玻璃玻璃夹砂管制造工艺及施工方案

一、引言玻璃纤维增强塑料夹砂管，通常简称玻璃夹砂管或FRPM管，是一种以玻璃纤维为增强材料，树脂为基体材料，并在管壁结构中加入石英砂等填料的复合管材。其凭借轻质高强、耐腐蚀、内壁光滑、水头损失小、安装便捷、使用寿命长等显著特性，在给排水、市政工程、化工、电力、农田灌溉等诸多领域得到了广泛应用。本文将详细阐述其制造工艺要点与关键施工技术，旨在为相关工程实践提供参考。二、玻璃夹砂管制造工艺玻璃夹砂管的制造工艺多样，目前应用较为成熟且广泛的主要有离心浇铸成型工艺和缠绕成型工艺，其中缠绕成型工艺又可细分为连续缠绕和往复式缠绕等。无论何种工艺，其核心均在于将树脂、玻璃纤维及石英砂按设计要求均匀、紧密地结合为一体，形成结构稳定的管材。（一）原材料准备与配方设计原材料的质量是保证管材性能的基础。主要原材料包括：1.树脂基体：通常选用不饱和聚酯树脂、环氧树脂或乙烯基酯树脂等。树脂的选择需根据管材的使用环境（如介质腐蚀性、温度等）和强度要求确定。要求树脂具有良好的工艺性、固化性能及力学性能。2.增强材料：无碱玻璃纤维纱、玻璃纤维布、玻璃纤维毡等是常用的增强材料。其含碱量、纤维直径、tex数（线密度）及浸润性能均需符合相关标准，以确保与树脂的良好结合及管材的强度。3.填料（石英砂）：石英砂作为夹砂层的主要材料，其作用是提高管材刚度、降低成本。砂的纯度（二氧化硅含量）、颗粒级配、含泥量、含水率及圆度均需严格控制，以保证填充效果和管材结构的致密性。4.辅助材料：包括固化剂、促进剂、偶联剂、脱模剂、色浆等。这些材料的选择和用量需根据树脂类型及工艺要求精确配比，以调控树脂的固化速度、改善界面结合、便于脱模并赋予管材特定颜色。配方设计是制造工艺的关键环节之一，需通过试验确定各组分的最佳比例，以满足管材的物理力学性能、耐化学腐蚀性能及工艺可行性要求。（二）成型工艺1.离心浇铸成型工艺离心浇铸工艺是将按比例混合好的树脂、玻璃纤维（通常为短切纤维或磨碎纤维）和石英砂等混合料，定量浇入旋转的模具内。模具在电机驱动下高速旋转（线速度通常在一定范围内），借助离心力将物料均匀地甩向模具内壁，并压实成型。*工艺特点：生产效率较高，适合中小口径管材；管材结构致密，外观质量较好。*关键控制：模具转速、物料配比及投放顺序、固化制度是该工艺的关键控制点。转速过低易导致物料分布不均、密实度不足；过高则可能导致分层或砂料富集。2.缠绕成型工艺缠绕成型工艺是将浸有树脂的连续玻璃纤维纱（有时辅以玻璃布带），按照预定的缠绕角度（环向、轴向或两者结合）和张力，缠绕在旋转的芯模（或内衬管）上，并在缠绕过程中按设计要求加入石英砂（通常通过专门的砂斗装置定量加入，形成夹砂层）。*工艺特点：可精确控制管材的增强层结构（纤维方向、层数），从而优化管材的力学性能，尤其适合大口径、高压力等级管材的制造。根据缠绕方式的不同，可分为连续缠绕和往复式缠绕。*关键控制：缠绕张力、缠绕角度、纱片宽度、含砂量及均匀性、树脂含量、固化温度和时间是缠绕工艺的核心控制参数。稳定的张力和精确的角度是保证管材强度和尺寸精度的前提。夹砂层的均匀性则直接影响管材的刚度和环刚度。（三）固化无论是离心还是缠绕成型，敷设在模具（或芯模）上的管坯都需要经过固化过程，使树脂发生交联反应，形成坚硬的三维网络结构，从而获得管材的最终强度和形状。固化可分为常温固化和加热固化。*常温固化：通常在室温下进行，通过调整固化剂和促进剂的比例来控制固化速度。需保证足够的固化时间，避免固化不完全影响管材性能。*加热固化：对于一些高性能树脂或有特殊要求的管材，可能需要在加热条件下（如烘箱、加热模具）进行固化，以加快固化速度、提高固化度和改善性能。加热速率和固化温度曲线需精心设计，防止因内应力过大导致管材开裂。（四）脱模与后处理固化完全的管材需从模具（或芯模）上脱出。