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玻璃钢管与混凝土管的比较分析
    本文将从玻璃钢夹砂管和混凝土管的强度性能、刚度性能、使用寿命、流量、能耗、耐腐蚀性能、水质、防渗、运输和安装、价格等10个方面进行比较和分析。
    1. 强度性能比较
    玻璃钢夹砂管具有优良的强度性能,最大容许工作压力可达到6.4MPa。而混凝土管是脆性材料,其最大工作压力仅为1.2MPa。
    1)抗拉强度:
    l 玻璃钢夹砂管 根据纤维铺设与含量情况,其表观环向抗拉强度可在140~520MPa之间,轴向抗拉强度可在70~320MPa之间;
    l 混凝土管的抗拉强度主要由钢筋承担,其表观抗拉强度远低于玻璃钢管。而混凝土本身抗拉强度很低,仅有2.15(400号混凝土)~2.65(600号混凝土)MPa,仅为玻璃钢管的0.86%~1.9%。其抗拉形式主要是以管壁抗裂压力进行设计。
    2)抗弯强度:
    l 玻璃钢夹砂管根据纤维铺设与含量情况,其表观环向抗弯强度可在154~340MPa之间。
    l 混凝土管的抗弯强度的抗拉和抗压部分分别由钢筋和混凝土承担,其表观抗弯强度仍远低于玻璃钢管。混凝土本身的弯曲抗压强度仅有29 MPa(400号混凝土)~40 MPa (600号混凝土),仅为玻璃钢夹砂管的8.5%~26%。
    3) 冲击强度:
    玻璃钢管具有良好的抗冲击强度,为300kgf·cm/cm2 以上 ,有试验表明:将Φ2600玻璃钢管从1.8m高处自由落下,未受任何破坏;而混凝土管 由于自身是一种脆性材料,冲击强度很低。
    2.刚度性能比较
在刚度性能方面,玻璃钢夹砂管与混凝土管具有同样的优势。玻璃钢夹砂管是在承受弯曲应力较小的管壁中间层以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。
但是,在承受短期意外的很大载荷作用下(如载重汽车),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回复原状;而混凝土管由于不能承受较大变形有可能产生断裂破坏。
    3.使用寿命比较
    玻璃钢夹砂管的破坏压力是按工作压力的6倍进行设计的,可以确保50年使用寿命(见AWWA、ASTM标准)。
    混凝土管 的破坏压力(对于Φ700管)仅按工作压力的2.5倍进行设计;而且,由于混凝土具有高碱性,主要承载的钢筋不可避免地受到混凝土材料的腐蚀(见《混凝土中钢筋的腐蚀与保护》 洪定海编著,中国铁道出版社,1998年出版)。一方面由于安全储备不高;另一方面由于钢筋的腐蚀,因此,一般混凝土管使用寿命为20年左右。
    4.流量比较
    玻璃钢管的内壁非常光滑,其绝对粗糙度仅为0.02mm;
混凝土管的绝对粗糙度为0.3~3mm(见《输油管道设计与管理》,严大凡主编,石油工业出版社,1986年出版)
    现按同样的Φ700管径进行流量分析:
    设:管长为10公里,扬程为30.8m,输送自来水,动力粘度系数1.2*10-6,坡高为零,其中混凝土管的绝对粗糙度取平均值1.65mm。 则:
    玻璃钢夹砂管水流量为6万方/日,而混凝土管的水流量仅为4.3万方/日。玻璃钢夹砂管的流量是混凝土管的1.40倍。
    5.能耗比较
    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10公里,输送自来水,动力粘度系数1.2*10-6,坡高为零,其中混凝土管的绝对粗糙度取平均值1.65mm。则:
    玻璃钢管的扬程为30.85m,而混凝土管的扬程为58.62m。混凝土管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。
    6.耐腐蚀性比较
    众所周知,关于耐腐蚀性能方面,玻璃钢管比混凝土管具有更明显的优势。玻璃钢管无以伦比的耐腐蚀性能已为广大用户所青睐。而混凝土管却受着双重腐蚀:其一是管壁内部混凝土对钢筋的腐蚀;其二是外部介质对混凝土管的腐蚀。
    7.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(JC586-1995),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。而混凝土管壁却会生长微生物,甚至会结垢,从而影响水质。
    8.防渗性比较
    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)。
    混凝土管在连接时不可能如玻璃钢管一样在接头处打压,因此不能确保接头密封的可靠性。即使对于承插连接的混凝土管接头采用内水泥密封,实践证明当水泥收缩后,原来渗漏的部位仍会渗漏。
混凝土管的管长仅5米,为玻璃钢管长的5/12,增加了管接头继而增加了管接头渗漏的机会。
    由于混凝土是一种致密性较差的材料,几乎处处存在细孔隙和微裂纹,甚至裂缝,因此管身具有一定的渗透性。
    以0.6MPa工作压力为例:混凝土管的抗渗压力仅为1.0MPa(见《简明管道工手册》,机械工业出版社,1993年版,1995年第三次印刷); 而玻璃钢管的抗渗压力在强度容许范围内不受任何限制,也就是说可与玻璃钢管的破坏应力同步,达到3.6MPa,是混凝土管抗渗性能的3.6倍。
    由此可见,玻璃钢管的防渗性比混凝土管要优越得多。
    9.运输与安装
    同管径同压力的玻璃钢管重量是混凝土管的十分之一,这无疑给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。
    10.价格
    由于玻璃钢管具有比混凝土管优良得多的使用性能,根据优质优价的原则,玻璃钢管每米销售价一般要比混凝土管稍贵。即使这样,从管道运输、运行所需的能耗、使用寿命等方面综合比较,玻璃钢管要比混凝土管便宜得多(见《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)
    此外,采用夹砂管道工艺使得玻璃钢夹砂管与混凝土管的销售价越来越近了,使得玻璃钢管在市场的竞争力也越来越强。美国至少已安装了15万公里的玻璃钢管线(90年代中期统计);欧洲各国新铺设的大中型输水污水管中,玻璃钢管的安装长度占15%~50%;日本的玻璃钢管市场占有率一直处于上升趋势,现已为整个安装长度为25%,已经超过钢管和混凝土管;而在中东地区,所有的大中型输水管、污水管、海水淡化系统管全部为玻璃钢管。
    通过以上论述分析可见,玻璃钢夹砂管是一种比混凝土管强度高、耐腐蚀性好、能耗低,流量大、输送水质好、防渗性强、便于运输和安装、寿命长,综合价格便宜的管道。


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