鋼管是一種傳統(tǒng)管材,由鋼板螺旋纏繞成圓筒狀后焊接而成。從強(qiáng)度和剛度來看,夾砂玻璃鋼管和鋼管都具有優(yōu)良的特性。但從耐腐蝕性與使用壽命、水力特性、能耗、水質(zhì)、運(yùn)輸、安裝、以及價格等方面分析,夾砂玻璃鋼管比鋼管更優(yōu)越、更具有競爭力。

一、技術(shù)性能比較

1、設(shè)汁的靈活性

玻璃鋼管具有設(shè)計靈活性,可針對任何一種適用的技術(shù)參數(shù)組合進(jìn)行設(shè)計和制作,能夠最大化地滿足顧客的需要和要求；而鋼管的設(shè)計針對性就差些,只在一定程度上具備這種特點(diǎn)。

2、強(qiáng)度性能

玻璃鋼管具有優(yōu)良的強(qiáng)度性能,最大容許工作壓力可達(dá)到6.4MPa,設(shè)計安全系數(shù)在6倍以上。

1)抗拉強(qiáng)度:

根據(jù)纖維鋪設(shè)與含量情況,玻璃鋼管的表觀環(huán)向抗拉強(qiáng)度可在l40-520MPa之間,軸向抗拉強(qiáng)度可在70-320MPa之間;

2)抗彎強(qiáng)度:

根據(jù)纖維鋪設(shè)與含量情況,玻璃鋼管的表觀環(huán)向抗彎強(qiáng)度可在154-340MPa之間。不但管口是柔性接口,管材也是柔性的。

3)沖擊強(qiáng)度:

玻璃鋼管具有良好的抗沖擊強(qiáng)度,為300kgf·cm/cm2以上,有試驗(yàn)表明:將Φ2600玻璃鋼管從1.8m高處自由落下,未受任何破壞;

3、剛度性能

在剛度性能方面,二者都能滿足工程需要。玻璃鋼管是在承受彎曲應(yīng)力較小的管壁中間層根據(jù)工程需要增加夾砂層來提高剛度,可滿足用戶所提出的任何剛度要求。鋼管本身剛度足夠大,可不用考慮。

在承受短期意外的超載荷作用(如載重汽車)方面,玻璃鋼管可通過自身的彈性變形來承擔(dān),并在載荷移去后能自動恢復(fù)原狀;而鋼管在一定的變形下容易被剪切破壞或斷裂。

4、使用壽命

玻璃鋼管的基體是極其穩(wěn)定的高分子材料,且其破壞壓力是按工作壓力的6倍設(shè)計的,可以確保50年使用壽命(見AWWA, ASTM標(biāo)準(zhǔn))。

鋼管使用壽命一般為20年。運(yùn)行期間維護(hù)頻繁,維修難度大,費(fèi)用高。鋼管在埋入地下運(yùn)行時,管內(nèi)水質(zhì)、周圍土壤、地下水,埋設(shè)地帶附近是否存在電場等因素,均會使管內(nèi)外壁產(chǎn)生腐蝕。因此,標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定:管體內(nèi)外表面應(yīng)涂覆瀝青質(zhì)或其他防腐材料。由于涂覆材料與鋼管的材質(zhì)不同,在長期運(yùn)行中,受到氣候冷熱、水力沖擊等作用,容易產(chǎn)生界面分層脫落,而逐步失去防腐涂覆層,從而使管的內(nèi)表面鐵分子產(chǎn)生氧化作用、電化學(xué)腐蝕等,必將減少使用壽命。

5、水力特性比較

玻璃鋼管的內(nèi)壁非常光滑,新玻璃鋼管的Hazen-Wllliams粗糙系數(shù)C值為160一165,其保守的設(shè)計值(按50年計)為150。新鋼管的C值均為為120,經(jīng)使用后為C=65。C值的降低是由于管的內(nèi)表面鐵分子產(chǎn)生氧化作用和電化學(xué)腐蝕反映在內(nèi)壁結(jié)垢造成的。

鋼管與玻璃鋼管的流量進(jìn)行比較的數(shù)據(jù)。因?yàn)樾落摴艿慕^對粗糙度為0.05mm,腐蝕后的鋼管的絕對粗糙度為3mm，腐蝕后是未腐蝕鋼管的絕對粗糙度的60倍。

取鋼管的Hazen-Williams平均粗糙系數(shù)C值為1OO,玻璃鋼管的C為150,則12英寸的玻璃鋼管與14英寸的鋼管的流量相同。或者說,在同樣的管徑條件下,玻璃鋼管的流量比鋼管要大36%。