脱模过程应平稳，避免对管材造成损伤。脱模后，还需进行必要的后处理：1.修整：去除管材端口的飞边、毛刺，检查并修补可能存在的表面缺陷（如气泡、裂纹、砂眼等）。2.二次固化（若有必要）：对于某些树脂体系，可能需要进行后固化处理，以进一步提高树脂的固化度和管材的各项性能。3.检验：对成品管材进行外观、尺寸（直径、壁厚、长度）、巴氏硬度、水压试验、环刚度、环柔性等各项性能指标的检验，确保符合产品标准要求。三、玻璃夹砂管施工方案玻璃夹砂管的施工质量直接关系到管道系统的安全运行和使用寿命。其施工流程与传统管材既有相似之处，也有其特殊性，需重点关注管材的搬运、安装、接口处理及回填等环节。（一）施工前准备1.技术准备：熟悉设计图纸、施工合同、产品说明书及相关施工规范。进行图纸会审和技术交底，编制详细的施工组织设计或施工方案。对施工人员进行专业培训，特别是针对玻璃夹砂管特性的安装技术培训。2.材料准备与验收：*管材及配件进场时，应检查其规格、型号、数量是否与设计要求一致，并查验产品合格证、出厂检验报告等质量证明文件。*对管材外观进行逐根检查，不得有裂纹、破损、严重划伤、凹陷、色泽不均等缺陷。端口应平整、无毛刺。*按规定进行抽样送检，如环刚度、巴氏硬度等关键指标的复验。*管材、配件及胶粘剂、密封胶等辅助材料应妥善存放，避免阳光直射、雨淋、暴晒和接触腐蚀性介质。管材堆放场地应平整坚实，堆放高度不宜过高，防止受压变形或损坏。3.现场准备：*进行现场勘察，清理施工场地，平整场地，修建临时设施。*根据设计图纸进行测量放线，确定管道中心线、高程及开挖边界。*准备好施工所需的机械设备（如挖掘机、起重机、热熔对接机或专用接口工具、打压泵等）和工具，并确保其性能良好。*做好沟槽开挖前的降水、排水措施，确保地下水位降至槽底以下。（二）沟槽开挖1.开挖原则：沟槽开挖应根据土质情况、地下水位、管道埋深及周边环境，选择合适的开挖方式（人工开挖或机械开挖）和支护形式（如钢板桩、横撑、土钉墙等），确保施工安全。2.沟槽尺寸：沟槽底宽应根据管材外径、接口形式及施工操作空间确定，一般应比管外径大一定尺寸，以便于管道安装和接口施工。沟槽边坡坡度应根据土质、开挖深度等因素按规范要求放坡，或采取支护措施。3.基底处理：沟槽开挖至设计高程后，应清除基底的浮土、淤泥和杂物，平整夯实。对于软弱地基或不符合设计要求的地基，应按设计要求进行处理（如换填、铺垫砂石垫层、灰土夯实等），以保证管道基础的承载能力和稳定性。基底高程和轴线位置应进行复核。（三）管道敷设与安装1.下管：*下管前应再次检查管材质量及沟槽基底情况，确认无误后方可下管。*采用合适的吊装设备（如吊车、叉车）进行下管，吊装时应使用专用吊具（如吊带、专用卡箍），严禁用绳索贯穿管材两端进行吊装，避免损伤管材。吊装点应选择在管材的重心位置或规定的吊点处，轻吊轻放，防止管材碰撞沟槽壁或自身受损。*对于大口径管材，可采用人工配合机械的方式下管。2.管材连接（接口处理）：玻璃夹砂管的接口形式主要有承插式接口（橡胶圈密封）、法兰接口、套管粘结接口、热熔对接接口等，其中承插式橡胶圈密封接口因其安装便捷、密封性好而被广泛采用。*承插式橡胶圈密封接口施工要点：*清理：将承口内表面和插口外表面的油污、泥土、杂物及水分清理干净。*检查与安放橡胶圈：检查橡胶圈的规格、型号是否正确，有无破损、气泡。将橡胶圈平整、无扭曲地套在插口的凹槽内，可在橡胶圈表面及承口内壁均匀涂抹一层配套的润滑剂（通常为中性肥皂水或专用润滑剂，严禁使用油脂类润滑剂），以利于插入。*对准与插入：将插口端对准承口端，保持管道轴线在同一直线上。可采用手动葫芦、专用顶推工具或牵引设备将插口缓慢、均匀地推入承口内。插入过程中，应注意观察橡胶圈是否到位，有无扭曲、脱落。