玻璃钢管道与其它管道的优势.doc

玻璃钢夹砂管道性能比较2012年3月12日一、玻璃钢夹砂管(frpm)的管材性能二、玻璃钢夹砂管(frpm)与钢管的比较三、玻璃钢夹砂管(frpm)与pe塑料管的比较四、玻璃钢夹砂管(frpm)与球墨铸铁管的比较五、玻璃钢夹砂管(frpm)工艺制作方案六、玻璃钢夹砂管(frpm)及纯玻璃钢管的应用七、附录1：玻璃纤维增强塑料夹砂管（gb/t21238-2007） 附录2：cecs190夹砂管工程设计规范编制说明 附录3：cecs_129：2001_埋地给水排水玻璃纤维增强热固 性树脂夹砂管管道工程施工及验收规程第一章玻璃钢夹砂管的管材性能玻璃钢夹砂管的管材性能比重l700kg/m3一l900kg/m3环向拉伸强度180一300mpa环向拉伸模量l7000-25000mpa轴向拉伸强度60一150mpa轴向拉伸模量8000一13000mpa弯曲强度100-140mpa弯曲模量9000一10000mpa垂直剪切强度50mpa剪切模量7000mpa泊松比0.3断面延伸率0.8%糙率系数0.oo84绝对当量粗糙度(新的、清洁的管道)0.0050. 023绝对当量粗糙度(长期使用以后的管道)0.o50热膨胀系数2.0* 10-5m/ c使用范围-40一70导热系数o.20kcal/(m.h.)比热o.30kcal/ (kg.c)机械加工性能好绝缘强度450一500kv/mm电阻率10i4(.cm)介电常数3-4定长管标准长度l=12000mm ( 0. oo5l)有效长度lp=11.6一11.74mm注:玻璃钢夹砂管道属于复合材料,可设计性极强,通过改变材料、缠绕角度以及夹砂比例等方面,可以得到不同的力学指标,以上性能指标仅供参考,具体性能指标以实际设计为准,不同条件下指标的要求见国家有关行业标准（gb/t21238-2007）.玻璃钢夹砂管的水力学性能玻璃钢的内表面相当光滑(糙率系数o.oo84 ),内表面的绝对粗糙度也很小,管内水的流态也大多数情况处于水力光滑管区和过渡系统区,壁面对紊流阻力的影响小,而象钢管、铸铁管、混凝土管等传统管材的糙率系数高,绝对粗糙度大,管内水的流态大多数情况处于粗糙区,壁面对紊流阻力的影响大,故磨擦阻力小,显著减少沿程的流体压力损失,提高输送能力20%以上。因此,在输送能力相同时,工程可选用内径较小的玻璃钢管道(见缩径表1)从而降低一次性的工程投入:若采用同等内径的管道,玻璃钢管道可比其它传统管材减少压头损失,节省泵的功率和能源(约30 % -40 % ),从而减少长期的运行费用(见表2)。注:建议水头损失计算公式:一、钢管和铸铁管 v1.2m/s时i = 0.000912 v2. ( l+o.o867/v)0.8/dj1.8(2) v1.2m/s.v2.时1=0.00107.v2/dj1.8i一每米管段长度的水头损失(m)dj一水管计算内径(m)一平均流速(m/s)二、混凝土管、钢筋混凝土管n=0.013时i=0.001743.g2/j5.33n=o.014时i=0.002021 . g2/dj5.33i一每米管段长度的水头损失(m)dj一水管计算内径(m)g 计算流量(m3/s)三、玻璃钢管(内芯模成型)i=0.000915.q1.774/dj4.774i一每米管段长度的水头损失(m)dj一水管计算内径(m)q 一计算流量(m3/s)表1根据谢才公式计算的缩径表管道(内衬水泥砂浆)可缩至相应frp管的口径dn350dn300dn400dn350dn500dn450dn600dn550dn700dn600dn800dn700dn900dn800dnlooodn900dnlloodnlooodnl200dnlloodnl300dnl200dnl400dnl200dnl500dnl300dnl600dnl400dn1800dnl600dn2000dnl700dn2200dnl900dn2400dn2100dn2500dn2200玻璃钢夹砂管道公称内径系列mm123456200250300350400450500600700800900100012001400150016001800200021002200240026002800300032003400360038004000玻璃钢夹砂管道公称压力等级mpao.050.10.250.40.60.81.01.21.41.6玻璃钢夹砂管道公称刚度等级系列n/m21250150017502000225025002750300032503500375040004500500055006000700080009000loooo建议公称刚度等级不小于sn2500第二章玻璃钢管（frpm）与钢管的比较玻璃钢管与钢管比较分析钢管是一种传统管材,由钢板螺旋缠绕成圆筒状后焊接而成。