本发明属于管道制作的技术领域，涉及预应力混凝土管道，具体涉及frp增强预应力钢筒混凝土压力管道制作工艺。本发明制作工艺简单，制作的frp增强预应力钢筒混凝土压力管道各方面性能优异，具有高密封性、高强度、高抗渗、耐腐蚀等优点。
背景技术：
20世纪40年代，欧美竞相开始开发，其中美国是生产和使用预应力钢筒混凝土管最多的国家，迄今为止，美国已使用预应力钢筒混凝土管28000km，最大管径达7600mm，北美的大中城市供水项目约90％以上采用预应力钢筒混凝土管。美国两家最大的预应力钢筒混凝土管制造商普赖斯兄弟公司(pricebrothersco.)和阿麦隆公司(ameronco.)除在本土生产预应力钢筒混凝土管外，还在世界各地建立许多工厂。
我国于上世纪90年代初从美国引进了预应力钢筒混凝土管新型管材生产工艺技术。主要是以普赖斯兄弟公司的直缝焊制筒工艺和以阿麦隆公司的螺旋焊制筒工艺为代表的钢筒制作技术。国内在消化吸收这些先进技术基础上，陆续建成十几家生产预应力钢筒混凝土管管厂，产品已广泛应用于水利、市政和自来水供水主管线工程上。
但是目前pccp管道存在以下缺点：
1、外保护层采用喷浆立式制作，在喷浆过程，水泥砂浆中的大颗粒，容易将预应力钢丝打断或者破损，带来缺陷，而pccp主要靠预应力钢丝承载压力，给使用过程来来隐患。
2、在喷浆制作外保护层过程，很容易形成不密实处，对钢筋保护不严，形成空腔或者空鼓，运输安装中磕碰，空鼓损坏。
3、水泥混凝土的吸水率高，防渗性差，管道埋到地下，水进入水泥混凝土内部，长时间造成钢筋腐蚀。
4、承插口为钢制，工作面暴露在外面，容易腐蚀，造成泄露。
技术实现要素：
本发明为解决上述问题，提供了一种frp增强预应力钢筒混凝土压力管道制作工艺。本发明工艺操作简单、制备的frp增强预应力钢筒混凝土压力管道性能好，在整个管道系统运行中安全可靠。
本发明为实现其目的采用的技术方案是：
frp增强预应力钢筒混凝土压力管道制作工艺，在带有承插口的钢筒内壁浇筑水泥混凝土制备成管芯或将钢筒埋置在混凝土中间制成管芯，然后在管芯外壁上螺旋缠绕环向预应力钢丝，制成pccp管半成品，在pccp管半成品的外表面涂界面处理剂，然后采用兜纱布将聚合物混凝土缠绕在pccp管半成品的外壁上，形成聚合物混凝土层，在聚合物混凝土层外表面缠绕一层玻璃纤维，制作成玻璃纤维增强层，最后在玻璃纤维增强层外表面制作表面富树脂层，制作成frp增强预应力钢筒混凝土压力管道。
所述界面处理剂按重量百分比计，包括乙烯基树脂70-75％，柔性树脂3-5％，苯乙烯3-4％，消泡剂0.5-1％，硅烷偶联剂1-2％，气相二氧化硅1-3％，200目氢氧化铝4-6％，70-100目氢氧化铝6-8％，促进剂0.5-1％。
优选的，所述界面处理剂按重量百分比计，包括乙烯基树脂75％，柔性树脂5％，苯乙烯3.5％，消泡剂0.5％，硅烷偶联剂1％，气相二氧化硅2％，200目氢氧化铝5％，70-100目氢氧化铝7％，促进剂1％。
在界面处理剂的外表面喷撒一层6-12目数的石英砂颗粒，并控制石英砂颗粒1/3嵌入界面处理剂内，外露的2/3与聚合物混凝土固定。
所述聚合物混凝土包括质量比为84：16的骨料和辅料，所述骨料按重量百分比计，包括10-30目石英砂50-55％，30-70目石英砂20-25％，70-100目石英砂15-18％，200-300目石英砂8-12％，所述辅料按重量百分比计，包括不饱和树脂80-85％，苯乙烯4-6％，柔性树脂8-12％，消泡剂0.1-0.3％，硅烷偶联剂1-2％，促进剂0.5-0.8％。
