附图3。与P-W曲线特征相同，f-S曲线包含弹性阶段、硬化阶段和开裂阶段等 立个阶段。附图9中（Sf，ff)和(5。，片)为弹性阶段、硬化阶段和开裂阶段间的两个交界点。在 本实施例2中，各符号的具体数值为：Sf= 0.06;SG= 0.37;ff= 0.30;fc= 0.72。即：两交界点 对应的归一化荷载分别为0.30和0.72，两交界点对应的归一化位移分别为0.06和0.37。
[0066] 测试中可见，进入硬化阶段后，在管顶5内壁、管腰6外壁、管底7内壁等拉应力区可 见多条细密裂纹，裂纹数目不断增多，裂纹宽度比较稳定，裂纹宽度为0.04~0.2mm。随着荷 载继续增大，进入开裂阶段，管道表面裂纹宽度明显增加，外压荷载增加缓慢。
[0067] 当改变管的内径和壁厚，如制成内径为1000 mm，该管道的壁厚60mm，管长2.5m，经 过测试可见类似的规律。该管道的承口、插口还可W按照《混凝±和钢筋混凝±排水管GB/ Tl1836-2009》中柔性接头C型承插口管接头制造。如壁厚允许，高性能水泥基复合材料管可 W按照《混凝±和钢筋混凝±排水管GB/T11836-2009》柔性接头A型承插口管接头制造。
[006引实施例3:
[0069] 按实施例2制得内径为375mm，壁厚为25mm，管长2.5m的高性能水泥基复合材料管。
[0070] 仍采用《混凝±和钢筋混凝±排水管试验方法GB/T16752-2006》中的S点试验法 装置，加载顺序为:先采用载荷控制方式，加载速率为每分钟5.0kN/m(管单位长度所施加的 荷载），每次从OkN/m加载到某一峰值后再卸载到OkN/m。峰值分别为3.13kN/m、6.2化N/m、 9.38kN/m、12.5kN/m、15.63kN/m、18.75kN/m、21.88kN/m、25.OkN/m。然后，改用位移控制方 式进行加载，加载速率为0.6mm/min，加载至31.2化N/m后卸载。最后，位移控制方式进行加 载，加载速率为〇.6mm/min，加载至管破坏后卸载。测得的管顶外压荷载与附图2中A点处铅 垂方向的位移关系曲线，如附图10所示。从附图10可见，当荷载峰值分别为3.13kN/m、 6.2化N/m、9.38kN/m、12.5kN/m时，加载和卸载曲线基本重合，无不可恢复变形，管处于弹性 阶段。随后，荷载峰值增加时，卸载后出现不可恢复变形，而且随着荷载峰值增加卸载后不 可恢复变形也增加。为分析不同荷载峰值时环刚度的变化，需要选取荷载和管顶位移呈线 性关系的阶段进行计算。由附图10可见，当荷载峰值超过12.5kN/m时，卸载曲线的线性好， 故选取卸载曲线来计算环刚度。而在当荷载峰值小于或等于12.5kN/m时，选取加载曲线和 卸载曲线均可。环刚度计算参考GB/T9647-2003选取，公式如下：
[0071] SNi= (0.0186+0.0化Ai/d)Pi/Ai (4)
[0072] 式中：SNi为第i次加载时环刚度，单位为N/m/m。此实施例中i=9(最后加载到破坏 荷载时未计算环刚度）Dd为管的内径。Pi为第i次加载时的峰值荷载，单位为N/m。A1为卸载 时可恢复的管顶铅垂方向位移，单位为HIdPi和Al的取值方法见附图10所示标注。表3为该管 在不同外压荷载下的环刚度变化情况。表帥，依据实施例帥得出的ff= 0.3，fc= 0.72确定 弹性阶段和硬化阶段。可见，在弹性阶段，环刚度变化很小，取该阶段的环刚度平均值作为 弹性阶段环刚度;进入硬化阶段，随着外压荷载增加，环刚度减小，硬化阶段环刚度为弹性 阶段环刚度的40%~80%，在42.7%~79.0%范围内较佳。
[0073] 实施例4:
[0074] 除不渗聚乙締醇纤维外，其它材料配比和配制工艺同实施例1，制得钢筋素砂浆 管，管内径为375mm，壁厚为25mm，管长2.5m。测试方法同实施例2。得出管承受的最大外压荷 载Pmax= 11.化N/m，达到Pmax时A点处铅垂方向的位移Wu=4.05mm。可见，钢筋素砂浆管的承 载能力远低于高性能水泥基复合材料管。钢筋素砂浆管弹性阶段所对应的外压荷载小于 4.OkN/m，超过此范围后在管顶5内壁、管腰6外壁、管底7内壁等拉应力区只能见到单条裂 纹，无多条细裂纹现象出现，裂纹宽度超过0.2mm。管顶外压荷载与管顶位移关系曲线不光 滑，多处出现荷载突然下降现象，运主要与裂纹扩展和钢筋屈服有关。类似实施例3,对钢筋 素砂浆管进行重复加载、卸载测试。表4为为钢筋素砂浆管在不同外压荷载下的环刚度变化 情况。在弹性阶段，环刚度变化很小，取前=组数据的平均值作为弹性阶段环刚度。随着外 压荷载增加，环刚度减小，环刚度为弹性阶段环刚度的71.3~81.3%，变化幅度低于高性能 水泥基复合材料管。