从强度和刚度来看,夹砂玻璃钢管和钢管都具有优良的特性。但从耐腐蚀性与使用寿命、水力特性、能耗、水质、运输、安装、以及价格等方面分析,夹砂玻璃钢管比钢管更优越、更具有竞争力。一、技术性能比较1、设汁的灵活性玻璃钢管具有设计灵活性,可针对任何一种适用的技术参数组合进行设计和制作,能够最大化地满足顾客的需要和要求；而钢管的设计针对性就差些,只在一定程度上具备这种特点。2、强度性能玻璃钢管具有优良的强度性能,最大容许工作压力可达到6.4mpa,设计安全系数在6倍以上。1)抗拉强度:根据纤维铺设与含量情况,玻璃钢管的表观环向抗拉强度可在l40-520mpa之间,轴向抗拉强度可在70-320mpa之间;2)抗弯强度:根据纤维铺设与含量情况,玻璃钢管的表观环向抗弯强度可在154-340mpa之间。不但管口是柔性接口,管材也是柔性的。3)冲击强度:玻璃钢管具有良好的抗冲击强度,为300kgfcm/cm2以上,有试验表明:将2600玻璃钢管从1.8m高处自由落下,未受任何破坏;3、刚度性能在刚度性能方面,二者都能满足工程需要。玻璃钢管是在承受弯曲应力较小的管壁中间层根据工程需要增加夹砂层来提高刚度,可满足用户所提出的任何刚度要求。钢管本身刚度足够大,可不用考虑。在承受短期意外的超载荷作用(如载重汽车)方面,玻璃钢管可通过自身的弹性变形来承担,并在载荷移去后能自动恢复原状;而钢管在一定的变形下容易被剪切破坏或断裂。4、使用寿命玻璃钢管的基体是极其稳定的高分子材料,且其破坏压力是按工作压力的6倍设计的,可以确保50年使用寿命(见awwa, astm标准)。钢管使用寿命一般为20年。运行期间维护频繁,维修难度大,费用高。钢管在埋入地下运行时,管内水质、周围土壤、地下水,埋设地带附近是否存在电场等因素,均会使管内外壁产生腐蚀。因此,标准规定:管体内外表面应涂覆沥青质或其他防腐材料。由于涂覆材料与钢管的材质不同,在长期运行中,受到气候冷热、水力冲击等作用,容易产生界面分层脱落,而逐步失去防腐涂覆层,从而使管的内表面铁分子产生氧化作用、电化学腐蚀等,必将减少使用寿命。5、水力特性比较玻璃钢管的内壁非常光滑,新玻璃钢管的hazen-wllliams粗糙系数c值为160一165,其保守的设计值(按50年计)为150。新钢管的c值均为为120,经使用后为c=65。c值的降低是由于管的内表面铁分子产生氧化作用和电化学腐蚀反映在内壁结垢造成的。钢管与玻璃钢管的流量进行比较的数据。因为新钢管的绝对粗糙度为0.05mm,腐蚀后的钢管的绝对粗糙度为3mm，腐蚀后是未腐蚀钢管的绝对粗糙度的60倍。取钢管的hazen-williams平均粗糙系数c值为1oo,玻璃钢管的c为150,则12英寸的玻璃钢管与14英寸的钢管的流量相同。或者说,在同样的管径条件下,玻璃钢管的流量比钢管要大36%。6、能耗比较由于钢管的hazen-williams粗糙系数c值随着年份大幅度减少,其能耗也将大幅度增加。钢管管线的能耗远大于玻璃钢管线。其主要原因有两个:其一是由于钢管氧化、电化学腐蚀等因素,产生内壁结垢而增加阻力,使能耗增加；其二是由于在新管状态下,玻璃钢管远比钢管要光滑。值得指出的是:在管线寿命期的最后数年,钢管线需要的泵送功率将从25马力增加到60马力:而玻璃钢管线的功率基本保持不变。 现按同样的流量进行能耗比较: 设日流量为:6万方,管全长为1o公里,输送自来水,动力粘度系数1.2*10-6,坡高为零,其中钢管的绝对粗糙度取平均值1.65mm。则:玻璃钢管的扬程为30.85m,而钢的扬程为58.62m。钢的能耗是玻璃钢管的1.9倍。这意味着在管道运行时将大大增加后期成本。7、水质玻璃钢管的内衬采用食品级树脂,可确保水质达到国家标准(jc586一1995 ),并可用于输送和贮存含氯的饮用水及生活用水。除此之外,在避光条件下的玻璃钢管的内壁不滋长微生物,因此埋地的玻璃钢管可进一步确保自来水的质量。由于钢管必须涂覆涂料,因此gbl3295一91标准对涂料作了严格规定:涂料应不溶于水,不得使水产生臭和味,涂料中的有害物质应符合卫生部引水的有关规定。此外,由于钢管壁粗糙,即使采取涂覆防腐材料工艺也难以达到和玻璃钢管内壁的光滑性,且长期使用后会产生腐蚀,因而会生长微生物和结垢,从而影响水质。8、防渗漏性能和抗水锤能力玻璃钢管采用双环橡胶密封胶圈承插连接,安装时在连接处l00%打压试验,可确保接头密封性能100%合格。