优选的，所述骨料按重量百分比计，包括10-30目石英砂55％，30-70目石英砂20％，70-100目石英砂15％，200-300目石英砂10％，所述辅料按重量百分比计，包括不饱和树脂83.3％，苯乙烯5％，柔性树脂10％，消泡剂0.2％，硅烷偶联剂1％，促进剂0.5％。
所述表面富树脂层采用下述方式制作：
a、准备原料，按重量百分比计，包括乙烯基树脂85-90％，触变剂2-2.5％，丙二醇0.1-0.3％，紫外线吸收剂1-1.2％，消泡剂0.1-0.3％，250目石英砂3-5％，色浆2-4％，促进剂0.5-1％，固化剂1-1.5％，配置成富树脂剂；
b、在玻璃纤维增强层的外表面缠绕表面毡，在缠绕的同时喷射富树脂剂，至表面毡的富树脂剂含量达90-95％；
c、在表面毡的外表面再涂一层1.8-2.5mm厚的富树脂剂形成富树脂层；
d、在富树脂层表面缠绕一层聚酯薄膜，然后于40-50℃下固化30-60min，脱掉聚酯薄膜，即完成表面富树脂层制作。
步骤b中表面毡采用宽度为200mm的表面毡，缠绕时，毡与毡之间采用20-30mm的搭接处理；步骤d中聚酯薄膜采用0.2mm厚、200mm宽幅的聚酯薄膜，缠绕时，聚酯薄膜与聚酯薄膜之间采用20-30mm的搭接处理。
所述聚合物混凝土层的厚度为6-10mm。
所述承插口进行如下防腐处理：
a、按重量百分比计，准备下述原料制备成防腐涂料：乙烯基树脂85-88％，触变剂2-4％，消泡剂0.1-0.2％，偶联剂0.5-0.8％，250目石英砂5-10％，促进剂0.5-0.8％和固化剂1-1.5％；
b、将插口外壁和承口内壁进行打磨除锈，堵住插口两道密封圈的试压口，向插口外壁和承口内壁喷涂步骤a的防腐涂料，喷涂厚度为0.6-0.8mm；
c、在包裹插口内壁的水泥混凝土外表面涂抹阻水剂。
步骤b中采用多层喷涂法或辊涂法涂防腐涂料，每层涂0.2mm，固化后再向其表面涂一层，以此类推，至涂总厚度0.6-0.8mm。
步骤c中，阻水剂采用分子结构大小为1nm的硅烷。
在管芯的内壁上喷涂或辊涂一层环氧陶瓷。
本发明的有益效果是：
本发明产品为国内首创，产品由玻璃纤维增强层、预应力钢筋、钢筒、混凝土复合而成，充分发挥各种材料的技术特性和优点，具有以下优势：
(1)可设计性强。通过本发明的结构设计，可以满足不同压力等级、刚度等级、抗震等级等力学性能要求，通过本发明的选材可以满足不同介质、不同温度的使用要求。
(2)力学性能优良。通过本发明的结构设计，管材最高压力等级可达到3.0mpa。
(3)耐腐蚀性能优良。产品设计过程中充分发挥玻璃纤维增强层的耐腐蚀特性，可满足各种介质环境要求。
(4)水利性能优良、泵送费用低。通过本发明的工艺设计，管材内表面光滑平整，可达到镜面效果，水利流阻小，提高泵送效率，降低泵送成本。
(5)使用年限长。使用寿命可达到70年。
(6)产品价格低。与同规格预应力钢筒混凝土管、钢管相比，价格相对偏低。
(7)施工费用低：力学性能好，具有良好的抗沉降能力，相对其他管材，对基础要求不高，降低了施工成本。
(8)无需维护。能够抵抗各种环境条件，长期使用无需维护。
(9)抗震能力强：管材采用钢与玻璃纤维增强材料复合而成，具有较好的抗震能力。
具体实施方式
