专利名称：玻璃钢与预应力钢筒混凝土复合管材及其制作工艺的制作方法
技术领域：
本发明属于给排水管道工程技术领域，具体涉及一种管道及其制作工艺。
背景技术：
PCCP (PRESTRESSED CONCRETE CYLINDER PIPE)是由预应力钢丝、钢套筒、混凝土 构成的复合管材，是预应力钢筒混凝土管的英文縮写；这种管材是在带钢套筒的混凝土管芯 上，环向缠绕预应力钢丝，最后在管外部施喷水泥砂浆保护层而制成的，所以，PCCP管具有 刚度大、强度高、成本相对较特点；此外，大口径的PCCP管产品生产门槛的起点高，生产 企业规模较大，产品质量可靠。但PCCP管仍有缺陷和不足，主要表现在l)PCCP管的钢制 插口的橡胶放置槽面、以及钢制承口的工作面均裸露在外面，容易锈蚀；2)PCCP管的钢套 筒和钢制接头处的pH值不同，从而会加速接头处的腐蚀，由此可能造成管接头的漏水等事 故。3)管道的内壁采用水泥砂浆层，内壁的糙率系数较高，对管道的流量造成了一定的影 响。
发明内容
本发明的目的在于提供一种玻璃钢与预应力钢筒混凝土复合管材及其制作工艺，该复合 管材具有耐腐蚀的特点。
为了实现上述目的，本发明的技术方案是玻璃钢与预应力钢筒混凝土复合管材，它包 括预应力钢筒混凝土管；预应力钢筒混凝土管包括钢套筒、混凝土结构层、预应力钢丝缠绕 层、外保护层，钢套筒的外侧面灌注有混凝土结构层，混凝土结构层的外侧面缠绕有预应力 钢丝缠绕层，预应力钢丝缠绕层外面制作有外保护层(外保护层与预应力钢丝缠绕层连接成 一体)；预应力钢筒混凝土管的右端部为承口，预应力钢筒混凝土管的左端部为插口；其特 征在于钢套筒的内侧设置有玻璃钢内衬层，玻璃钢内衬层与钢套筒之间设有过渡层(玻璃 钢内衬层与钢套筒由过渡层连接成一体)；钢套筒的左端部的外侧面固定设置有环形的玻璃 钢插头，玻璃钢插头的外侧面设有2 5道环形凹槽。
玻璃钢内衬层的右端凸出钢套筒的右端0. 1 cm 3cm，过渡层的右端部包裹钢套筒的右 端；玻璃钢插头的左端凸出钢套筒的左端0. 1 cm 3cm;玻璃钢内衬层的左端凸出钢套筒的 左端O. 1 cm 3cm，过渡层的左端部包裹钢套筒的左端。
所述的过渡层的材料为树脂砂浆、混凝土或玻璃钢。树脂砂浆层采用灌注树脂砂浆而成。 注混凝土层采用灌注混凝土而成。玻璃钢层采用拉挤玻璃钢或RTM等工艺制作形成。
所述的外保护层的材料为树脂砂浆、水泥砂浆、玻璃钢或热塑性材料。
上述玻璃钢与预应力钢筒混凝土复合管材的制作工艺，其特征在于它包括如下步骤
1)复合钢套筒的制作在插口钢套筒的左部外侧面采用缠绕工艺制作玻璃钢件，然后
3在玻璃钢件上开2 5道环形凹槽，形成玻璃钢复合钢筒插口结构；将玻璃钢复合钢筒插口结构的插口钢套筒的右端与管身钢套筒的左端焊接，管身钢套筒的右端与承口钢套筒的左端焊接，形成复合钢套筒；
2) 采用缠绕工艺在内衬模具上制作玻璃钢内衬层；
3) 将内衬模具立在工作台上，内衬模具与工作台固定；将复合钢套筒套到玻璃钢内衬层外，复合钢套筒与工作台固定，玻璃钢内衬层与复合钢套筒之间形成上下有环形口的过渡层腔，向过渡层腔灌注过渡层材料形成过渡层；
4) 在复合钢套筒外套一个外模具，在复合钢套筒与外模具的内壁之间灌注混凝土，形成混凝土结构层；将外模具脱模；