此外,由于玻璃钢是一种致密性很高的复合材料,管身不仅不会由里往外渗水(如往外渗的污水影响农田),而且也不可能由外往里渗(如管外部的污水往里渗将影响管内的水质)。钢管在焊接时要求的作业条件较高,在现场施工过程中受条件的限制焊接质量往往难以保证,因此焊接处密封的可靠性不及玻璃钢管,爆管现象就是出在钢管的焊接处。由于玻璃钢夹砂管具有很高的强度和良好的延展性,不会因为水锤作用和瞬间超压产生破坏。由此可见,玻璃钢管材的防渗性比钢管要优越得多。9、适用性、安全和环保特性在可能的组合下,可根据使用条件要求对玻璃钢夹砂管进行灵活设计,并且,国内先进水平的生产装备完全能够按照各种设计方案生产出合格产品。由于食品级树脂等原材料质量稳定,经多年使用效果良好。玻璃钢管由结构稳定的无机非金属材料和大分子链的有机材料构成,管道内外富树脂层的结构形式使管材在长期使用中性能稳定,渗入渗出极少,不会对所输送的水质和环境水土产生影响,因此,玻璃钢夹砂管是一种很好的环保材料。由于玻璃钢夹砂管具有很高的强度和良好的延展性,不会因为水锤作用和瞬间超压产生破坏,又不会对所输送的水质和环境水土产生影响,因此,从诸多方面评价玻璃钢夹砂管都是一种安全的管材。另外,由于玻璃钢夹砂管内壁光滑,水流阻力小,特别是在有重力流的情况下,所需的加压设备少,节省运行动力。一般情况下,玻璃钢夹砂管的运行费用比其他管材低20%左右。由于玻璃钢夹砂管强度高,材质稳定,非外力作用不易破坏,可以讲玻璃钢夹砂管基本上是免维护的。国内外正在运行管道的良好表现也证明了这一点。10、抗剥离性能在规定的使用期内,正常使用情况下玻璃钢夹砂管不会出现剥离现象。现从玻璃钢夹砂管的构成材料、材料作用原理、结构和生产工艺三方面加以说明。1)构成材料:玻璃钢夹砂管的主要材料为不饱和聚酯树脂、无碱无捻玻璃纤维和天然圆角石英砂。不饱和聚酯树脂采用南京帝斯曼树脂有限公司、大连鑫鼎树脂涂料有限公司等国内著名生产厂家的产品,其酸值、工艺浸润性、浇铸体断裂韧性和强度等指标均处于国内领先水平;无碱无捻玻璃纤维采用巨石集团和泰山玻璃纤维有限公司,该产品采用了先进的池窑拉丝生产技术,使用最佳的表面处理剂,因此,其拉伸强度、耐磨性、表面形态及其与树脂的融合程度均十分理想;石英砂采用内蒙古草原的天然圆角石英砂,经水洗、烘干和筛选等工艺过程后得到符合理想级配的产品,其形状、成份和洁净度使天然圆角石英砂具有浸润性好、堆积密度高、有效地提高玻璃钢夹砂管强度和刚度等优良性能。美国欧文斯科宁管道有限公司用与上述材料相同性能的材料生产的玻璃钢夹砂管,经美国欧文斯科宁管道有限公司美国技术中心和挪威技术中心按照ansi/awwa c950一95标准中的长期静水压设计基准 ( hdb ),经过10000小时严格的模拟试验,采用线性回归分析方法推算出在50年的使用期内,按照规定要求设计和生产的玻璃钢夹砂管的性能衰减程度是完全能够达到其最低使用要求的。2)材料作用原理:构成地埋玻璃钢夹砂管的主要材料无碱无捻玻璃纤维和天然圆角石英砂均属典型的无机非金属材料,起增强作用,具有理想的组份和结构强度,其性能在玻璃钢夹砂管的成型过程和使用期内无变化。不饱和聚酯树脂属黏接材料,在成型过程中发生化学反应,从低分子线性结构转变成具有黏附力好,剪切强度高,收缩率小的稳固的高分子三维立体结构,使其极难与增强材料脱离。3)结构和生产工艺:玻璃钢夹砂管的内表面是由高比例不饱和聚酯树脂和增强材料构成的防渗漏层,然后是环向和交叉缠绕的无碱无捻玻璃纤维和树脂层。整个石英砂层居于管壁中部位置,其中有多层环向和交叉缠绕的无碱无捻玻璃纤维起连接和增强作用。外层仍为环向和交叉缠绕的无碱无捻玻璃纤维和树脂层。生产过程中给予纤维以足够的成型张力并逐层压实,使整个管壁结构浑然一体。钢管的导热系数较高,与防腐材料间变形系数差别较大,在局部腐蚀、水流冲击等外部因素作用下较易剥离。11、抗冻性能玻璃钢管属柔性管,断裂延伸率较高,弹性好,导热系数低,属非金属保温材料。另外,由于玻璃钢夹砂管的环向拉伸强度和轴向拉伸强度较高,即使在管内满水全部冰冻情况下,也不会出现冻裂现象。一般情况下,在寒冷地区埋设的玻璃钢管运行中可有1/31/2在冻层内不致影响使用。12、抗变形和基础不均匀沉降能力玻璃钢管既具备足够的抗外部荷载和变形的刚度性能,又具有一定的柔性, dnl800mm管接口借转角度可达到1.5;而钢管为刚性连接,受外力或不均运沉降作用易发生剪切破坏或焊囗开裂现象。因此,玻璃钢管比钢管具有更强的抗变形和不均匀沉降能力,对地震等外力有较强的抵抗能力。