[0075] 实施例5:高性能水泥基复合材料管制备时，聚乙締醇纤维增强水泥砂浆的原材料 质量配合比按表5进行，原材料和制备方法同实施例1，制得聚乙締醇纤维增强水泥砂浆的 弹性模量值为10~25GPa，抗压强度为25~60MPa，拉伸强度为3~8M化，极限拉伸应变为 0.02~0.06。制成的高性能水泥基复合材料管达到与实施例2、实施例3相同的效果。
[0076] 表1高性能水泥基复合材料管壁厚
[0077]
[0078]表2偏高岭±的主要化学成分(质量比）
[0080]表3高性能水泥基复合材料在不同外压荷载下环刚度变化
[0082]表4钢筋素砂浆管在不同外压荷载下环刚度变化
[0084]表5聚乙締醇纤维增强水泥砂浆的原材料质量配合比
【主权项】
1. 一种高性能水泥基复合材料管，其特征在于:该管采用聚乙烯醇纤维增强水泥砂浆 (2)、钢筋骨架(3)制成;该管的一端为承口（1)，另一端为插口（4)，承口（1)和插口（4)相互 配合形成管线。2. 根据权利要求1所述的高性能水泥基复合材料管，其特征在于所述的聚乙烯醇纤维 增强水泥砂浆，是以水泥、粉煤灰、偏高岭土和粒径小于或等于〇.60mm的砂为基体材料，掺 入水、聚乙烯醇纤维、聚羧酸减水剂和粘度调节剂拌制而成;所述原料的质量配比为，水泥： 粉煤灰：偏高岭土:砂：水：聚乙烯醇纤维；聚羧酸减水剂：粘度调节剂= 1:1.2~2.4:0~ 0·11:1~1·52:0·68~1·04:0·050~0·076:0·009~0·013:0·00056~0·00085。3. 根据权利要求2所述的高性能水泥基复合材料管，其特征在于所述的聚乙烯醇纤维 增强水泥砂浆，其弹性模量值为10~25GPa，抗压强度为25~60MPa，拉伸强度为3~8MPa，极 限拉伸应变为0.02~0.06。4. 根据权利要求1所述的高性能水泥基复合材料管，其特征在于:该管采用三点试验法 施加准静载时，随外压荷载增加其外压荷载-管顶位移关系曲线包含弹性阶段、硬化阶段和 开裂阶段，在弹性阶段卸载时，变形能完全恢复;在硬化阶段和开裂阶段卸载时，变形部分 恢复。5. 根据权利要求4所述的高性能水泥基复合材料管，其特征在于：该管在硬化阶段时， 在管腰处外壁、管顶内壁、管底内壁等拉应力区可见多条细密裂纹，裂纹数目不断增多，裂 纹宽度为〇. 04~0.2mm。6. 根据权利要求4所述的高性能水泥基复合材料管，其特征在于:该管在硬化阶段的环 刚度下降，硬化阶段的环刚度为弹性阶段环刚度的40%~80%。7. 根据权利要求4所述的高性能水泥基复合材料管，其特征在于:所述的高性能水泥基 复合材料管，将外压荷载、管顶位移分别用破坏荷载、破坏时管顶铅垂方向位移归一化后， 弹性阶段、硬化阶段和开裂阶段三者间包括两个交界点，两交界点对应的归一化荷载分别 为0.25~0.35和0.60~0.75,两交界点对应的归一化位移分别为0.05~0.01和0.30~ 0.40〇8. 根据权利要求1至7中任一所述的高性能水泥基复合材料管，其特征是在制造相同内 径、相同承载能力的水泥混凝土管技术要求下，该管壁厚为普通钢筋混凝土管壁厚的30% ~88%〇9. 根据权利要求1至7中任一所述的高性能水泥基复合材料管，其特征在于:该管在埋 地后，其正常工作区间包括弹性阶段和硬化阶段。
【专利摘要】本发明是一种高性能水泥基复合材料管，其采用聚乙烯醇纤维增强水泥砂浆(2)、钢筋骨架(3)制成；该管的一端为承口(1)，另一端为插口(4)，承口(1)和插口(4)相互配合形成管线。所发明的管材质量轻，在制造相同内径、相同承载能力的水泥混凝土管技术要求下，该管壁厚为普通钢筋混凝土管壁厚的30％～88％。该管具有良好的承载能力、抗裂性能，提升了管道的抗渗性和耐久性，为给排水工程提供了新型优质管材。
【IPC分类】C04B28/00, E03F3/04
【公开号】CN105442692
【申请号】CN201510903478
【发明人】孙明清, 宋鹏飞, 李俊, 宋建华, 崔友国, 宋建国, 严兆顺, 尹建妙, 张小玉, 李卓球, 王应军
【申请人】武汉理工大学, 恒润集团有限公司
【公开日】2016年3月30日
【申请日】2015年12月9日