本产品可设计性强、防水性能好、耐化学腐蚀、使用寿命长、绝缘的特点，在传统pccp管道制作工艺的基础上，制作带承插口的钢筒，在钢筒内壁浇筑水泥混凝土，然后在钢筒外壁缠绕预应力钢丝，制作成pccp半成品。本发明主要的技术是使用聚合物混凝土砂浆，以及缠绕玻璃钢工艺取代水泥喷浆工艺，制作pccp管道外保护层。下面结合具体实施例对本发明进行进一步的说明。
实施例1
frp增强预应力钢筒混凝土压力管道制作工艺，在带有承插口的钢筒内壁浇筑水泥混凝土制备成管芯或将钢筒埋置在混凝土中间制成管芯，然后在管芯外壁上螺旋缠绕环向预应力钢丝，制成pccp管半成品，在pccp管半成品的外表面涂界面处理剂，然后采用兜纱布将聚合物混凝土缠绕在pccp管半成品的外壁上，形成聚合物混凝土层6-10mm，目的是将预应力钢丝与预应力钢丝的间隙压实填平，在聚合物混凝土层外表面缠绕一层玻璃纤维，制作成2-5mm厚的玻璃纤维增强层，最后在玻璃纤维增强层外表面制作表面富树脂层，保证玻璃钢预应力钢丝的复合强度、提高层间的密度，防止预应力钢丝腐蚀制作成frp增强预应力钢筒混凝土压力管道。玻璃纤维增强层的设置是还可以提高管道的抗压、抗拉等机械性能，防止裂纹的产生，减轻管道中管芯的负担；同时分散聚合物混凝土对环向钢筋网的作用力，防止预应力钢丝发生断点、断裂，降低环向钢筋网的断裂率。
进一步地，所述界面处理剂由下述组分组成，按重量百分比计，包括乙烯基树脂75％，柔性树脂5％，苯乙烯3.5％，消泡剂0.5％，硅烷偶联剂1％，气相二氧化硅2％，200目氢氧化铝5％，70-100目氢氧化铝7％，促进剂1％。界面处理剂起到粘结金属基与聚合物混凝土的作用，提高管道的整体性，同时还可以提高管道的密实性和阻燃性，进一步防止管道开裂和爆裂，选择邻苯型柔性树脂，柔性树脂的加入是为了进一步解决干裂的问题，同时可以进一步提高抗断裂能力。乙烯基树脂、柔性树脂、苯乙烯三者联用，使界面处理剂各组分之间形成桥健，从而缓解内应力，减少裂纹的形成，避免潜在危害和慢性迫害，也能够改善固化物的结构，抵抗裂纹扩展，防止界面处理层微裂纹起裂。
进一步地，在界面处理剂的外表面喷撒一层6-12目数的石英砂颗粒，并控制石英砂颗粒1/3嵌入界面处理剂内，外露的2/3与聚合物混凝土固定。喷撒该粒度的石英砂可以使石英砂更好的与界面处理层粘合，涂覆石英砂层的目的是防止间层分离，起到将聚合物混凝土与界面处理层结合为一体结构的作用，提高成型管道的密实性、抗裂性，防止开裂，石英砂喷撒在界面处理层表面，并一部分嵌入界面处理层另一部分与聚合物混凝土结合，起到增强层间结合力的作用。
进一步地，所述聚合物混凝土包括质量比为84：16的骨料和辅料，所述骨料按重量百分比计，包括10-30目石英砂55％，30-70目石英砂20％，70-100目石英砂15％，200-300目石英砂10％，所述辅料按重量百分比计，包括不饱和树脂83.3％，苯乙烯5％，柔性树脂10％，消泡剂0.2％，硅烷偶联剂1％，促进剂0.5％。选择邻苯型柔性树脂，柔性树脂的加入是为了进一步解决干裂的问题，同时可以进一步提高抗断裂能力。
本发明骨料的设计能够改善聚合物混凝土材料的绝缘性能和防腐性能，骨料通过树脂的固化将其固定在多相结构中，再通过与硅烷偶联剂的配合，提高聚合物混凝土材料的韧性，从而使得聚合物混凝土具有良好的抗冲耐磨性能和耐久性。本发明骨料成分、比例及粒径的控制还具有提高聚合物混凝土的密实性、强度的作用。本发明聚合物混凝土属于封孔结构，抗渗性好，防止水进入结构内部，避免零下5℃，水进入水泥混凝土内部，反复结冻融化，造成结构破坏。聚合物混凝土封孔结构，解决特殊情况，水泥混凝土的抗冻融性。