13、维护与维修从玻璃钢管的特性和引松入长等工程的运行情况看,玻璃钢管是一种免维护的管材。如因外部因素造成玻璃钢管损坏,玻璃钢企业可采用成型的特种维修卡头在不影响供水的情况下于最短时间内解决问题。钢管一旦损坏或爆管,维修相当困难。第三章玻璃钢管(frpm)与pe塑料管的比较玻璃钢夹砂管与pe塑料管的比较与分析1、引言1987年,我国首次从国外引进玻璃钢管自动缠绕生产线后,我国玻璃钢管的工业化生产开始起步,特别是1993年从国外引进玻璃钢夹砂管缠绕线以来,由于价格下降,性能优良,发展十分迅速,据中国玻璃钢工业协会2004年统计数据表明:将所有规格的玻璃钢夹砂管折算成直径1米的玻璃钢夹砂管,2003年全年的玻璃钢夹砂管总长度为600公里左右,产量6万7千余吨,产值14.2亿元。聚乙烯(pe)塑料管国际上是在20世纪60年代首次使用,而在1988年slovy公司研制出peloo管材专用料以后,、才提高了管材的许用应力,使得管材能在同样使用压力下减少壁厚,减少材料消耗,从而增强了pe管的应用优势,pe管以其质量轻,耐腐蚀性良好,可熔融焊接,易于运输和安装等优点在目前的管道市场上应用比较广泛。从强度和刚度来看,玻璃钢夹砂管具有优良的特性,相对而言,pe管较低些，从管材结构可设计性强,管口连接的防渗性、运输、安装以及管材的抗冻性和价格等方面分析,玻璃钢夹砂管比pe塑料管更优越、更具有竞争力。2、分析与比较2.1管材结构可设计性玻璃钢夹砂管可以根据要求承受的内压和外压以及现场具体施工使用条件进行管材最经济的结构工艺设计,工作压力为o.1-2. 5mpa,刚度等级大于等于2500pa等各种不同刚度,可进行最经济的适合水力条件的管材结构设计,玻璃钢夹砂管的管材结构可设计性很强。球墨铸铁管和pe塑料管的压力等级仅为规定的几个级别,pe塑料管的刚度等级一般仅有4000pa和8000pa两种,适用工程实际具有一定的局限性。2.2防渗性比较玻璃钢管采用双o型橡胶密封胶圈承插连接,安装时在连接处ioo%进行单口打压试验,可确保接头密封性能100%合格。此外,由于玻璃钢是一种致密性很高的复合材料,管身不仅不会由里往外渗水(如往外渗的污水影响农田),而且也不可能由外往里渗(如管外部的污水往里渗将影响管内的水质)。综上所述,玻璃钢夹砂管的防渗性比球墨铸铁管和pe塑料管要优越。2.3运输、安装与维护玻璃钢夹砂管双o型橡胶密封圈承插连接十分方便快捷,安装工具要求得也很简单,而pe塑料管现场接口熔融焊接需要焊接设备,且受现场环境的制约接口时间也较长,安装速度较慢。在安装的技术要求上玻璃钢夹砂管要比pe塑料管优越,因为为了阻止pe管的长期蠕变性,pe塑料管的埋设技术要求要比玻璃钢夹砂管严格得多。2.4价格无论从管材的单价,还是从综合造价,玻璃钢夹砂管的价格比pe塑料管更经济。相同口径比较,玻璃钢夹砂管单价低1o%以上;供水量相同的工程,玻璃钢夹砂管线的综合造价低20%以上。2.5抗冻性能玻璃钢夹砂管属柔性管,断裂延伸率较高,弹性好,导热系数低,仅为球墨铸铁管的1/233,属非金属保温材料。另外,由于玻璃钢夹砂管的环向拉伸强度和轴向拉伸强度较高,即使在管内满水全部冰冻情况下,也不会出现冻裂现象。一般情况下,在寒冷地区埋设的玻璃钢管运行中可有1/31/2在冻层内不致影响使用。3结论玻璃钢夹砂管和pe塑料管均是管道行业中的优质管材,但从管材的可设计性强、防渗、安装和维护、以及价格等方面来看,玻璃钢夹砂管具有一定的优势。第四章玻璃钢管(frpm)与球墨铸铁管的比较玻璃钢管与球墨铸铁管比较分析球墨铸铁管是一种经过球化和孕育处理铁水后,采用离心法浇筑而成的。制作时有冷模工艺和热模工艺之分,采用冷模工艺需采用退火工艺,一般适合于生产700一800以下的管材。由于经过处理的铁水石墨结晶体呈球状,故称球墨铸铁。其主要优点是:抗拉强度高,断裂延伸率高,耐腐蚀性能优于钢管2倍多。我国从80年代中期开始引进球墨铸铁管生产线,现可生产700m以下的离心球墨铸铁管(给水排水管道工程施工及验收规范实施手册,中国建筑工业出版社,1998年9月出版),并于1991年颁布了离心铸造球墨铸铁管(gbl3295-91)标准。该标准规定了700以下的球墨铸铁管(ni型、x型、s型接口)、l2oo以下球墨铸铁管(t型接口)的四个不同级别的尺寸标准。从强度和刚度来看,夹砂玻璃钢管和球墨铸铁管都具有优良的特性。但从耐腐蚀性与使用寿命、水力特性、能耗、水质、运输、安装及价格等方面分析,玻璃钢夹砂管比球墨铸铁管更优越、更具有竞争力。1.