玻璃钢由于其突出的防腐性能和优良的复合性能在现代复合材料新技术中如日中天。我国在上世纪60年代末才开始玻璃钢管道的研究,真正地大量使用是在1987年以后,目前它已在我国大部分地区得到推广,特别是在经济发达地区。随着工业的发展和科技的进步,在玻璃钢管道的基础上,又研制出玻璃钢夹砂管道。玻璃钢夹砂管道(FRMP管),主要是由拉伸强度很高的玻璃纤维、耐压耐磨石英砂以及树脂复合而成。
1、FRMP管的管壁结构特性
一般玻璃钢管(FRP管)的管壁是由2层功能层(内衬层和外保护层)与1层结构层(承载层)所构成。
FRP管在承受内压的同时,一般均要承受一定的外压,特别是地下管道外载荷较大(包括上压力、地面活载荷、施工时真空压力等),因而对管刚度有较高的要求。对FRP管而言,为了满足管刚度要求只能利用增加FRP的用量,即增加壁厚来达到,这就使FRP管的成本无法降低。而实际上根据力学分析,在外压作用下管壁中心附近区域的正应力很小,虽然剪应力相对高于其它区域,但整个管壁中剪应力均较低。因此,这一区域的材料处于低应力状态。在设计时就可利用树脂砂浆这一低成本的材料来代替管壁中心附近的FRP材料,而形成一个树脂砂浆夹芯的管壁结构,这就是玻璃钢夹砂管道。玻璃钢夹砂管管壁结构由内衬层、缠绕层、树脂砂浆层和外防腐层组成,如图1所示。
从图1中可以看出在砂浆层的两侧有纤维缠绕增强热固性树脂结构层,该层玻璃纤维含量高达70%,因此具有管道所需要的强度。不仅如此,它还可以通过缠绕角度的改变来改变轴向和环向的强度比,以满足不同条件下的要求,由于这种可设计性,使其不增加管壁厚度就能达到不同强度的要求。另外,在管壁缠绕层中间的低应力区巧妙地夹进砂浆层,这样在不降低强度的情况下大大提高了管道的刚度,这不仅使管道的成本降低,同时也使它具备了地埋管所必须的高刚度性能。
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