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

（華創(chuàng)天元實(shí)業(yè)發(fā)展有限責(zé)任公司,河北 廊坊 065001）

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黏結(jié)樹脂材料確保整體性，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)向開裂、內(nèi)壁鼓包、頂破、接口開裂四種類型。其中，環(huán)向開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，以及施工過程中導(dǎo)致的人為破壞；接口開裂的現(xiàn)象也比較少，施工質(zhì)量不佳是主因。

圖1 鋼帶增強(qiáng)PE管結(jié)構(gòu)圖

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)合案例展開管道影響因素分析，我公司參與的某軌道客車排水項(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^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^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大。基于密閉性檢驗(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，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。

圖2 拉伸試驗(yàn)結(jié)果圖

表1 剪切試驗(yàn)結(jié)果

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。