防腐性能与使用寿命优良的防腐蚀性能是玻璃钢管最突出的优点之一,这不仅使得玻璃钢管在运行时无须任何维护,而且是确保玻璃钢管能使用50年寿命的重要因素(见 awwa, astm标准)。尽管球墨铸铁管的耐腐蚀性能比钢管强,但球墨铸铁管在埋入地下运行时,管内水质、周围土壤、地下水,埋设地带附近是否存在电场等因素,均会使该管内外壁产生腐蚀(见中华人民共和国国家标准“给水排水工程结构设计规范编制说明”)。因此,离心铸造球墨铸铁管 (gbi3295-91)标准规定:管体内外表面应涂覆沥青质或其他防腐材料。由于涂覆材料与球墨铸铁管材的材质不同,在长期运作中,受到气候冷热、水力冲击等作用,容易产生界面分层脱落,而逐步失去防腐涂覆层,从而使管的内表面铁分子产生氧化作用、电化学腐蚀等,必将减少使用寿命。2.水力特性比较玻璃钢管的内壁非常光滑,新玻璃钢管的hazen-wllliams粗糙系数c值为160一165,其保守的设计值(按50年计)为150。新的球墨铸铁管与新钢管的c值均为为120,经使用后为c一65 (见图1)。c值的降低是由于管的内表面铁分子产生氧化作用和电化学腐蚀反映在内壁结垢造成的。采用文献frp管道手册(中国玻璃钢工业协会。国家建材局玻璃钢研究设计院,1998年3月出版)对钢管与玻璃钢管的流量进行比较的数据。因为新钢管的绝对粗糙度为o.05mm,腐蚀后的钢管的绝对粗糙度为3mm,腐蚀后是未腐蚀钢管的绝对粗糙度的60倍；而球墨铸铁管在出厂时(gbl3295-91)标准规定:表面缺陷不得大于(+o.o5t)mm。以1000管为例:其容许表面缺陷可为(+o.75)mm,按照球墨铸铁管的耐腐蚀性比钢管优3倍来考虑,腐蚀后的绝对粗糙度将大于3mm。因此,球墨铸铁管与钢管的水力特性相差不大。取球墨铸铁管的hazen-williams平均粗糙系数c值为100,玻璃钢管的c为150,则12英寸的玻璃钢管与14英寸的钢管的流量相同。或者说,在同样的管径条件下,玻璃钢管的流量比球墨铸铁管要大36%。3.能耗比较 由于球墨铸铁管的hazen-williams粗糙系数c值随着年份大幅度减少,其能耗也将大幅度增加。仍参照文献frp管道手册的比较数据,对球墨铸铁管管与玻璃钢管的能耗进行了比较:钢管玻璃钢管706050403020100功率（马力）1715139111 19753 图2 钢管线、frp管线功率消耗与时间的关系由图2可见,球墨铸铁管管线的能耗远大于玻璃钢管线。其主要原因有两个:其一是由于球墨铸铁管的铁分子氧化、电化学腐蚀等因素,产生内壁结垢而增加阻力,使能耗增加;其二是由于在新管状态下,玻璃钢管远比球墨铸铁管要光滑。值得指出的是:在管线寿命期的最后数年,球墨铸铁管线需要的泵送功率将从25马力增加到60马力;而玻璃钢管线的功率基本保持不变。4.水质比较玻璃钢管的内衬采用食品级树脂,可确保水质达到国家标准 (jc58一l995 ),并可用于输送和贮存含氯的饮用水及生活用水。除;此之外,在避光条件下的玻璃钢管的内壁不生长微生物,因此埋地的玻璃钢管可进一步确保自来水的质量。由于球墨铸铁管必须涂覆涂料,因此gbl3295一91标准对涂料作了严格规定:引用水的球墨铸铁管的涂料应不溶于水,不得使水产生臭和味,涂料中的有害物质应符合卫生部引水的有关规定。此外,由于球墨铸铁管壁粗糙,即使采取涂覆防腐材料工艺也难以达到和玻璃钢管内壁的光滑性,且长期使用后会产生腐蚀,因而会生长微生物和结垢,从而影响水质。5.防渗性和抗水锤能力比较玻璃钢管采用双环橡胶密封胶圈承插连接,安装时在连接处100%打压试验,可确保接头密封性能l00%合格。此外,由于玻璃钢是一种致密性很高的复合材料,管身不仅不会由里往外渗水(如往外渗的污水影响农田),而且也不可能申外往里渗(如管外部的污水往里渗将影响管内的水质)。球墨铸铁管在连接时不可能如玻璃钢管一样在接头处打压,因此接头密封的可靠性不及玻璃钢管。此外,一般球墨铸铁管长4-6m,而一根玻璃钢管长的12米,因此玻璃钢管比球墨铸铁管减少了接头,继而减少了管接头渗漏的机会。由于玻璃钢夹砂管具有很高的强度和良好的延展性,不会因为水锤作用和瞬间超压产生破坏。6.适用性、安全和环保特性在可能的组合下,可根据使用条件要求对玻璃钢夹砂管进行灵活设计,并且,国内先进水平的生产装备完全能够按照各种设计方案生产出合格产品。由于食品级树脂等原材料质量稳定,经多年使用效果良好。玻璃钢管由结构稳定的无机非金属材料和大分子链的有机材料构成,管道内外富树脂层的结构形式使管材在长期使用中性能稳定,渗入渗出极少,不会对所输送的水质和环境水土产生影响,因此,玻璃钢夹砂管是一种很好的环保材料。