一种UHPC-SS复合管道的制作方法

本发明涉及管道技术领域，特别涉及一种UHPC-SS复合管道。

背景技术：

现有的石油、含汽油溶剂、汽油、危化品的输送管道为钢管，普通钢管易生锈，容易和石油中所含的侵蚀成份发生反应，也容易和自然环境中的侵蚀物质(水、氯离子等)发生化学反应，造成管道的寿命短、维护保养成本高；并且钢管自身的保温性能极差，而石油等液体均需保证在一定的温度下才能具有良好的流动性能，当环境温度较低时，通常需要对钢管采取保温甚至加热措施，以保证管道运输的正常运行。

超高性能混凝土，简称UHPC(Ultra-HighPerformance Concrete)，“超高性能混凝土”包含两个方面“超高”——超高的耐久性和超高的力学性能。超高性能混凝土的设计理论是最大堆积密度理论(maximumpackingdensity)，其组成材料不同粒径颗粒以最佳比例形成最紧密堆积。即毫米级颗粒(骨料)堆积的间隙由微米级颗粒(水泥、粉煤灰、矿粉)填充，微米级颗粒堆积的间隙由亚微米级颗粒(硅灰)填充。目前UHPC比较粘滞，振捣密实较困难，还不便于现浇应用。此外，美、法等国的UHPC配合比选用的骨料是粒径范围0.15mm～0.6mm的砂，用于提高堆积密度。我国建筑用砂的细度模数范围在1.6～3.7，粒径范围0.15mm～5mm。这使得UHPC大范围的使用受到了限制。不锈钢简称SS(Stainless Steel)，不锈钢指耐空气、蒸汽、水等弱腐蚀介质和酸、碱、盐等化学浸蚀性介质腐蚀的钢，又称不锈耐酸钢。不锈钢不仅仅是单纯指一种钢材，而是表示一百多种工业钢，所开发的每种不锈钢因其所含的合金元素不同，在其特定的应用领域具有良好的性能。

我国目前运输石油、危化品的输送管道采用的仍然是普通钢管内壁加防腐涂层的方法。优点是铺设速度快，其缺点主要包括：维护费用高、易腐蚀、寿命短、抗冻性差。

技术实现要素：

为了克服上述现有技术存在的缺陷，本发明的目的是提供一种UHPC-SS复合管道，采用不锈钢作为内管，UHPC混凝土作为外管，由于两者的温度线膨胀系数很接近，解决了现有管道容易腐蚀泄漏、造价高、维护费用高、保温性能差的问题。

为了达到上述目的，本发明的技术方案为：

一种UHPC-SS复合管道，其组成包括：不锈钢钢管，所述不锈钢钢管外侧浇筑有UHPC混凝土层，所述UHPC混凝土层内设有钢筋网。

所述UHPC混凝土层与不锈钢钢管之间设有穿过钢筋网的剪力钉。

所述不锈钢钢管型号采用304，内径为300-1000mm，壁厚为1.5-4mm。

所述UHPC混凝土层的混凝土壁厚为20-50mm。

所述UHPC-SS复合管道之间的连接有三种管道接头方式，分别为现浇式管道接头、拼装式管道接头和灌浆式管道接头。

本发明的有益效果：

本发明可用于石油、含汽油溶剂、汽油、危化品的输送。石油中含有硫化物，由于UHPC-SS复合管道内层为不锈钢，基本不和石油中的侵蚀成份发生反应；外层为UHPC混凝土，强度高，耐久性好，其对内层不锈钢管起到保护作用(类似于保护层)，并增加整个管道的刚度，且由于其抗压强度极高，接近钢材，可减少内层不锈钢管的设计厚度，节约造价；外层的UHPC混凝土能够改善管道整体的保温隔热性能，有利于管道运输的正常运行；

由于外层UHPC和内层不锈钢管之间可设置锚固件(剪力钉)增加两者共同工作和受力的能力。

本发明所使用的UHPC经过与高性能混凝土、普通混凝土材料和热轧钢材性能的对比，得出UHPC材料和普通混凝相比具有优越的力学性能，其抗压强度甚至超过了普通钢材的强度。

附图说明

图1是本发明UHPC-SS复合管道的结构断面示意图。

图2是本发明现浇式结构接头示意图。

图3是本发明拼装式结构接头示意图。

图4是本发明拼装式结构接头所用外密封圈示意图。

图5是本发明拼装式结构接头所用内密封圈示意图。

图6是本发明灌浆式结构接头示意图。

图7是本发明灌浆式结构接头所用管端法兰盘。

图8是管道侧向极限荷载试验加载示意图。

图中：1.不锈钢内管；2.UHPC混凝土层；3.钢筋网；4.剪力钉；5.预埋钢筋；6.不锈钢内管焊缝；7.现浇UHPC混凝土；8.管端凹形法兰盘；9.外密封圈；10.管端凸形法兰盘；11.预留孔；12.高强螺栓；13.内密封圈；14.钢筋；15.灌注UHPC砂浆；16.管端法兰盘