5) 在混凝土结构层外部缠绕预应力钢丝形成预应力钢丝缠绕层；
6) 在预应力钢丝缠绕层外面浇注、喷或者缠绕外保护层材料，制作成外保护层；撤去内衬模具，得到玻璃钢与预应力钢筒混凝土复合管材。
本发明的有益效果是
1、 采用钢套筒的内侧设置玻璃钢内衬层，即玻璃钢与预应力钢筒混凝土管相复合，既具有玻璃钢管的耐腐蚀的优点，又具有钢筒混凝土管的刚度高、强度好的优点。插口处放置橡胶圈的环形凹槽面为玻璃钢插头，具有玻璃钢管的耐腐蚀的优点。
2、 玻璃钢插头的左端凸出钢套筒的左端，过渡层的左端部包裹钢套筒的左端，避免了钢套筒的左端裸露在外面，具有耐腐蚀的优点。采用玻璃钢内衬层的右端凸出钢套筒的右端，过渡层的右端部包裹钢套筒的右端，避免了钢套筒的右端裸露在外面，具有耐腐蚀的优点。
3、 管道的内壁采用玻璃钢内衬层，内壁的糙率系数较小，对管道的流量的影响小。
图]为本发明内衬模具的示意图(在内衬模具上制作玻璃钢内衬)；
图2为本发明在插口钢套筒外采用缠绕制作的钢套复合插口的示意图3为本发明的承口钢套筒的示意图4为本发明的复合钢套筒(整体)的示意图5为本发明在玻璃钢内衬层与钢套筒之间灌注过渡层的示意图6为本发明在混凝土结构层外表缠绕预应力钢丝(钢筋)的示意图7为本发明玻璃钢与预应力钢筒混凝土复合管材的结构示意图
图8为本发明在插口钢套筒外采用缠绕制作钢套复合插口的缠绕工艺示意图9为本发明在玻璃钢件上的修整工艺示意图中l一插口， 2 —磨轮，3 —承口， 4一插口端面，5—承口端面，6 —玻璃钢内衬层，7-过渡层，8-钢套筒，9-混凝土结构层，10-预应力钢丝缠绕层，11-外保护层，12 —修整装置，13 —玻璃钢插头，14一玻璃钢件；15 —内衬模具，16—插口钢套筒，17 —管身钢套筒，18一环形凹槽，19 —承口钢套筒，20 —工作台；21 —玻璃纤维缠绕装置，22 —玻璃纤维，23—玻璃纤维织物，24 —玻璃纤维织物缠绕装置，25—插口钢套筒模具。
具体实施例方式
下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。
实施例1:
如图7所示，玻璃钢与预应力钢筒混凝土复合管材，它包括预应力钢筒混凝土管、玻璃钢内衬层6、过渡层7;过渡层7的材料为树脂砂浆；预应力钢筒混凝土管包括钢套筒8、混
凝土结构层9、预应力钢丝缠绕层IO、外保护层ll，钢套筒8的外侧面灌注有混凝土结构层9，混凝土结构层9的外侧面缠绕有预应力钢丝缠绕层10，预应力钢丝缠绕层10外面制作有外保护层11,外保护层11的材料为树脂砂浆，外保护层11与预应力钢丝缠绕层10连接成一体；预应力钢筒混凝土管的右端部为承口 (图7的右边为右，左边为左)，预应力钢筒混凝土管的左端部为插口 (或称为插头)；钢套筒8的内侧设置有玻璃钢内衬层6，玻璃钢内衬层6与钢套筒8之间灌注有过渡层(采用灌注树脂砂浆而成)，玻璃钢内衬层6与钢套筒8由过渡层7连接成一体；钢套筒8的左端部(即插口处)的外侧面固定设置有环形的玻璃钢插头13，玻璃钢插头13的外侧面设有2 5道环形凹槽18(环形凹槽的数量和橡胶圈的形式由管道是否承受内压来进行选择确定)。
