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預應力塑料波紋管質量狀況及發展趨勢
日期:2017/10/20 12:01:07  瀏覽次數:  文章來源:本站原創

一、前言

目前大部分的橋梁為預應力混凝土橋,其中多數為后張預應力混凝土橋。對后張預應力鋼絞線的防銹是提高耐久性的關鍵。后張預應力用鋼絞線在應力狀態下極易銹蝕,而鋼絞線又很細,一旦銹蝕則將大幅度降低其承載力。自預應力技術出現以來,最佳的后張預應力筋的防腐措施一直是研究的重點,尤其是近十年來,世界在飛速發展,后張預應力混凝土結構在實際工程中得到了廣泛的應用,預應力筋的防腐越來越引起投資主體、研究者、設計、施工等部門的高度重視,傳統上,有粘結后張預應力筋的成孔材料通常采用由薄鋼帶壓制而成的高度重視,傳統上,有粘結后張預應力筋的成孔材料通常采用由薄鋼帶壓制而成的金屬波紋管,已擁有較為豐富的經驗,并制訂了一些國際標準和國家標準,如EN523(1997)、EM534(1997)、JG/T3013-94《預應力混凝土用金屬螺旋管》等。長期的應用表明,金屬波紋管容易引起漏漿,堵管,摩擦阻力系數過大,防腐性能差,不能絕緣,不能防止預應力筋受到雜散電流的腐蝕等諸多缺點。

1992年至1996年英國停止使用灌漿的后張有粘結預應力體系引起了對后張預應力筋耐久性全面反思,大量的工程實例研究表明導致金屬波紋管中預應力鋼材腐蝕的主要原因是含氯化物液體從結構薄弱環節的滲入。

采用塑料波紋管取代金屬波紋管已成為趨勢,目前在歐洲及日本采用非常普遍,由此而誕生了《FIP施工指南(1990)—應用體內有粘結后張預應力的塑料波紋管》施工標準。

二、品質狀況

從預應力塑料波紋管推出初始,在外形設計上首先是竹節式,該設計的缺陷是設備及模具昂貴、笨重,對員工的技能要求較高,同時所制的波紋管與螺旋構形的波紋管相比環剛度差。

隨后出現了螺旋式構形,該構形設計的優點是設備及模具輕便、費用低,對員工的技能要求較低,所制的波紋管在同等壁厚的條件下與竹節式波紋管相比環剛度較高,特別是可采用大一號的波紋管作為接管,施工可靠方便,深受施工單位的歡迎,在一些施工指南中都明確規定采用螺旋式波紋管,其缺點是波紋管生產速度慢。

基于螺旋式波紋管有較多的優點及優勢,有相當數量的竹節式波紋管廠家已轉換成螺旋式波紋管。

在塑料波紋管的材質品種上,FIP施工指南和行業標準JT/T529-2004都允許使用聚乙烯(PE)或聚丙烯(PP)。由于采用聚丙烯(PP)為材質生產塑料波紋管,在材料及生產設備上都有技術避壘,目前國內僅柳州威爾佳獨一家采用聚丙烯(PP)改性料為材質生產預應力塑料波紋管,其他廠家皆采用聚乙烯(PE)為材質生產預應力塑料波紋管,并在此中僅有歐維姆等個別廠家部份采用全新料生產、其他廠家均采再生料生產。

塑料波紋管在預應力工程中使用已有6個年頭,集累了豐富的經驗,也發現許多不足,以聚乙烯(PE)為材質生產的波紋管都存在二大致命缺陷:

1、無法達標

無論FIP施工指南和行業標準JT/T529-2004,都有一項局部橫向荷載檢測:即以800N的載R6的作用點向波紋管加壓并持荷2min后,受壓管材表面不破裂:卸荷5min殘余變形量不得超過管材外徑的10% 。在FIB施工指南和JT/T529-2004的波距要求下,任何一家以聚乙烯(PE)為材質生產的波紋管無法達到此項檢測要求。

