂管在排水、污水治理和非开挖更新管道技术中的应用现状进行总结。
在排水工业中的应用
长期以来，我国在排水工程中，室外排水管材多采用制作工艺简单，价格低廉的钢筋混凝土排水管。但这种管材存在水力条件较差、接头数量多、对基础要求高、易损坏，管道维护困难等许多弊端。建设部218 号公告中明确规定2005 年元月1 日起，管径≤500 mm 的钢筋混凝土管不得用于城镇市政污水、雨水管道。玻璃钢夹砂管以耐腐蚀性强、轻质高强、输送流量大、安装方便、工期短、综合投资低等优点成为主要替代管材之一。这种管材用于排水工程有着钢筋混凝土管无可比拟的优越性。
经计算：当管径相同，管道坡度相同，且管道按满流状态考虑时，夹砂玻璃钢管的流量是钢筋混凝土管输送水量的1.625 倍，输送相同的流量，玻璃钢夹砂管采用的管道内径约为钢筋混凝土管管径的80%。
在污水处理领域的应用
应用于污水收集、输送的管材主要有混凝土管、钢筋混凝土管、钢管和近年研制开发的玻璃钢夹砂管。其中玻璃钢夹砂管既经济又避免出现二次污染，在我国污水治理工业中获得了较成功的应用，并获得推广。该应用领域主要选择大口径管材DN2500 和DN2200，在南方沿海城市应用较多，如广州大沙地污水处理厂下管线埋设工程和沙河涌整治工程—沙河涌分洪道横穿黄埔大道段顶管工程[11]。玻璃钢夹砂管的使用提高了工程的施工进度，由于重量轻，减少了吊装机械对基槽的破坏，确保了深基槽的安全，明显改善管道的垂直变形和埋设精度，施工质量得到了进一步提高。同时有效克服了污水管道在淤泥层中的埋设难题，解决了管道抗浮和抗沉等问题。
但是，由于玻璃钢夹砂管材是一种新材料，生产工艺上还需进一步完善，故在顶进时要特别注意严格控制施工偏差，管轴线的最大偏差应在规范允许范围内。特别是大口径管道，因为偏差过大表示应力集中和管道转角容易超过允许值，有可能损伤接头处钢套管和破坏管道，这是在该类施工中需要注意的。
在非开挖更新管道技术中的应用
非开挖更新管道技术又称“管中管”非开挖修复技术，是随着中国城镇化发展，对原有老化管道的一种结构性修复技术。玻璃钢夹砂衬管以其优良的性能，便捷的施工方法和低廉的造价与维护费用，在管道非开挖在线修复管道领域占有一席之地，有着巨大的市场发展潜力。
玻璃钢夹砂衬管非开挖修复旧管道是将一条直径比旧管道略小的玻璃钢夹砂管道衬入旧管道，再把新旧管道进行固定，从而修复旧管道的方法。该种方法具有以下优点：
(1) 对旧管道要求低，可适应一定的转角，内壁清理要求低；
(2) 施工简单、快捷，可带少量水施工；
(3) 玻璃钢夹砂衬管的强度与刚度较高，可独立承受管顶载荷，不会因旧管道结构的破坏而坍塌；
(4) 玻璃钢夹砂衬管内壁光滑，流通能力强，较节能；
(5) 玻璃钢夹砂衬管耐腐蚀，寿命长，维护费用低廉；
(6) 玻璃钢夹砂衬管工程综合造价低。
水力坡度、流量、泵容一定的原有管道完全可用小直径的玻璃钢夹砂管道衬入，而不影响其功能，该工程获得了极佳的修复效果 
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发展前景与展望
玻璃钢夹砂管的开发与应用已经引起一场管道材料的重大革命，它不但具有结构的优点，而且还具有成本低、生产效率高，便于机械化成批生产的特点。加之它轻质高强、高刚度、耐腐蚀，便于运输安装，联接可靠，寿命长等突出优点，所以它将对传统的大口径输水、下水用水泥管、铸铁管、钢管是一次严峻的冲击，市场占有份额与日俱增。世界各国都在积极研制和推广玻璃钢夹砂管道。
尽管如此，玻璃钢夹砂管道的开发是一项复杂的技术项目，国内乃至国外的缠绕玻璃钢夹砂管的技术水平尚不尽理想，还有许多技术难题需要进一步深入研究、解决，使其不断完善。随着玻璃钢夹砂管的大量推广，国内夹砂管道生产企业的数量呈快速增长趋势，这样不可避免会产生较多的质量问题；同时，市场也会对玻璃钢夹砂管提出各种各样的要求，无论在技术上、质量上和造价上都要比老的管材更要严格一些，因此要求生产企业要不断地进行科研，提高质量，降低造价，从而满足市场日益增长的需求。企业要善于解决生产和市场要求的各种问题，以此带动科技进步，并培养人才，壮大自己的科技队伍，提高技术水平。
随着现代科技的发展，新型的材料工业飞速发展，玻璃钢夹砂管一定会具有广阔的市场和发展前景 
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