玻璃钢内衬层6的右端凸出钢套筒8的右端O. 1 cm 3cm，过渡层7的右端部包裹钢套筒8的右端；玻璃钢插头13的左端凸出钢套筒8的左端O. 1 cm 3cm (即玻璃钢插头超出钢套筒的插口端O. 1 cm 3cm);玻璃钢内衬层6的左端凸出钢套筒8的左端0. 1 cm 3cm，过渡层7的左端部包裹钢套筒8的左端。
所述的钢套筒8由插口钢套筒16、管身钢套筒17、承口钢套筒19组成。玻璃钢插头13固定设置在插口钢套筒16的左部(构成钢套复合插口)，插口钢套筒16的右端与管身钢套筒17的左端焊接，管身钢套筒17的右端与承口钢套筒19的左端焊接。钢套筒8的左端部设玻璃钢插头13构成本发明的复合钢套筒。
玻璃钢内衬层6、过渡层7、玻璃钢插头13的左端面位于同一垂直面上(与复合管材的轴线垂直)。外保护层11的右端部包裹预应力钢丝缠绕层10的右端；玻璃钢内衬层6、过渡层7、混凝土结构层9、外保护层11的右端面位于同一垂直面上(即承口端面5垂直，与复合管材的轴线垂直)。外保护层11的左端部包裹预应力钢丝缠绕层10的左端，混凝土结构层9、外保护层11的左端面位于同一平面上(即插口端面4垂直，与复合管材的轴线垂直)。钢套筒8的左端凸出混凝土结构层9的左端2cm 50cm;玻璃钢插头13的右端部浇灌在混凝土结构层9内。
玻璃钢内衬层6的厚度为0. lcm 2cm，过渡层7的厚度为0. 5cm 20cm，钢套筒8的厚度为0. 1 cm 2cm，混凝土结构层9的厚度为lcm 40cra,预应力钢丝缠绕层10的厚度(即预应力钢丝的直径)为0.2 cm 2cm，外保护层11的厚度为0. lcm 3cm。复合管材的长度为100cm 1000cm (10米)，钢套筒8的直径为80cm 500cm (5米)，具体尺寸根据需要确定。
上述玻璃钢与预应力钢筒混凝土复合管材的制作工艺，它包括如下步骤1) 复合钢套筒的制作钢套筒8由插口钢套筒16、管身钢套筒17、承口钢套筒19组 成；在插口钢套筒16的左部外侧面采用缠绕工艺制作玻璃钢件14，玻璃钢件14的左端凸出 插口钢套筒16的左端0. 1 cm 3cm (即玻璃钢插头超出钢套筒的插口端0. 1 cm 3cm);然 后在玻璃钢件14上开2 5道环形凹槽18 (环形凹槽的数量根据是否有压力来确定，本实施 例的图2中为道环形凹槽)，形成玻璃钢复合钢筒插口结构(如图2所示)将玻璃钢复合钢 筒插口结构的插口钢套筒16的右端与管身钢套筒17的左端焊接，管身钢套筒17的右端与 承口钢套筒19的左端焊接，形成复合钢套筒(组成整体的复合钢套筒)；如图2、图3、图4、 图8、图9所示；
2) 采用缠绕工艺在内衬模具15上制作玻璃钢内衬层6，玻璃钢内衬层6的左端部制作 成插口 1的形状，玻璃钢内衬层6的右端部制作成承口 3的形状；玻璃钢内衬层6的右端 凸出承口钢套筒19的右端O. 1 cm 3cm，玻璃钢内衬层6的左端凸出插口钢套筒16的左端 0. 1 cm 3cm;
3) 如图5所示，将内衬模具15立在工作台20上(承口向下，此时玻璃钢内衬层6固 定在内衬模具15上)，内衬模具15与工作台20固定(由内衬模具15的承口端轴旋上固定 螺帽与工作台20固定锁紧)；将复合钢套筒套到玻璃钢内衬层6外，复合钢套筒与工作台20 固定，玻璃钢内衬层6与复合钢套筒之间形成上下有环形口的过渡层腔，向过渡层腔灌注树 脂砂浆(过渡层材料)形成过渡层7;过渡层7的左端部包裹钢套筒8的左端，过渡层7的 右端部包裹钢套筒8的右端；