2、難以滿足高溫條件下的施工要求

JT/T529-2004基本上是等效采用FIP施工指南,而FIP施工指南的時間是1990年、氣候適應地點是相對寒冷的歐洲,目前已是2007年,時過境遷,由于工業化進程加速,全球氣溫變暖已不可逆轉,加之我國地處東北亞及熱帶地區,氣候炎熱,近幾年不論北方南方都有高溫天氣達43℃、持續近一個月的記錄,對此我們進行了一些觀察和記錄:當所溫達35℃以上,烈日暴曬下的聚乙烯(PE)塑料波紋管,在無外力作用的情況下就呈現出變軟下塌的現象;另外由于商品水泥沙漿混凝土的普及,相當多的混凝土澆鑄都直接采用商品混凝土,有時商品混凝土出廠溫度高達60℃,已接近聚乙烯(PE)的軟化溫度,會給波紋管安全使用帶來危害。

由于存在上述難以逾越障礙,不少廠家在飽受退貨、工程索賠的切膚之痛后,采取下述無奈之舉:

a、把JT/T529-2004要求的30mm以上波距減少到20mm以下,并確保壁厚在上偏差,情況雖有改善,但仍不符合標準的局部橫向荷載要求,也付出了生產成本提高的代價,然而,過密的波距造成混凝土的石頭子無法嵌入到波紋管波谷而使波紋管與波紋管外的混凝土分層,影響橋梁的整體強度。

b、買通施工單位和監理,在未澆鑄混凝土前,先在波紋管中穿好鋼絞線,這是殺雞取卵的辦法,由于波紋管變形至使張拉受損,從而影響橋梁的整體強度。

三、發展趨勢

在FIP施工指南和行業標準JT/T529-2004中,規定800N徑向集中何載是考慮一個一般體重的人攜帶一般重物,踩在波紋管上時,波紋管支撐鋼筋或其它鋼筋對波紋管形成的局部壓力;或澆筑混凝土時波紋管上浮,鋼筋對波紋管形成的局部約束力。殘余變形量不大于內徑(圓管)標稱值的10%,以免影響穿束及局部突出增加磨壞管壁以及至使擴張拉受損的風險。因此,該檢測參數的設訂是至為關鍵的,關系到橋梁的整體強度及壽命。

標準中,塑料波紋管材質僅允許使用聚乙烯(PE)或取丙烯(PP),聚乙烯和聚丙烯同為聚烯烴類聚合物,是產量最大的通用型塑料。聚乙烯以其柔韌性及良好的加工性能而被廣泛應用于日常生活用品,聚丙烯有較高的機械強度更多的是用于工業零配件。

聚乙烯和聚丙烯材料物性見下表:


材質

拉伸強度

熱變形溫度

洛氏硬度

新聚乙烯

22PMa

60

62RHC

再生聚乙烯

13 PMa

40

60 RHC

新聚丙烯

40 PMa

80

90 RHC

威爾佳改性聚丙烯

45 PMa

90

105 RHC


顯而易見,導致聚乙烯(PE)為材質生產的波紋管無法達標及難以滿足高溫條件下的施工要求的主要原因是:聚乙烯(PE)材質強度及耐熱性差而造成。

也可以這樣說:以聚乙烯為材質的預應力塑料波紋管不適合中國國情,特別是不適合中國南方地區氣候及施工條件。

要可提供足夠的強度和剛度,這顯然要求高質量的原料、合理的波紋結構及精密的加工工藝。

聚丙烯(PP)塑料制品的高強度、耐熱性,成了預應力塑料波紋管材質,在中國的唯一選擇,這也是預應力塑料波紋管材質用料的發展方向——改性聚丙烯。

然而,聚丙烯可說是集所有塑料的優、缺點于一身,一般來說聚炳烯只能直接用于生產拉絲和薄膜等少數產品外,用于其他產品時(如管材、汽車保險桿、儀表板等)雖有工程塑料般的強度可取代ABS和尼龍,但需對聚丙烯進行改性,而改性塑料是一門涉及機械、高分子材料、精細化工領域的學科,同時也是一門模糊學科,一般的塑料企業實難進行。

另外,聚丙烯素有“難加工之說”,其主要原因有三:

1、對熱熔溫度過于敏感,在熔融狀態下,微量的溫度變化其流變性就發生很大變化,對于管村擠出成型就很難保障壁厚均勻。

2、熔體強度過低,在熔融狀態下,其強度很低,極容易造成熔體破裂,給管材擠出成型帶來很大困難。

3、產生分子取向,聚丙烯在融熔擠出流動過程中產生分子取向而造成的管材沿縱向拉伸強度很高、而橫向幾乎無強度可言。

由于存在上述較多的技術壁壘,目前國內僅柳州威爾佳規模生產聚丙烯預應力塑料波紋管,并通過國家化學建材檢測中心檢測。


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