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地下管道性能分析-地下管道非开挖技术应用

时间:2026-01-26 理论教育 卡哇伊 版权反馈
【摘要】:根据ASTM D638,压力管道抗拉强度应达到21MPa。CIPP法管道修复用纺织内衬材料的基本构成为树脂,吸纳及提供强力的纺织材料部分和对树脂起阻隔保护作用的高分子薄膜材料部分,常见结构为纺织材料与高分子薄膜材料的粘合结构。修复后的CIPP管道应均匀连续,流量应至少达到修复前的100%。

CIPP使用的主要材料是柔性塑料管道和热固化性树脂。CIPP管材应能满足现场应用条件的要求,如能承受污水管道中正常的沼气、硫化氢一氧化碳、二氧化碳、甲烷等的水平,能忍受部分硫醇、油品的流入,能适用于潮湿、稀释酸的环境,能抵抗与土壤接触部分的土壤细菌及土中化学腐蚀的作用。最终产品应满足50年的设计寿命,在此期间不使损坏程度加剧、不产生腐蚀、不损失结构强度。

内衬材料应达到地区或行业标准的要求:

1)衬管的力学性能:根据ASTM D790,弯曲模量应达到1724MPa;弯曲强度应达到31MPa。根据ASTM D638,压力管道抗拉强度应达到21MPa。蠕变分析符合ASTM D2990要求。

2)衬管化学性质:修复后的CIPP内衬管应能抵抗排污管道中所有化学成分或添加剂的腐蚀作用。

CIPP法管道修复用纺织内衬材料的基本构成为树脂,吸纳及提供强力的纺织材料部分和对树脂起阻隔保护作用的高分子薄膜材料部分,常见结构为纺织材料与高分子薄膜材料的粘合结构。CIPP法管道修复技术对纺织内衬材料性能要求主要包括以下几点:

①强力性能:在内衬管安装过程中,内衬管尤其是纵向会承受一定的拉拽力,因此要求内衬管具有一定的强力性能,纵向伸长率不能过大,避免伸长引起内衬管的厚度,尤其是厚度均匀性发生变化。同时要求内衬管的横向具有一定的伸长应力,以适应不规则的管道或具有一定弯度的管道的修复,是保证内衬管良好安装的必要。美国标准ASTM D5813-04和ASTM F1743-96对内衬管的强力技术要求均为纵向和横向的最小拉断强力为5MPa。

②对树脂的吸纳性能:柔性内衬材料吸附树脂经固化后形成的复合材料的强力与树脂的比例有直接关系,需要根据最终结构强度要求设计柔性内衬材料吸纳携带树脂的性能。

③对树脂的阻隔性能:在CIPP法修复工艺中,需要有密闭性高分子膜材能对树脂浆料或粘合剂起到密闭限制作用,使树脂浆料或粘合剂均匀的分布。CIPP法管道修复工艺对密闭性膜材的性能要求包括柔软、具有一定的抗拉强度、能够耐受安装过程的低温条件、耐树脂浆料或粘合剂的侵蚀、能够耐受树脂固化时的高温条件、易于内衬管的成型加工。根据不同的设计,有时修复完成后密闭性膜材形成新管道的阻隔密闭层,因此有时也需要密闭性高分子膜材对管道中运行的介质(如燃气)具有良好的密闭作用,同时能够耐受介质的长期腐蚀。

④与树脂的相容性能:根据施工工艺,有时采用的树脂中含有一定的溶解能力强的成分(如苯乙烯),因此要求内衬材料所有组成能够耐受树脂的腐蚀,特别是能够耐受固化时的高温腐蚀。

⑤良好的层间粘合性能:密闭性高分子膜材与纺织材料之间应当具有良好的粘合强度,以避免在安装过程中或高温固化过程中密闭性高分子膜材与纺织材料分离。

1.柔性塑料管道

在CIPP作业过程中,在安装和树脂固化之前,柔性管道的主要功能是携带和支撑树脂。这就要求柔性管道在一定拉伸变形的情况下,能够承受内衬管道铺设过程中的拉伸应力,同时还应具有一定的柔性,以满足侧向连接和产生一定的膨胀以适应原有管道的不规则性。柔性软管的材料大部分采用非编织材料,但是可以采用编织材料。为了在施工中保护树脂材料,在软管的内外表面通常要涂覆非渗透性的聚乙烯或聚亚胺酯材料涂层。CIPP工艺各种施工方法的主要区别是软管的结构和复合材料、树脂的注入方法(手工或者真空)、安装工艺和固化工艺。