6、能耗比較

由于鋼管的Hazen-Williams粗糙系數(shù)C值隨著年份大幅度減少,其能耗也將大幅度增加。鋼管管線的能耗遠(yuǎn)大于玻璃鋼管線。其主要原因有兩個:其一是由于鋼管氧化、電化學(xué)腐蝕等因素,產(chǎn)生內(nèi)壁結(jié)垢而增加阻力,使能耗增加；其二是由于在新管狀態(tài)下,玻璃鋼管遠(yuǎn)比鋼管要光滑。值得指出的是:在管線壽命期的最后數(shù)年,鋼管線需要的泵送功率將從25馬力增加到60馬力:而玻璃鋼管線的功率基本保持不變。

現(xiàn)按同樣的流量進(jìn)行能耗比較:

設(shè)日流量為:6萬方,管全長為1O公里,輸送自來水,動力粘度系數(shù)1.2*10-6,坡高為零,其中鋼管的絕對粗糙度取平均值1.65mm。則:玻璃鋼管的揚(yáng)程為30.85m,而鋼的揚(yáng)程為58.62m。鋼的能耗是玻璃鋼管的1.9倍。這意味著在管道運(yùn)行時將大大增加后期成本。

7、水質(zhì)

玻璃鋼管的內(nèi)襯采用食品級樹脂,可確保水質(zhì)達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)(JC586一1995 ),并可用于輸送和貯存含氯的飲用水及生活用水。除此之外,在避光條件下的玻璃鋼管的內(nèi)壁不滋長微生物,因此埋地的玻璃鋼管可進(jìn)一步確保自來水的質(zhì)量。

由于鋼管必須涂覆涂料,因此GBl3295一91標(biāo)準(zhǔn)對涂料作了嚴(yán)格規(guī)定:涂料應(yīng)不溶于水,不得使水產(chǎn)生臭和味,涂料中的有害物質(zhì)應(yīng)符合衛(wèi)生部引水的有關(guān)規(guī)定。此外,由于鋼管壁粗糙,即使采取涂覆防腐材料工藝也難以達(dá)到和玻璃鋼管內(nèi)壁的光滑性,且長期使用后會產(chǎn)生腐蝕,因而會生長微生物和結(jié)垢,從而影響水質(zhì)。

8、防滲漏性能和抗水錘能力

玻璃鋼管采用雙環(huán)橡膠密封膠圈承插連接,安裝時在連接處l00%打壓試驗(yàn),可確保接頭密封性能100%合格。此外,由于玻璃鋼是一種致密性很高的復(fù)合材料,管身不僅不會由里往外滲水(如往外滲的污水影響農(nóng)田),而且也不可能由外往里滲(如管外部的污水往里滲將影響管內(nèi)的水質(zhì))。

鋼管在焊接時要求的作業(yè)條件較高,在現(xiàn)場施工過程中受條件的限制焊接質(zhì)量往往難以保證,因此焊接處密封的可靠性不及玻璃鋼管,爆管現(xiàn)象就是出在鋼管的焊接處。

由于玻璃鋼夾砂管具有很高的強(qiáng)度和良好的延展性,不會因?yàn)樗N作用和瞬間超壓產(chǎn)生破壞。

由此可見,玻璃鋼管材的防滲性比鋼管要優(yōu)越得多。

9、適用性、安全和環(huán)保特性

在可能的組合下,可根據(jù)使用條件要求對玻璃鋼夾砂管進(jìn)行靈活設(shè)計,并且,國內(nèi)先進(jìn)水平的生產(chǎn)裝備完全能夠按照各種設(shè)計方案生產(chǎn)出合格產(chǎn)品。由于食品級樹脂等原材料質(zhì)量穩(wěn)定,經(jīng)多年使用效果良好。

玻璃鋼管由結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的無機(jī)非金屬材料和大分子鏈的有機(jī)材料構(gòu)成,管道內(nèi)外富樹脂層的結(jié)構(gòu)形式使管材在長期使用中性能穩(wěn)定,滲入滲出極少,不會對所輸送的水質(zhì)和環(huán)境水土產(chǎn)生影響,因此,玻璃鋼夾砂管是一種很好的環(huán)保材料。由于玻璃鋼夾砂管具有很高的強(qiáng)度和良好的延展性,不會因?yàn)樗N作用和瞬間超壓產(chǎn)生破壞,又不會對所輸送的水質(zhì)和環(huán)境水土產(chǎn)生影響,因此,從諸多方面評價玻璃鋼夾砂管都是一種安全的管材。另外,由于玻璃鋼夾砂管內(nèi)壁光滑,水流阻力小,特別是在有重力流的情況下,所需的加壓設(shè)備少,節(jié)省運(yùn)行動力。一般情況下,玻璃鋼夾砂管的運(yùn)行費(fèi)用比其他管材低20%左右。

由于玻璃鋼夾砂管強(qiáng)度高,材質(zhì)穩(wěn)定,非外力作用不易破壞,可以講玻璃鋼夾砂管基本上是免維護(hù)的。國內(nèi)外正在運(yùn)行管道的良好表現(xiàn)也證明了這一點(diǎn)。

