玻璃鋼夾砂管道以玻璃纖維及其制品、不飽和聚酯樹脂、石英砂為主要原料,主要有纖維纏繞玻璃鋼夾砂管道和離心成型玻璃鋼夾砂管道,在實際工程中大都采用定長法生產的往復式交叉纏繞夾砂管。
雖然玻璃鋼夾砂管道具有諸多優點,在國外許多領域得到了成功應用,但在人們對其尚缺乏公允的認識,我國給排水行業發展迅速,每年新增供水管道約10000 km,新增排水管道約6000 km,但絕大部分仍選用傳統管材 。
夾砂管的結構及性能
玻璃鋼夾砂管道是由基體樹脂、增強材料、輔助材料等組成的復合管材,其中,基體樹脂包括內襯樹脂和結構層纏繞樹脂,內襯樹脂選擇食品級間苯型不飽和聚酯樹脂,結構樹脂選用鄰苯型不飽和聚酯樹脂;增強材料包括無堿玻璃纖維表面氈、無堿針織氈、無堿纏繞紗、無堿玻璃纖維增強布以及石英砂等;輔助材料包括聚醋薄膜、兜砂布、網格布、固化劑和促進劑等。嚴格地選材是控制產品質量的道防線。
通常,玻璃鋼夾砂管道由內襯層、結構層和表面層構成。內襯層為防腐防滲層,由內表面層和次內層兩部分組成,樹脂含量很高,為90%左右。結構層由連續纖維纏繞層和樹脂砂漿層組成,以鄰苯型或間苯型不飽和聚酯樹脂為粘結基體,玻璃纖維的重量約占65%~70%,樹脂的重量約占30%~35%,起承受荷載、抵抗變形的作用:表面層由抗老化添加劑和樹脂配制而成,能防止大氣老化等。其結構可根據實際工況需要設計鋪層,來滿足不同性能的要求。
與傳統管材相比,玻璃鋼夾砂管道具有以下優點:
(1)耐腐蝕:由于玻璃鋼夾砂管道道內外層均由熱固性樹脂固化而成,所以能耐酸、堿、鹽、海水、未經處理的污水、腐蝕性土壤以及多種化學流體的腐蝕,抗電化學腐蝕,無需對內外層作防腐處理、無需陰極保護、使用壽命長、維護費用低。一般情況下,塑料管使用年限為3 年,鑄鐵管使用年限為5~10 年,鋼管使用年限只有15 年,而玻璃鋼夾砂管道道的使用壽命可達50 年。
(2)重量輕、強度高:管壁結構致密、堅實、可覆土深埋。玻璃鋼夾砂管道道的密度為1.65~2.2 g/cm3,密度只有鋼的1/4,管的環向拉伸強度為180~300MPa, 軸向拉伸強度為60~150MPa,ZD可達230 MPa,近似合金鋼,而其比強度(強度/ 密度)是合金鋼的2~3倍。因此,可按用戶的不同要求,設計成滿足各類承受內、外壓力要求的管道。外壓作用下的管壁中心附近區域的正壓力很小,由樹脂砂漿層承擔,而高應力區則由位于管壁的純纖維纏繞區承擔。充分體現了復合材料的結構可設計性和物盡其能的特點。接頭少、易安裝,設備簡單。
(3)內壁光滑、糙率和摩阻力小:糙率系數為0.0084, 而混凝土管為0.014, 鑄鐵管為0.013,水頭損耗小,泵送費用低;相同口徑下,其輸送能力大;相同流量下,其口徑可減小1 個檔次;污垢積淤小。
(4)耐熱性、抗凍性好:在-30 ℃狀態下,仍具有良好的韌性和很高的強度,可在-50~80 ℃的范圍內長期使用,采用特殊配方的樹脂還可在110 ℃ 以上工作。
(5)適應性強:可根據用戶的各種特定要求,諸如不同的流量、壓力、不同的埋深和載荷情況,設計制造成不同壓力等級和剛度等級的管道 。