本发明促进剂的加入可以促进固化反应的进行，且对固化物的性能无影响，同时与柔性树脂的结合，在固化物内部形成多相结构，可进一步提高固化物的韧性和抗冲击能力，起到增塑、增韧的作用。
本发明聚合物混凝土材料可用于多方面，例如可应用于海底，采用兜纱布缠绕的方式不离析、不分散，固化速度快，粘结性强，固化后有优良的抗压、抗剪、抗冲击强度、抗海水腐蚀能力，在模拟海水(3％nacl溶液)中浸泡40天，无开裂，无脱落，满足海洋管道的要求。可应用于电气绝缘管道，绝缘性好，表面电阻率达2.58×1013。
进一步地，所述表面富树脂层采用下述方式制作：
a、准备原料，按重量百分比计，包括乙烯基树脂86％，触变剂(气相二氧化硅)2.5％，丙二醇0.2％，紫外线吸收剂1.1％，消泡剂0.2％，250目石英砂5％，色浆3％，促进剂(0.1％钴液)0.5％，固化剂1.5％，配置成富树脂剂；乙烯基树脂采用粘度1000-1500cps的树脂，作用是耐腐蚀性能、耐水、耐候性好，可常温固化，工艺性能优良；触变剂的作用是防止表面富树脂层流挂，可使滚动过程树脂粘度降低，增加施工操作性能，辊涂完成树脂静止后粘度升高，不流挂，表面均匀、光亮；250目石英砂起到增强的作用；通过上述原料的选择和比例的搭配，制作的表面富树脂层不仅可以美化产品，而且可保护产品不受周围介质侵害，提高其耐候、耐水、耐腐蚀性能，具有延长产品使用寿命的功能。
b、在玻璃纤维增强层的外表面缠绕表面毡，表面毡采用宽度为200mm的表面毡，缠绕时，毡与毡之间采用20-30mm的搭接处理，采用压辊压实，用于排除气泡，树脂浸透表面毡在缠绕的同时喷射富树脂剂，至表面毡的富树脂剂含量达90-95％；
c、在表面毡外表面再涂一层1.8-2.5mm厚的富树脂剂形成富树脂层；
d、在富树脂层表面螺旋缠绕一层聚酯薄膜，聚酯薄膜采用0.2mm厚、200mm宽幅的聚酯薄膜，目的是让富树脂表面均匀、平整和聚酯薄膜一样光滑，缠绕时，聚酯薄膜与聚酯薄膜之间采用20-30mm的搭接处理，然后于40-50℃下固化30-60min，脱掉聚酯薄膜，即完成表面富树脂层制作。
进一步地，所述承插口进行如下防腐处理：
a、按重量百分比计，准备下述原料制备成防腐涂料：乙烯基树脂87.3％，触变剂3％，消泡剂0.2％，偶联剂0.5％，250目石英砂7％，促进剂0.5％和固化剂1.5％；
b、将插口外壁和承口内壁进行打磨除锈，堵住插口两道密封圈的试压口，向插口外壁和承口内壁喷涂步骤a的防腐涂料，步骤b中采用多层喷涂法喷涂防腐涂料，每层喷涂0.2mm，固化后再向其表面喷涂一层，以此类推，至喷涂总厚度0.6-0.8mm，局部不好处理的地方采用毛刷或涂刷；
c、在包裹插口内壁的水泥混凝土外表面涂抹阻水剂，阻水剂采用分子结构大小为1nm的硅烷。本结构的硅烷可将混凝土的细微空洞全部密封，阻止水分进入混凝土接触金属插口内表面，从而防止生锈。
承口外壁与管道整体外部进行同样的操作，即由缠绕玻璃钢和富树脂层等整体包裹，一次成型。
承插口进行防腐处理，目的是防止承插口腐蚀，进一步的防止因承插口腐蚀间接造成的管道腐蚀。