国内软管的制作一般采用市售的无纺布,再委托专业厂家粘贴防渗膜,人工缝制成软管,对缝隙处采用粘结法处理。此种方法的缺点是:两种无极性薄膜相互粘贴,牢固性难以保证,粘合剂不能适应长期的耐水与耐温要求,长期使用会使输送的液体渗漏到管中管的夹层处,造成对管道的腐蚀。国外有专业化公司生产最终产品无缝软管,但价格昂贵。

根据待修复管道的内径确定所选用的软管直径,软管直径一般比旧管道内径小5~10mm,以避免软管直径较大时,在旧管道里面内衬后留有褶皱,而软管具有的拉伸性可以弥补减少的直径余量。

内衬管应由多层脱脂非编织毛毡组成,并符合ASTM F1216的要求。内衬管的生产应遵循ISO 9002认证程序。内衬管应由单层或多层组成,但每一层的厚度都不应小于1.5mm厚。内膜应至少0.25mm。内衬管的内层管壁应能反射光线良好,以便于摄像检测。内衬管外壁每隔10ft都标出厂方名字和识别符号。内衬管的长度和直径在工地下入前应再次确认。

修复后的CIPP管道应均匀连续,流量应至少达到修复前的100%。作为替代测量流量的方法,可以采用测量修复前后曼宁系数(Manning Coefficient)的方法,若修复前曼宁系数为0.013,则对于无接头光滑的CIPP内衬管来说,应达到0.010。

原位固化法所采用的软管应符合以下要求:

1)软管应包含单层或多层聚酯纤维毡或同等性能的材料,其应能浸渍树脂并不与树脂发生反应,且能承受施工的拉力、压力和固化温度。

2)软管的外表面应包覆一层与所采用的树脂相容的非渗透性的透明塑料膜。

3)当软管由多层织物叠加而成时,各层之间的接缝必须错开,不得叠加。接缝连接必须牢固。软管及其接缝的横向与纵向抗拉强度按照GBT 3923.1—1997《纺织品 织物拉伸性能 第1部分 断裂强力和断裂伸长率的测定 条样法》的要求测试,均不得低于5MPa。

4)玻璃纤维增强的纤维软管应至少包含两层由抗腐蚀的玻璃纤维形成的能够浸渍树脂的软管,内表面应为聚酯毡层,外表面应为单层或多层抗苯乙烯或不透光的薄膜。

5)软管应能够伸展,并具有一定的韧性,其长度应大于待修复的管道的长度。软管直径的大小应保证在固化后能恰好与旧管道的内壁紧贴在一起。

6)生产商应提供软管固化后的初始结构性能的检测报告,其应符合本规范13.2.6和13.2.7的要求。

2.热固性树脂

在典型的内衬法应用中,树脂是系统的主要结构元素。树脂材料通常可以分为不饱和聚酯树脂、乙烯树脂和环氧树脂三类。每一种都有自己独特的化学耐腐蚀性能和结构性能,所有这些固化树脂都具有良好的抵抗家庭污水的化学腐蚀能力。由于不饱和聚酯树脂的耐化学腐蚀性、优良的物理性能、对CIPP工艺的优异的作业性能以及良好的经济可行性,被最早应用于CIPP内衬法管道修复技术中。20多年来,不饱和聚酯树脂始终是CIPP工艺中使用最多的固化材料。由于具有特殊的耐腐蚀能力、抗溶解性和高温稳定性能,乙烯树脂和环氧树脂主要用于工业管道和压力管道。这些材料也可应用于市政管道,但通常是不必要的,况且工程费用也要增加。(https://www.xing528.com)

采用树脂复合后应该保证纺织复合材料具有抗收缩、抗脆裂和良好的固化特性,并应保证树脂在适当的温度下具有较短的固化时间和较长的工作寿命。CIPP法所采用的树脂应符合以下要求:①树脂可采用热固性的聚酯树脂、环氧树脂或乙烯基树脂,并可与一定量的添加剂混合以达到工程的设计要求;②树脂应能在热水、热蒸汽或者紫外线的作用下固化,且初始固化温度应低于80℃。