由于玻璃钢夹砂管具有很高的强度和良好的延展性,不会因为水锤作用和瞬间超压产生破坏,又不会对所输送的水质和环境水土产生影响,因此,从诸多方面评价玻璃钢夹砂管都是一种安全的管材。另外,由于玻璃钢夹砂管内壁光滑,水流阻力小,特别是在有重力流的情况下,所需的加压设备少,节省运行动力。一般情况下，玻璃钢夹砂管的运行费用比其他管材低20%左右。由于玻璃钢夹砂管强度高,材质稳定,非外力作用不易破坏,可以讲玻璃钢夹砂管基本上是免维护的。国内外正在运行管道的良好表现也证明了这一点。7.抗剥离性能在规定的使用期内,正常使用情况下玻璃钢夹砂管不会出现剥离现象。现从玻璃钢夹砂管的构成材料、材料作用原理、结构和生产工艺三方面加以说明。1) 构成材料:玻璃钢夹砂管的主要材料为不饱和聚酯树脂、无碱无捻玻璃纤维和天然圆角石英砂。不饱和聚酯树脂采用南京帝斯曼树脂有限公司、大连鑫鼎树脂涂料有限公司等国内著名生产厂家的产品,其酸值、工艺浸润性、浇铸体断裂韧性和强度等指标均处于国内领先水平;无碱无捻玻璃纤维采用巨石集团和泰山玻璃纤维有限公司,该产品采用了先进的池窑拉丝生产技术,使用最佳的表面处理剂,因此,其拉伸强度、耐磨性、表面形态及其与树脂的融合程度均十分理想；石英砂采用内蒙占草原的天然圆角石英砂,经水洗、烘干和筛选等工艺过程后得到符合理想级配的产品,其形状、成份和洁净度使天然圆角石英砂具有浸润性好、堆积密度高、有效地提高玻璃钢夹砂管强度和刚度等优良性能。美国欧文斯科宁管道有限公司用与上述材料相同性能的材料生产的玻璃钢夹砂管,经美国欧文斯科宁管道有限公司美国技术中心和挪威技术中心按照ansi/awwa c950一95标准中的长期静水压设计基准(hdb),经过10000小时严格的模拟试验,采用线性回归分析方法推算出在50年的使用期内,按照规定要求设计和生产的玻璃钢夹砂管的性能衰减程度是完全能够达到其最低使用要求的。2)材料作用原理:构成地埋玻璃钢夹砂管的主要材料无碱无捻玻璃纤维和天然圆角石英砂均属典型的无机非金属材料,起增强作用,具有理想的组份和结构强度,其性能在玻璃钢夹砂管的成型过程和使用期内无变化。不饱和聚酯树脂属黏接材料,在成型过程中发生化学反应,从低分子线性结构转变成具有黏附力好,剪切强度高,收缩率小的稳固的高分子三维立体结构,使其极难与增强材料脱离。3)结构和生产工艺:玻璃钢夹砂管的内表面是由高比例不饱和聚酯树脂和增强材料构成的防渗漏层,然后是环向和交叉缠绕的无碱无捻玻璃纤维和树脂层。整个石英砂层居于管壁中部位置,其中有多层环向和交叉缠绕的无碱无捻玻璃纤维起连接和增强作用。外层仍为环向和交叉缠绕的无碱无捻玻璃纤维和树脂层。生产过程中给予纤维以足够的成型张力并逐层压实,使整个管壁结构浑然一体。球墨铸铁管的导热系数较高,与防腐材料间变形系数差别较大,在局部腐蚀、水流冲击等外部因素作用下较易剥离。8.抗冻性能玻璃钢管属柔性管,断裂延伸率较高,弹性好,导热系数低,属非金属保温材料。另外,由于玻璃钢夹砂管的环向拉伸强度和轴向拉伸强度较高,即使在管内满水全部冰冻情况下,也不会出现冻裂现象。一般情况下,在寒冷地区埋设的玻璃钢管运行中可有1/31/2在冻层内不致影响使用。9.抗变形和基础不均匀沉降能力玻璃钢管既具备足够的抗外部荷载和变形的刚度性能,又具有一定的柔性,dnl800mm管接口借转角度可达到1.5;球墨铸铁管接口借转角度仅为o.7。因此,玻璃钢管比钢管具有更强的抗变形和不均匀沉降能力,对地震等外力有较强的抵抗能力。io.运输、安装与维护同管径同压力的玻璃钢管重量是球墨铸铁管的四分之一左右,这无疑给玻璃钢管的运输和安装提供了便利,同时也减少了运费,增加了安装的可靠性。玻璃钢管在运行过程中基本上无须任何维护,而球墨铸铁管由于耐腐蚀性能差,需要不断采取防腐维护措施,有时还需采取阴极保护等措施。从玻璃钢管的特性和引松入长等工程的运行情况看,玻璃钢管是一种免维护的管材。如因外部因素造成玻璃钢管损坏,玻璃钢企业可采用成型的特种维修卡头在不影响供水的情况下于最短时间内解决问题。11.价格无论从管材的单价,还是从综合造价,玻璃钢夹砂管的价格比球墨铸铁管更经济。相同口径比较,供水量相同的工程,玻璃钢管线的综合造价低22%以上。规格(mm)定长(m/根).单重(kg/m)单价(元/m)球墨铸铁管玻璃钢管球墨铸铁管玻璃钢管球墨铸铁管玻璃钢管dn4006l280.320.50337.26263.40dn500612lll.5i31.ol468.30357.26备注:以上两种管材均含胶圈及运费。