4) 在复合钢套筒外套一个外模具，在复合钢套筒与外模具的内壁之间灌注混凝土，并
进行混凝土固化处理，形成混凝土结构层9;将外模具脱模；
5) 如图6所示，在混凝土结构层9外部缠绕预应力钢丝(钢筋)形成预应力钢丝缠绕
层10;
6) 在预应力钢丝缠绕层10外面浇注树脂砂浆(外保护层材料)，并进行压光处理，制 作成外保护层；外保护层11的右端部包裹预应力钢丝缠绕层10的右端，外保护层11的左 端部包裹预应力钢丝缠绕层10的左端；撤去内衬模具15，得到玻璃钢与预应力钢筒混凝土 复合管材。
玻璃钢复合钢筒插口结构的制作工艺如图8、图9所示，
1) 、在一圆柱形可以旋转的插口钢套筒模具25左部的前侧(图8中的下方为前侧，上 方为后侧)设置玻璃纤维缠绕装置21，插口钢套筒模具25左部的后侧设置玻璃纤维织物缠 绕装置24;玻璃纤维缠绕装置21包括纱架、浸胶槽等，玻璃纤维织物缠绕装置带有预浸装 置；
2) 、首先将长度为10cm 100 cm的插口钢套筒16套到插口钢套筒模具25上并固定， 玻璃纤维缠绕装置21将经过预浸树脂(树脂在浸胶槽中)的玻璃纤维22在插口钢套筒16 的左端部缠绕，玻璃纤维织物缠绕装置24将经过预浸树脂(树脂在浸胶装置中)的玻璃纤 维织物23在插口钢套筒16的左端部缠绕(在插口钢套筒上缠绕的长度为5cm 80 cm),缠 绕lcra 20cm厚度后形成玻璃钢件14,玻璃钢件14的左端凸出插口钢套筒的左端0. 1 cm 3cm。
3)然后采用带磨轮2的修整装置12在玻璃钢件14上进行修整形成2 5道环形凹槽 18(如图2所示，图2中为3个)，玻璃钢件14形成玻璃钢插头13 (即玻璃钢插头13超出 插口钢套筒的插口端0. 1 cm 3cm);玻璃钢插头13右端的1 2道环形凹槽用于放置橡胶圈 进行接头密封，玻璃钢插头13左端的凹槽用于和玻璃钢与预应力钢筒混凝土复合管材的管 身紧密结合；最后整体脱模后就形成了一个玻璃钢复合钢筒插口结构(即由玻璃钢插头13 与插口钢套筒16复合组成)。
玻璃钢(玻璃钢内衬层6、玻璃钢件14)的制作材料、制作设备、制作工艺可均采用现 有公知技术。
实施例2:
与实施例1基本相同，不同之处在于过渡层的材料为混凝土(用混凝土替代树脂砂浆)。 实施例3:
与实施例l基本相同，不同之处在于外保护层的材料为水泥砂浆(用水泥砂浆替代树 脂砂浆)，在预应力钢丝缠绕层10外面采用喷水泥砂浆。 实施例4:
与实施例l基本相同，不同之处在于外保护层的材料为玻璃钢(用玻璃钢替代树脂砂 浆)，在预应力钢丝缠绕层10外面采用缠绕玻璃钢。 实施例5:
与实施例l基本相同，不同之处在于外保护层的材料为热塑性材料(用热塑性材料替 代树脂砂浆)。
权利要求
1. 玻璃钢与预应力钢筒混凝土复合管材，它包括预应力钢筒混凝土管；预应力钢筒混凝土管包括钢套筒(8)、混凝土结构层(9)、预应力钢丝缠绕层(10)、外保护层(11)，钢套筒(8)的外侧面灌注有混凝土结构层(9)，混凝土结构层(9)的外侧面缠绕有预应力钢丝缠绕层(10)，预应力钢丝缠绕层(10)外面制作有外保护层(11)；预应力钢筒混凝土管的右端部为承口，预应力钢筒混凝土管的左端部为插口；其特征在于钢套筒(8)的内侧设置有玻璃钢内衬层(6)，玻璃钢内衬层(6)与钢套筒(8)之间设有过渡层；钢套筒(8)的左端部的外侧面固定设置有环形的玻璃钢插头(13)，玻璃钢插头(13)的外侧面设有2～5道环形凹槽(18)。