(1)聚酯树脂

CIPP施工中应使用高度防腐蚀的自溶性聚酯,只能使用优质非再生的树脂。不得使用聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂,或含有填料、添加剂或增强剂的树脂。树脂需按照ISO 9002进行生产。树脂经销商应说明树脂本身在212℉温度时的腐蚀性。不饱和聚酯树脂的耐热性较好,可达120℃,并且具有较高的拉伸、弯曲、压缩等强度。它的耐化学腐蚀性能和介电性能也较好,固化温度低,适合于规模化生产,而且价格便宜,主要用于下水道修复。

(2)乙烯树脂

这种树脂为高级优质乙烯基树脂,具有较好的防腐蚀性能和耐高温性能。这种树脂也需要按ISO 9002进行生产。经销商应提供树脂本身的温度腐蚀比,热变形温度应大于2440°F。只能采用优质非再生树脂,不得使用聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂、填料、添加剂或增强剂。乙烯树脂用于在高温时具有防腐要求的场合,如特别脏的管道、工业管道及污水管道中。

(3)环氧树脂

环氧树脂则用于pH值不正常且外层具有不渗透保护层管道的修复,用于自来水管道和压力管道。环氧树脂品种多,能和不同固化剂组成不同的树脂/固化体系,室温或高温下都可固化,改性容易,环氧树脂的用量为总树脂混合物重量的2%~33%。

热固性聚酯酸树脂使用钴等作为催化剂,以加速其聚合作用。催化剂的用量占总树脂混合重量的1.5%~5%。

当业主有要求时,应做树脂的50年长期效果影响试验,树脂应满足ASTM D2990的要求,应力水平应至少加到屈服应力的25%。

3.防护膜

在纺织复合材料内衬管的主要组成部分中,防护膜是必不可少的一部分,它对管道的介质起到密封的作用,并且能够改善内衬软管的表面性能,使复合材料内衬管的内壁更加光滑,从而可以增加介质的流速。根据ASTM F1216—03标准,为了适应翻衬工艺的要求,防渗膜应具有较大的抗拉延伸率,同时,要与内衬软管协调变形。

防护膜质量的好坏是衬管材料质量好坏的关键。防护膜应满足以下要求:

1)厚度可以根据需要定做,通常厚度在0.1~1mm。

2)软衬材料与复合树脂不发生化学反应。

3)有较好的韧性、延伸性、耐磨性和较高的抗撕裂强度、较大的伸长率及良好的抗渗透性。

4)加工性好。

5)防护膜耐化学性能要求:在污水、10%H2 SO4、20%NaOH、污油条件中1000h内性能无变化。

国内有些企业用聚乙烯作为饮用水管道和污水管道的防护膜,用聚氯乙烯作为燃气管道和输油管道的防护膜,用聚氨酯作为污水管道和输油管道的防护膜。美国广泛使用低密度聚乙烯(LDPE)作为防护膜。LDPE综合了一些良好的性能:无臭、无味、无毒、透明、化学惰性、密封能力好、易于成型加工。采用LDPE制作的薄膜具有良好的抗撕裂性、曲挠性、密封性、化学稳定性以及缓慢的气味扩散性。低密度聚乙烯膜的厚度为0.3mm,断裂伸长率大于40%,软化点为120℃。

4.催化剂体系

应提供准确的树脂和催化剂配比。催化剂应以产品名标识,树脂/催化剂比例应由树脂厂商书面同意。催化剂体系由主催化剂和次催化剂组成。主催化剂的加量最大不超过树脂重量的1%。次催化剂加量不得超过树脂重量的0.05%。

不允许通过增加上述催化剂来加速树脂的养护过程。树脂、催化剂及其混合比在合同签订后不允许变更,除非得到业主的同意。树脂养护规划,如养护程序、加热持续时间、冷却程序等都应得到树脂厂方的书面认可。

5.贮存和运输要求

按照我国城市燃气规范的规定,CIPP法修复所用的复合筒状材料和粘合剂等应在质量保证期内使用,且自生产之日起贮存期不应超过18个月。

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