关于玻璃钢管材的管径与球墨铸铁管材的管径相比较说明球墨铸铁管管材的粗糙系数n1=o.013玻璃钢管管材的粗糙系数n2=o.0084在管材输送的流量q和管线的水头损失i相同的情况下,根q-流量，m3/sd-管径，mi-水头损失n-粗糙系数据曼宁公司v=1/nr2/3i1/2 v=4q/d2 r=d/4 在q和i相同的情况下：d2/d1=（n2）3/8n1=（0.0084）3/80.0130.85因此,当q=4.4万t/d0.509m3/s,i=2时选球墨铸铁管管径d1=700mm则玻璃钢管管径d2=o.85700=595mm,选600mm合适。当q=5.5万t/do.637m3/s,i=2时,选球墨铸铁管管径dl=800mm则玻璃钢管道d2=o.85800=680mmm,选700mm合适,故在q和i相同时,dn600mm的玻璃钢管完全可以替代dn700mm的球墨铸铁管,dn700mm的玻璃钢管完全可以替代dn800mm的球墨铸铁管。47费用种类塑料管、玻璃钢夹砂管、球墨铸铁管综合费用比较表管径（mm）管材种类guancai 材料费（元/米）施工费（元/米）塑料管玻璃钢夹砂管球墨铸铁管塑料管玻璃钢夹砂管球墨铸铁管200991201345.105.155.472501421571757.937.377.443002201992219.759.289.4040028526028912.7612.3512.4150044936140215.3313.8615.4160047652917.3619.2970060667421.5123.9080075383622.5825.09注：1、玻璃钢夹砂管材的报价是按工作压力为0.6mpa，管刚度级别为5000pa为依据计算出来的，塑料管和球墨铸铁管的价格按目前市场估算而得。2、施工费用仅包括管材安装的人工费、材料费和机械费等直接费用。第五章玻璃钢夹砂管(frpm)的工艺制作方案1、管道的层合结构：1.1夹砂玻璃钢管道的管壁层合结构由内表面层和次内层（合称内衬层）、内纤维缠绕结构层、树脂砂浆层（也称夹砂层）、外纤维缠绕结构层及外表面层等部分组成，其图示如下1.2其各部分的组成和作用如下：a. 内表面层：由表面毡和内衬树脂组成，树脂含量约为90%，其作用为耐输送介质的腐蚀、磨损、防止输送介质的渗漏；b. 次内层：由短切纤维毡和内衬树脂组成，树脂含量约为70%，其主要作用为管道耐腐蚀、防渗漏的第二道防线；c. 内、外纤维缠绕结构层：是管壁的主要结构部分，由无碱无捻连续玻璃纤维缠绕纱和结构树脂通过缠绕方式而制成，树脂含量305%。主要为管道提供承受各种内外载荷所需的强度和部分刚度，也称强度层；d. 树脂砂浆层（夹砂层）：由石英砂和结构树脂组成，树脂含量约为30%，该层位于内外纤维缠绕结构层之间的管壁的低应力区域，其作用是提高管道承受外载所需的刚度；e. 外表面层：是外纤维缠绕层的一部分，主要由树脂和添加剂组成，其主要作用为防周围土壤或水对管壁的腐蚀作用，其树脂含量约为70%，对于露天管道添加防紫外线剂，增强露天管的抗老化性。结构组成表:名 称原 材 料树脂含量纤维含量作 用内衬层内表面层表面毡、防腐食品级树脂90%以上10%以下防腐蚀、防渗漏次内层短切纤维(毡)、防腐食品级树脂70%左右30%左右防腐蚀、防渗漏结构层连续玻璃纤维(石英砂)、结构树脂30%左右70%左右提供机械强度和刚度外表层耐外界腐蚀的树脂70%以上30%以下防外界腐蚀、外保护2、原材料主要技术指标：2.1表面毡表面毡作为内表层和外保护层增强材料，使玻璃钢具有较高的含胶量，使制品具有较好的耐介质腐蚀和耐土壤环境腐蚀性能。表1：序号指标名称物理指标执行标准1单重30g/m2gb7689.32含水率0.5%gb119663烧蚀附着率（6-12）%gb99142.2短切纤维毡作为内衬层的增强材料，使玻璃钢具有较高的含胶量，起防腐防渗作用。表2：序号指标名称物理指标执行标准1单重450g/m2gb7689.32含水率0.5%gb119663烧蚀附着率5%gb99142.3网眼布作为内衬层增强材料的压紧材料，赶压气泡，提高制品密实度。表3：序号指标名称物理指标执行标准1单重70g/m2gb7689.32含水率0.3%gb119663烧蚀附着率（1.0-2.0）%gb99142.4无碱无捻玻璃纤维缠绕纱作为结构层增强材料，对管道的强度和刚度起主要支撑作用。