进一步地，在制作好的管道的内壁上(即管芯内壁水泥混凝土)喷涂或辊涂一层环氧陶瓷，解决水泥混凝土多孔性、防渗性能不好，容易结藻类，形成水流和水质问题。环氧陶瓷层的设计可以在管道的内壁形成光滑的内壁表面，在供水的过程中，减少供水阻力及水中砂砾等物质对管道的磨损。同时，环氧陶瓷层的设置可以提高管道的表面光滑度，降低流水阻力，提高表观质量。避免水对管道的腐蚀、渗透，防止管道开裂。另一方面，环氧陶瓷层的设计可以减小水压对管道的作用，对聚合物混凝土层起到缓冲的作用，提高管道的抗冲击性。如果有水质安全的要求，可以选用食品级环氧陶瓷层，符合供水管道的卫生要求。
实施例2
1、制备界面处理剂：
按重量百分比计，取乙烯基树脂70.2％，柔性树脂5％，苯乙烯4％，消泡剂1％，硅烷偶联剂2％，气相二氧化硅3％，200目氢氧化铝6％，70-100目氢氧化铝8％，促进剂(1％钴液)0.8％，备用。
在温度23-30℃环境进行操作，向上述界面处理剂的原料中加入界面处理剂重量1.5％的过氧化甲乙酮搅拌均匀，然后将其均匀辊涂在钢筒表面，形成界面处理层。
一直以来乙烯基树脂存在与混凝土粘结强度不够高的问题，目前大多的解决方案是对乙烯基树脂进行改性、辅以粘结剂等，该种方式需要对乙烯基树脂进行预处理或再加工，提高了操作复杂性，增加了施工难度，使用不便。本发明摒弃了上述常规的做法，通过乙烯基树脂与柔性树脂的复配，辅以200目的氢氧化铝，通过三者比例的搭配，改善了目前乙烯基树酯存在的不足，通过本发明的处理，大大提高了乙烯基树脂的施工性能，耐久力更久，耐老化度提高20-30％。
乙烯基树脂与柔性树脂、硅烷偶联剂联用，尤其对三者严格的比例控制，增强了对聚合物混凝土的渗透扩散性，改善了相互间的结合性能，达到了提高了界面处理层与聚合物混凝土层的附着结合。气相二氧化硅、70-100目氢氧化铝的加入和比例的控制，解决了界面处理层表面粉化或钢筒表面光滑引起的界面不易粘结的问题，提高了钢筒表面的粘结性能，防止开裂分层。
本发明界面处理剂通过各组分的选择及各组分整体的比例控制，提高了柔韧性，与聚合物混凝土结合后从而降低了混凝土表面收缩率，避免了界面处理剂与聚合物混凝土粘结后收缩导致的分子链断裂，降低两者粘结强度的问题。
2、聚合物混凝土的制备：
按下述重量百分比称取骨料：10-30目石英砂50％，30-70目石英砂25％，70-100目石英砂17％，200-300目石英砂8％；按重量百分比计称取辅料：不饱和树脂80％，苯乙烯6％，柔性树脂11％，消泡剂0.3％，硅烷偶联剂2％，促进剂0.7％，备用。骨料和辅料的质量比为84:16。
所述的骨料的各成分参数控制为，含水率≤0.2％、含泥量≤0.5％、含硅量≥95％，耐酸度≥98％，质地坚硬、圆润。本发明各骨料成分的参数控制中，控制含水率≤0.2％是为了提高粘接性，防止固化时水散发造成开裂，同时该含水率的控制可以提高聚合物砼材料的耐久性，解决耐久性差的问题。泥会包裹大颗粒表面，影响树脂浸透和粘接，导致强度下降，因此需要控制含泥量≤0.5％。本发明骨料成分含硅量的控制是为了提高材料的耐腐蚀性。耐酸度的控制是为了提高使用寿命，降低总体成本。选择质地坚硬、圆润的骨料是为了提高浇筑过程的流动性，不圆，流动不好，气泡多，最终导致树脂含量高。
3、富树脂剂的配置
按重量百分比计，称取乙烯基树脂85.6％，触变剂(气相二氧化硅)2.3％，丙二醇0.1％，紫外线吸收剂1.2％，消泡剂0.3％，250目石英砂4％，色浆4％，促进剂(0.1％钴液)1％，固化剂1.5％。