具体实施方式

实施例一

参照图1，一种UHPC-SS复合管道，其组成包括：不锈钢内管1，所述不锈钢内管1外侧浇筑有UHPC混凝土层2，所述UHPC混凝土层2内设有钢筋网3，所述UHPC混凝土层2与不锈钢钢管1之间设有剪力钉4，所述剪力钉4穿过钢筋网3。

所述不锈钢内管1采用304不锈钢管，壁厚1.5mm，内径300mm；所述复合管道采用节段预制，每段长度5m，所述复合管道两端设有用于结构接头的预埋钢筋5和不锈钢内管1。

参照图2，本实施例的结构接头采用现浇式管道接头，安装现场复合管道定位到预定位置后，首先对相接的两复合管道接头处预埋钢筋5采用绑扎或焊接方式进行搭接，然后对两不锈钢内管1相接面进行焊接形成不锈钢内管焊缝6，最后对接头段不锈钢内管1外侧浇筑UHPC混凝土7完成复合管道间的连接，最外层根据需要可设置保护层。

参照图8，为了研究本实施例成品的基本力学性能，首先对该配方的UHPC混凝土进行了抗压和劈裂抗拉试验。

试验结果显示：1、立方体抗压试验中，12个试块的抗压强度均值在150MPa左右，目前建筑上常用的混凝土抗压强度为30～80MPa。2、立方体劈裂抗拉强度均值在17MPa左右，目前普通混凝土的劈裂抗拉强度均值为2～4MPa。抗压和劈裂抗拉试验表明，本实施例采用的配合比和规定的浇筑及养护方法制作出的UHPC混凝土力学性能远优于普通混凝土。

在力学性能得到验证的基础上，按照本方案制备两组UHPC-SS复合管道，进行侧向极限荷载试验。复合管道试验方法采用《JC+538-1994石棉水泥落水管、排水管及接头》标准试验方法。加载试验如图8所示，在外加荷载17的作用下，通过钢垫条19及橡胶垫18，将力缓慢施加在复合管道上，其中槽钢20的设置是为了提供传力的角度。

第一组UHPC-SS复合管道未设置剪力钉4和钢筋网3，得到最大侧向极限荷载均值为42kN；第二组UHPC-SS复合管道设置有剪力钉4和钢筋网3，进行侧向极限荷载试验，得到最大侧向极限荷载均值为140kN。可见，本实施例的UHPC-SS复合管道在设置剪力钉和钢筋网的基础上，抵抗侧向荷载能力得到较大提升。

此外本实施例所得的成品外观非常光滑致密，其强度和耐久性均优于普通混凝土试件。

实施例二

参照图1，一种UHPC-SS复合管道，其组成包括：不锈钢钢管1，所述不锈钢钢管1外侧浇筑有UHPC混凝土层2，所述UHPC混凝土层2内具有钢筋网3，所述UHPC混凝土层2与不锈钢钢管1之间具有剪力钉4，所述剪力钉4穿过钢筋网3。

所述不锈钢内管1采用304不锈钢管，壁厚1.5mm，内径300mm；所述复合管道采用节段预制，每段长度5m，所述复合管道两端设有用于结构接头的凹形法兰盘8或凸形法兰盘10，所述凹形法兰盘8和凸形法兰盘10采用UHPC混凝土与复合管道共同预制而成，且设有预留孔11。

参照图3，本实施例结构接头采用拼装式管道接头，所述拼装式管道接头由凹形法兰盘8、凸形法兰盘10、外密封圈9、内密封圈13以及螺栓12组成。

参照图4、图5，所述外密封圈9和内密封圈13均由紫铜片制成，且设有预留孔11。安装现场复合管道定位到预定位置后，首先将内密封圈13及外密封圈9放置到预定位置，然后将高强螺栓12依次穿过凹形法兰盘8、外密封圈9、凸形法兰盘10的预留孔11进行连接，完成复合管道间的连接。最外层根据需要可设置保护层。

参照图8，按照本实例中的配比，得到UHPC-SS复合管道的侧向极限荷载均值在153kN左右。钢纤维含量的提高，使得裂缝开展速度得到减缓，裂缝数量和最大宽度都进一步减小。

实施例三

参照图1，一种UHPC-SS复合管道，其组成包括：不锈钢钢管1，所述不锈钢钢管1外侧浇筑有UHPC混凝土层2，所述UHPC混凝土层2内具有钢筋网3，所述UHPC混凝土层2与不锈钢钢管1之间具有剪力钉4，所述剪力钉4穿过钢筋网3。

所述不锈钢内管1采用304不锈钢管，壁厚1.5mm，内径300mm；所述复合管道采用节段预制，每段长度5m，所述复合管道两端设有用于结构接头的法兰盘16和不锈钢内管1。参照图7，所述法兰盘16采用UHPC混凝土与复合管道共同预制而成，且设有预留孔11。

参照图6，本实施例结构接头采用灌浆式管道接头，首先对两不锈钢内管1相接面进行焊接形成不锈钢内管焊缝6，然后将钢筋14通过预留孔11贯穿接头两侧的法兰盘16，用模板将整个接头段封闭，并通过灌浆孔向接头段灌注UHPC砂浆，直至浆液完全填满整个结构接头段的缝隙，完成复合管道间的连接。

参照图8，按照本实例中的配比，得到UHPC-SS复合管道的侧向极限荷载均值在175kN左右。