其表4：序号指标名称物理指标执行标准1线密度2400texgb7690.12含水率0.1%gb119663烧蚀附着率（0.4-0.8）%gb99142.5.1邻苯型树脂通用缠绕邻苯型树脂性表5.1：序号性能名称指标数值单位试验标准1外观清2酸值20-26mgkoh/gdin 53402或gb2895-19823粘度（23）350-500mpa.sdin，iso3219或gb7193.1-19874固体含量59-65%din en iso3251或gb7193.9-1987 浇注体性能表5.2：序号性能名称指标数值单位试验标准1拉伸强度80mpadin 43455或gb/t5349-19852拉伸弹性模量3700mpadin 53457或gb/t1447-19833断裂延伸率3.0%din 52455或gb7690.3-19874弯曲强度144mpadin 534525弯曲弹性模量3800mpadin 534576热变形温度85din 5349 iso 75a或gb7193.1-19872.6石英砂作为结构砂浆层填料，提高管道刚性。表6：序号指标名称指标数值1含水量0.1%2sio2含量95%2.7橡胶“o”型密封圈表7：序号指标名称指标数值1邵式硬度50-602拉伸强度10mpa3断裂延伸率400%4恒定压缩永久变形8.7%（2370h25%）2.8固化剂表8：序号指标名称指标数值1活性氧含量10%2凝胶时间12-20min2.9促进剂表9：序号指标名称指标数值1钴含量0.4%-0.5%2凝胶时间12-20min3、管道的制作工艺流程：管道的生产制作采用定长往复纤维缠绕工艺成型方法进行。该成型工艺具有生产过程先进、高效，均为自动化、机械化生产、制品质量稳定、性能可靠等方面的特点，其夹砂玻璃钢缠绕管道工艺流程见下图：助剂内衬树脂无捻粗纱助剂结构树脂内 衬 用增强材料配料搅拌配料搅拌设备、模具的准备内纤维缠绕层的制作内衬固化内衬制作常温加热石英砂树脂砂浆层的制作树脂砂浆层的碾压外纤维缠绕层的制作固化外表层的制作成品堆放检验脱模修整切割 常 温 加 热图. 夹砂玻璃钢管道工艺流程图4、管道的原辅材料方案：（1）增强材料：a. 玻璃纤维表面毡或聚酯表面毡：规格为30 45g/m2，用于管道内表面层的制作；b. 短切纤维（毡）类：规格为300450g/m2，主要用于管道次内层的制作；c. 网眼布：玻璃纤维网眼布，规格为50 70g/m2，用于内衬树脂中气泡的排除；d. 缠绕纱：连续玻璃纤维无碱无捻粗纱，规格为2400tex，用于管道纤维缠绕结构强度层的制作；e.玻璃纤维方格布，规格0.24mm或0.4mm，用于管件制作。f. 石英砂：2060目的优质石英矿砂，经水洗加工而成，含水量0.2%，用于管道树脂砂浆层的制作。（2）基体材料：a. 内衬树脂：根据输送的介质为客户选用不同的不饱和聚酯树脂,满足性能要求.针对本工程工作环境、输送介质及其工作压力决定选用高等级的食品级间苯型不饱合聚脂树脂作为其内衬树脂。b. 结构树脂：采用适宜于缠绕工艺的邻苯型不饱和聚酯树脂。（3）助剂：a. 引发剂：采用过氧化甲乙酮（mekp）作为树脂引发剂；b. 促进剂：采用辛酸钴（co2+液）作为树脂促进剂。5.管道的主要连接形式：根据工程管道压力等级，安装地理环境等条件，玻璃钢夹砂管道主要采取承插双“o”型密封圈、平端粘接及法兰对接三种连接方式：1、承插双“o”密封圈连接管道：适用于地下埋设的较大口径中、高压玻璃钢管道的安装连接，优点是安装速度快，对双“o”型密封圈连接，还可边安装边试压，其管道形式、连接方式见下图：2、平端粘接管道：适用于各规格管道系统及管件连接（如转弯部分或法兰处），其管道形式见下图：3、法兰连接管道：适用于低、中压管道系统及与其它设备的连接，其几何尺寸可与gb、jb、hg、astm、din、jis等标准相适应，其管道形式见下图：设计、制造、测试所执行的主要标准序号标 准 号标 准 名 称3astm d2996增强热固性树脂纤维缠绕管4gb/t21238-2007玻璃纤维增强塑料夹砂管6cecs129：2001埋地给水排水玻璃纤维增强热固性树脂夹砂管道工程施工及验收规程7gb/t1446-1983纤维增强塑料性能试验方法总则8gb/t1447-1983玻璃纤维增强塑料拉伸性能试验方法9gb/t2576-1989纤维缠绕增强塑料环形试样拉伸试验方法10gb/t3854-1983纤维增强塑料巴氏(巴柯尔)硬度试验方法11gb/t5349-1985纤维增强热固性塑料管轴向拉伸性能试验方法12gb/t5351-1985纤维增强热固性塑料管短时水压失效压力试验方法13gb/t5352-1985纤维增强热固性塑料管平行板外载性能试验方法14gb/t8237-1987玻璃纤维增强塑料(玻璃钢)用溶液不饱和聚酯树脂15gb/t13115-1991食品容器及包装材料用不饱和聚酯树脂及其玻璃钢制品卫