4、防腐涂料的配置
按重量百分比计，称取乙烯基树脂85％，触变剂3.2％，消泡剂0.15％，偶联剂0.8％，250目石英砂9％，促进剂0.8％和固化剂1.05％。
frp增强预应力钢筒混凝土压力管道制作工艺如下：
在带有承插口的钢筒内壁浇筑水泥混凝土制备成管芯，或将钢筒埋置在混凝土中间制备成管芯，然后在管芯外壁上缠绕环向预应力钢丝，制成pccp管半成品，在pccp管半成品的外表面涂界面处理剂形成界面层，然后在界面层上，喷撒一层10目数的石英砂颗粒，让颗粒1/3嵌入粘接剂，然后固化，在pccp管半成品表面形成了一层可以与聚合物混凝土紧密粘接的界面层，然后采用兜纱布将聚合物混凝土缠绕在pccp管半成品的外壁上，形成10mm厚聚合物混凝土层，在聚合物混凝土层外表面缠绕一层玻璃纤维，制作成玻璃纤维增强层，最后在玻璃纤维增强层外表面按下述方法制作：
在玻璃纤维增强层的外表面缠绕表面毡，表面毡采用宽度为200mm的表面毡，缠绕时，毡与毡之间采用25mm的搭接处理，采用压辊压实，用于排除气泡，树脂浸透表面毡在缠绕的同时喷射富树脂剂，至表面毡的富树脂剂含量达93％；
在表面毡的外表面再涂一层2mm厚的富树脂剂形成富树脂层；
在富树脂层表面螺旋缠绕一层聚酯薄膜，聚酯薄膜采用0.2mm厚、200mm宽幅的聚酯薄膜，目的是让富树脂表面均匀、平整和聚酯薄膜一样光滑，缠绕时，聚酯薄膜与聚酯薄膜之间采用25mm的搭接处理，然后于45℃下固化50min，以树脂不沾手为准，巴氏硬度不小于35，脱掉聚酯薄膜，即玻璃纤维增强层外表面形成一层表面富树脂层。
最后对承插口进行如下防腐处理：
将插口外壁和承口内壁进行打磨除锈，堵住插口两道密封圈的试压口，向插口外壁和承口内壁喷涂防腐涂料，采用多层喷涂法喷涂防腐涂料，每层喷涂0.2mm，固化后再向其表面喷涂一层，以此类推，至喷涂总厚度0.6mm，局部不好处理的地方采用毛刷或涂刷；
在包裹插口内壁的水泥混凝土外表面涂抹阻水剂，阻水剂采用分子结构大小为1nm的硅烷。本结构的硅烷可将混凝土的细微空洞全部密封，阻止水分进入混凝土接触金属插口内表面，从而防止生锈。
在制作好的管道的内壁上(即管芯内壁水泥混凝土)喷涂或辊涂一层环氧陶瓷。
实施例3
与实施例2不同之处在于：
1、制备界面处理剂：
按重量百分比计，取乙烯基树脂74.7％，柔性树脂4.5％，苯乙烯3.5％，消泡剂0.8％，硅烷偶联剂1.5％，气相二氧化硅2.5％，200目氢氧化铝4.5％，70-100目氢氧化铝7.5％，促进剂(1％钴液)0.5％，备用。
2、聚合物混凝土的制备：
按下述重量百分比称取骨料：10-30目石英砂53％，30-70目石英砂23％，70-100目石英砂16％，200-300目石英砂8％；按重量百分比计称取辅料：不饱和树脂85％，苯乙烯4％，柔性树脂8.8％，消泡剂0.1％，硅烷偶联剂1.6％，促进剂0.5％，备用。
3、富树脂剂的配置
按重量百分比计，称取乙烯基树脂90％，触变剂(气相二氧化硅)2％，丙二醇0.3％，紫外线吸收剂1％，消泡剂0.2％，250目石英砂3％，色浆2％，促进剂(0.1％钴液)0.5％，固化剂1％。
4、防腐涂料的配置
按重量百分比计，称取乙烯基树脂88％，触变剂2.1％，消泡剂0.1％，偶联剂0.7％，250目石英砂7％，促进剂0.7％和固化剂1.4％。