2. 根据权利要求1所述的玻璃钢与预应力钢筒混凝土复合管材，其特征在于玻璃钢 内衬层(6)的右端凸出钢套筒(8)的右端0.1 cm 3cm，过渡层(7)的右端部包裹钢套筒(8)的 右端；玻璃钢插头(13)的左端凸出钢套筒(8)的左端0.1 cm 3cm;玻璃钢内衬层(6) 的左端凸出钢套筒(8)的左端O. lcm 3m，过渡层(7)的左端部包裹钢套筒(8)的左端。
3. 根据权利要求1所述的玻璃钢与预应力钢筒混凝土复合管材，其特征在于所述的 过渡层的材料为树脂砂浆、混凝土或玻璃钢。
4. 根据权利要求1所述的玻璃钢与预应力钢筒混凝土复合管材，其特征在于所述的 外保护层的材料为树脂砂桨、水泥砂桨、玻璃钢或热塑性材料。
5. 如权利要求1所述的玻璃钢与预应力钢筒混凝土复合管材的制作工艺，其特征在于它包括如下步骤1) 复合钢套筒的制作在插口钢套筒(16)的左部外侧面采用缠绕工艺制作玻璃钢件(14)，然后在玻璃钢件(14)上开2 5道环形凹槽(18)，形成玻璃钢复合钢筒插口结构； 将玻璃钢复合钢筒插口结构的插口钢套筒(16)的右端与管身钢套筒(17)的左端焊接，管 身钢套筒(17)的右端与承口钢套筒(19)的左端焊接，形成复合钢套筒；2) 采用缠绕工艺在内衬模具(15)上制作玻璃钢内衬层(6);3) 将内衬模具(15)立在工作台(20)上，内衬模具(15)与工作台(20)固定；将 复合钢套筒套到玻璃钢内衬层(6)外，复合钢套筒与工作台(20)固定，玻璃钢内衬层(6) 与复合钢套筒之间形成上下有环形口的过渡层腔，向过渡层腔灌注过渡层材料形成过渡层(7);4) 在复合钢套筒外套一个外模具，在复合钢套筒与外模具的内壁之间灌注混凝土，形成混凝土结构层(9);将外模具脱模；5) 在混凝土结构层(9)外部缠绕预应力钢丝形成预应力钢丝缠绕层(10);6) 在预应力钢丝缠绕层(10)外面浇注、喷或者缠绕外保护层材料，制作成外保护层；撤去内衬模具(15)，得到玻璃钢与预应力钢筒混凝土复合管材。
全文摘要
本发明属于给排水管道工程技术领域，具体涉及一种管道及其制作工艺。玻璃钢与预应力钢筒混凝土复合管材，它包括预应力钢筒混凝土管；预应力钢筒混凝土管包括钢套筒、混凝土结构层、预应力钢丝缠绕层、外保护层，钢套筒的外侧面灌注有混凝土结构层，混凝土结构层的外侧面缠绕有预应力钢丝缠绕层，预应力钢丝缠绕层外面制作有外保护层；预应力钢筒混凝土管的右端部为承口，预应力钢筒混凝土管的左端部为插口；其特征在于钢套筒的内侧设置有玻璃钢内衬层，玻璃钢内衬层与钢套筒之间设有过渡层；钢套筒的左端部的外侧面固定设置有环形的玻璃钢插头，玻璃钢插头的外侧面设有2～5道环形凹槽。该复合管材具有刚度高、强度好、耐腐蚀的特点。
文档编号F16L9/00GK101498390SQ200910061158
公开日2009年8月5日 申请日期2009年3月17日 优先权日2009年3月17日
发明者宋建国, 曾爱军, 朱四荣, 李卓球, 陈建中 申请人:武汉理工大学;恒润集团有限公司