*检查：插入到位后，检查插口与承口之间的间隙是否均匀，橡胶圈是否已正确嵌入密封槽内。可用塞尺检查橡胶圈的压缩量是否符合要求。对于大口径管道，还应检查管道的同心度和直线度。*其他接口形式：法兰接口需保证法兰面平整、螺栓均匀紧固；粘结接口需保证粘结面清洁、涂胶均匀、固化完全；热熔对接接口则需严格控制加热温度、时间和对接压力。均应按相应的操作规程执行。3.管道就位与调整：管道安装应按设计坡度和高程进行。每安装一节（或数节）管道后，应及时用临时支墩或沙袋固定，防止管道滚动或移位。并对管道的轴线位置、高程进行复核调整，确保符合设计要求。（四）管道与检查井（构筑物）连接管道与检查井或其他构筑物的连接是防水的关键部位，应特别重视：1.可采用预制混凝土或玻璃钢短管与井壁连接，短管与井壁之间的缝隙用防水砂浆或膨胀混凝土填塞密实。2.也可采用柔性连接方式，如在井壁预留孔洞，孔洞尺寸略大于管道外径，管道与孔洞之间采用橡胶密封圈或密封胶圈加弹性填料密封。3.确保连接处不渗漏，并能适应一定的沉降和位移。（五）回填玻璃夹砂管属于刚性基础上的柔性管，合理的回填是保证管道结构受力安全和正常运行的重要措施。回填应在管道安装、接口检验合格及隐蔽工程验收通过后进行。1.回填土要求：回填土应采用颗粒级配良好、含水率适宜的砂土、砾石土、素土或设计规定的其他材料。不得含有淤泥、腐殖土、冻土、大块砖石及其他有害物质。对回填土的最大粒径应有所限制。2.回填顺序与方法：*回填应从管道两侧对称同时进行，分层夯实，严禁单侧回填或用机械直接推土回填，以免管道产生位移或损坏。*管底与基础之间的空隙（若有）应采用中粗砂或细石混凝土填充密实。*管区（管道两侧及管顶以上一定高度范围内，通常为管道直径的1-1.5倍，且不小于500mm）的回填土应严格控制压实度，分层厚度不宜过大（通常为____mm），采用小型夯实机械（如平板振动器、蛙式打夯机）逐层夯实，确保达到设计要求的压实系数。*管区以上的回填土，可按常规方法回填夯实，但应避免大型机械直接碾压管道顶部。当沟槽回填至设计地面后，应恢复原地貌。3.警示带铺设：在管道上方回填土达到一定厚度后，应按设计要求铺设警示带，警示带应连续铺设在管道正上方，距管顶距离根据设计确定。（六）闭水试验（或水压试验）管道安装及回填完成后，应按设计要求和规范规定进行闭水试验（适用于无压管道）或水压试验（适用于有压管道），以检验管道系统的严密性。1.试验前应做好水源准备、排水设施、加压设备及量测仪表的检查。2.管道应充满水并浸泡一定时间（通常不少于24小时），使管道充分吸水膨胀。3.按规范步骤进行升压、稳压、观测，检查各接口及管道本身有无渗漏现象，并记录相关数据。试验结果应符合设计及规范要求。（七）工程验收与资料归档工程完工后，应进行竣工验收。验收内容包括管道的轴线位置、高程、接口质量、回填土压实度、闭水（水压）试验结果、外观等。验收合格后，及时整理并归档施工技术资料，包括设计文件、施工记录、检验报告、隐蔽工程验收记录、竣工验收报告等。四、施工注意事项与质量控制1.管材搬运与存放：严禁抛掷、滚动、拖拽管材，避免剧烈碰撞。存放时应设支垫，支垫间距应符合规范要求，防止管材产生永久变形。2.安装环境：气温过低（如低于0℃）或过高（如高于40℃）时，应采取相应的防护措施，避免在恶劣天气（如暴雨、大风、雷电）条件下施工。3.接口质量：接口是管道渗漏的薄弱环节，必须严格按照操作规程施工，确保橡胶圈安装正确、接口密不透水。安装后应进行外观检查和必要的气密性试验（对气体管道而言）。4.回填质量：严格控制回填土料和分层夯实质量，特别是管区范围内的回填，是防止管道后期沉降、变形甚至损坏的关键。5.安全施工：沟槽开挖应按规定放坡或支护，防止坍塌。施工人员进入沟槽必须佩戴安全帽等个人防护用品。吊装作业应有专人指挥，确保安全。6.成品保