当前我国城镇地下水给排水用FRPM管道的质量分析

当前我国城镇地下水给排水用FRPM管道的质量分析周仕刚 薛元德（同济大学复合材料与结构研究所，上海）摘要：本文通过改变玻璃纤维的用量对玻璃钢夹砂管主要性能的影响，对玻璃钢夹砂管中的玻璃纤维含量控制

当前我国城镇地下水给排水用FRPM管道的质量分析 周仕刚薛元德 （同济大学复合材料与结构研究所，上海） 摘要： 本文通过改变玻璃纤维的用量对玻璃钢夹砂管主要性能的影响，对玻璃钢夹砂管中的玻璃纤维含量 控制提出了相应的建议。通过对埋设管道在控制竖向变形值及管材的可变形能力的比较，建议工程中不宜 使用高刚度管。 1. 前言 玻璃纤维增强塑料夹砂管（GlassFiberReinforcedPlasticMortarPipe，简称FRPM管，或玻璃钢 夹砂管）由于其具有自重轻、内壁光滑水流摩阻小、耐腐蚀性能好、渗漏率低、对输送介质无二次污染、 运输施工方便、运行费用低、工程综合造价低等诸多优良特性，因而在市政的给水排水工程、水利水电工 程等系统得到较为广泛地应用。从上世纪九十年代中期开始批量使用玻璃钢夹砂管至今，已有近20年的 时间。总结玻璃钢夹砂管在我国的使用情况，可以说玻璃钢夹砂管是一种特点明显的管道产品，完全可以 成功应用在给排水工程中，据我们最近的了解，如1995年前后在北京水利局的引潮入城工程铺设的DN700 等玻璃钢夹砂管投入运行至今仍在正常使用，1997年在江苏常熟三水厂建设的DN1200、长度达10km以上 的玻璃钢夹砂管道运行正常，尔后的江苏太仓（1998年）、福建石狮（1999年）、青岛黄岛（2000年）、 福建福清（2001年）等地建设的玻璃钢夹砂管道引水工程也均已正常运行十年以上。当然玻璃钢夹砂管道 工程在应用中也出现了不少问题，有在施工阶段就出现管道发生破坏的情况、也有在铺设完成进行全线水 压试验阶段出现渗漏的问题、还有是在投入运行一段时间后出现爆管的情况，究其原因或是管材质量、或 是工程结构设计、或是施工质量等出席问题，下面就这些方面进行一些讨论。 2. 管材质量情况 玻璃钢夹砂管的性能应满足相应的产品标准要求，如我国现行的产品标准为《玻璃纤维增强塑料夹砂 管》（GB/T21238-2007），一旦通过管道工程结构设计确定所选用的玻璃钢夹砂管的规格，包括公称直 径、压力等级和刚度等级后，由各个管材生产企业进行管材铺层设计，对于定长缠绕工艺生产的玻璃钢夹 砂管，管设计过程中通常根据轴向强度要求确定螺旋缠绕的层数，再由环向拉伸强度的要求确定环向缠绕 的层数，最后由刚度等的要求确定夹砂层和整个管壁的厚度，当然也有一些企业在管材铺层设计过程中， 对于低压力、高刚度的管道，其环向拉伸强度有一定的富余，下面我们来进行一些比较。 我们知道，玻璃钢夹砂管管壁结构通常可分为五层，从内到外依次为内衬层、内玻璃纤维增强塑料层、 树脂砂浆层、外玻璃纤维增强塑料层和外保护层，其中中间三层形成的夹层结构可称为结构层，如图1所 示，承受管道所受到的载荷，综合而言，内外玻璃纤维增强塑料层的拉伸弹性模量在25GPa左右，环向拉 伸强度在350MPa左右，假设管壁结构层对称，结构层总厚度为t，内外玻璃纤维增强层厚度均为t，沿轴 1 向取单位宽度，管壁的环向拉伸强度F（kN/m）为： th