RPC壓力管道內(nèi)壓承載能力實(shí)驗(yàn)研究

楊昊　張多新　劉春雨

摘 要：開展了內(nèi)壓情況下的RPC壓力管道承載能力實(shí)驗(yàn)，從實(shí)驗(yàn)的角度，分析和證明了將活性粉末混凝土應(yīng)用到壓力管道領(lǐng)域的可行性與先進(jìn)性。

關(guān)鍵詞：活性粉末混凝土；壓力管道；承載能力

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.20.015

1 研究意義與背景

活性粉末混凝土（Reactive Powder Concrete： RPC）作為一種新型超高性能混凝土，以其高強(qiáng)度、高韌性、高耐久性等優(yōu)點(diǎn)，受到了國內(nèi)外研究人員的廣泛青睞。他們普遍認(rèn)為RPC在管線方面具有極大的應(yīng)用前景。本文從實(shí)驗(yàn)角度對(duì)RPC應(yīng)用到壓力管道領(lǐng)域進(jìn)行了初步研究。

2 RPC壓力管道的試制

2.1 原材料

本實(shí)驗(yàn)主要材料有水泥、鋼纖維、石英砂、高效減水劑、復(fù)合摻料和水。

2.2 攪拌

采用以下步驟：先將鋼纖維和石英砂放入攪拌機(jī)內(nèi)攪拌4min，然后加入水泥和摻合料攪拌2min，最后加入水和高效減水劑攪拌9min。

2.3 蒸汽養(yǎng)護(hù)

試件振搗成型后，在溫度≥20℃相對(duì)濕度≥60%的條件下覆膜靜放6h。之后進(jìn)行升溫，升溫速度≤12℃/h，升溫到90℃，恒溫養(yǎng)護(hù)48h。然后降至與室外溫差小于20℃，降溫速度≤15℃/h。最后進(jìn)行灑水自然養(yǎng)護(hù)。

本實(shí)驗(yàn)制備了內(nèi)徑500mm，外徑590mm，長500mm的RPC壓力管道3個(gè)，編號(hào)為1、2、3號(hào)。

3 RPC壓力管道內(nèi)壓承載能力實(shí)驗(yàn)

測得本批RPC抗壓強(qiáng)度為149.7MPa，抗折強(qiáng)度為19.2MPa，彈性模量為50.8GPa。

3.1 加載測量設(shè)備

使用多向千斤頂進(jìn)行內(nèi)壓加載。該多向千斤頂由四個(gè)處于同一平面的千斤頂組成，各千斤頂之間夾角為90°，各千斤頂連接一個(gè)有足夠剛度的圓弧形鋼板，鋼板外側(cè)附一層厚度2cm邵氏硬度為45～60的橡膠板。

3.2 測點(diǎn)布置

徑向位移測點(diǎn)：布置在管道中斷面的外壁，等距布置在四處，記為h1～h4。

環(huán)向應(yīng)變測點(diǎn)：布置在管道縱向三分點(diǎn)處的兩個(gè)橫截面外壁上，每個(gè)截面等距布置四處，記為b1～b8。

3.3 破壞標(biāo)準(zhǔn)

記錄兩種管道承載能力特征荷載：裂縫寬度達(dá)到0.2mm時(shí)的正常使用極限荷載和管道承載能力極限荷載。

3.4 實(shí)驗(yàn)步驟

（1）管道固定。管道垂直放置在銅板上。（2）安裝千斤頂。將千斤頂垂直放在管道內(nèi)部，墊起千斤頂使得千斤頂四個(gè)方向的鋼板懸空。（3）連接測量設(shè)備。（4）啟動(dòng)千斤頂，使橡膠板剛好接觸RPC壓力管道的內(nèi)表面。（5）系統(tǒng)調(diào)零。通過靜態(tài)應(yīng)變儀控制軟件，使系統(tǒng)歸零處于平衡狀態(tài)。調(diào)節(jié)壓力試驗(yàn)機(jī)上的壓力表，使指針回零。（6）分級(jí)加載，每級(jí)0.05N/mm2，穩(wěn)壓10min。用靜態(tài)應(yīng)變測試系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集。（7）發(fā)生承載能力極限破壞時(shí)，試驗(yàn)結(jié)束。

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

4.1 徑向位移

管道荷載-徑向位移關(guān)系如圖1所示。由圖可知，線性階段時(shí)，徑向位移可以忽略，在開裂荷載附近徑向位移開始顯著增加。RPC壓力管道破壞時(shí)的徑向位移約為1.4mm。類似規(guī)格的普通鋼筋混凝土管，碳纖維、玻璃纖維加固鋼筋混凝土管，破壞時(shí)徑向位移為分別為0.6mm和0.8～2mm。由此可知， RPC壓力管道最大徑向位移與碳纖維、玻璃纖維加固鋼筋混凝土管處于同一水平。

4.2 應(yīng)力應(yīng)變

本實(shí)驗(yàn)設(shè)置的環(huán)向應(yīng)變測點(diǎn)實(shí)質(zhì)為平行觀測，去掉偏差較大的觀測值，取剩余各觀測值的平均值為代表值。RPC壓力管道荷載-應(yīng)變關(guān)系曲線如圖2所示。

由圖可知，RPC壓力管道隨著荷載的增加應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系在開裂荷載之后有明顯的“軟化”階段，屬于塑性破壞。

4.3 RPC壓力管道承載能力

測得RPC壓力管道開裂荷載約為0.93MPa，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于碳纖維、玻璃纖維加固鋼筋混凝土管的正常使用極限荷載（約為0.561MPa），其正常使用極限荷載更是達(dá)到了1.08MPa，由此可知RPC壓力管道的承載能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于碳纖維和玻璃纖維加固的鋼筋混凝土管。

5 RPC壓力管道的優(yōu)越性

經(jīng)過理論分析和實(shí)驗(yàn)結(jié)果總結(jié)得出RPC壓力管道具有如下優(yōu)勢(shì)：

（1）抗?jié)B性能、抗腐蝕性能好。（2）承載能力強(qiáng)。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，RPC壓力管道的承載能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于碳纖維或玻璃纖維加固的鋼筋混凝土管道。（3）經(jīng)濟(jì)性。RPC的抗壓強(qiáng)度可以與鋼材相媲美， 但其均價(jià)僅約為鋼材的0.25倍，且RPC200制備較簡單。（4）良好的環(huán)保性能。相同承載力情況下，RPC的水泥用量約是普通混凝土與高性能混凝土的1/2。RPC可以大大節(jié)省原材料，達(dá)到環(huán)保的效果。（5）抗震性能良好。從本實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知RPC壓力管道具有良好的塑性性能，對(duì)沖擊能量吸收能力強(qiáng)。

6 結(jié)束語

RPC壓力管道為壓力管道的進(jìn)一步發(fā)展提供了新的思路，具有極大的競爭力和應(yīng)用前景。本文從實(shí)驗(yàn)的角度分析和證明了RPC壓力管道的可行性與先進(jìn)性，為以后的進(jìn)一步研究提供了理論和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。endprint