10、抗剝離性能

在規(guī)定的使用期內(nèi),正常使用情況下玻璃鋼夾砂管不會出現(xiàn)剝離現(xiàn)象。現(xiàn)從玻璃鋼夾砂管的構(gòu)成材料、材料作用原理、結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)工藝三方面加以說明。

1)構(gòu)成材料:玻璃鋼夾砂管的主要材料為不飽和聚酯樹脂、無堿無捻玻璃纖維和天然圓角石英砂。不飽和聚酯樹脂采用南京帝斯曼樹脂有限公司、大連鑫鼎樹脂涂料有限公司等國內(nèi)著名生產(chǎn)廠家的產(chǎn)品,其酸值、工藝浸潤性、澆鑄體斷裂韌性和強(qiáng)度等指標(biāo)均處于國內(nèi)領(lǐng)先水平;無堿無捻玻璃纖維采用巨石集團(tuán)和泰山玻璃纖維有限公司,該產(chǎn)品采用了先進(jìn)的池窯拉絲生產(chǎn)技術(shù),使用最佳的表面處理劑,因此,其拉伸強(qiáng)度、耐磨性、表面形態(tài)及其與樹脂的融合程度均十分理想;石英砂采用內(nèi)蒙古草原的天然圓角石英砂,經(jīng)水洗、烘干和篩選等工藝過程后得到符合理想級配的產(chǎn)品,其形狀、成份和潔凈度使天然圓角石英砂具有浸潤性好、堆積密度高、有效地提高玻璃鋼夾砂管強(qiáng)度和剛度等優(yōu)良性能。美國歐文斯科寧管道有限公司用與上述材料相同性能的材料生產(chǎn)的玻璃鋼夾砂管,經(jīng)美國歐文斯科寧管道有限公司美國技術(shù)中心和挪威技術(shù)中心按照ANSI/AWWA C950一95標(biāo)準(zhǔn)中的長期靜水壓設(shè)計基準(zhǔn) ( HDB ),經(jīng)過10000小時嚴(yán)格的模擬試驗(yàn),采用線性回歸分析方法推算出在50年的使用期內(nèi),按照規(guī)定要求設(shè)計和生產(chǎn)的玻璃鋼夾砂管的性能衰減程度是完全能夠達(dá)到其最低使用要求的。

2)材料作用原理:構(gòu)成地埋玻璃鋼夾砂管的主要材料無堿無捻玻璃纖維和天然圓角石英砂均屬典型的無機(jī)非金屬材料,起增強(qiáng)作用,具有理想的組份和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度,其性能在玻璃鋼夾砂管的成型過程和使用期內(nèi)無變化。不飽和聚酯樹脂屬黏接材料,在成型過程中發(fā)生化學(xué)反應(yīng),從低分子線性結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變成具有黏附力好,剪切強(qiáng)度高,收縮率小的穩(wěn)固的高分子三維立體結(jié)構(gòu),使其極難與增強(qiáng)材料脫離。

3)結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)工藝:玻璃鋼夾砂管的內(nèi)表面是由高比例不飽和聚酯樹脂和增強(qiáng)材料構(gòu)成的防滲漏層,然后是環(huán)向和交叉纏繞的無堿無捻玻璃纖維和樹脂層。整個石英砂層居于管壁中部位置,其中有多層環(huán)向和交叉纏繞的無堿無捻玻璃纖維起連接和增強(qiáng)作用。外層仍為環(huán)向和交叉纏繞的無堿無捻玻璃纖維和樹脂層。生產(chǎn)過程中給予纖維以足夠的成型張力并逐層壓實(shí),使整個管壁結(jié)構(gòu)渾然一體。

鋼管的導(dǎo)熱系數(shù)較高,與防腐材料間變形系數(shù)差別較大,在局部腐蝕、水流沖擊等外部因素作用下較易剝離。

11、抗凍性能

玻璃鋼管屬柔性管,斷裂延伸率較高,彈性好,導(dǎo)熱系數(shù)低,屬非金屬保溫材料。另外,由于玻璃鋼夾砂管的環(huán)向拉伸強(qiáng)度和軸向拉伸強(qiáng)度較高,即使在管內(nèi)滿水全部冰凍情況下,也不會出現(xiàn)凍裂現(xiàn)象。一般情況下,在寒冷地區(qū)埋設(shè)的玻璃鋼管運(yùn)行中可有1/3～1/2在凍層內(nèi)不致影響使用。

12、抗變形和基礎(chǔ)不均勻沉降能力

玻璃鋼管既具備足夠的抗外部荷載和變形的剛度性能,又具有一定的柔性, DNl800mm管接口借轉(zhuǎn)角度可達(dá)到1.5°;而鋼管為剛性連接,受外力或不均運(yùn)沉降作用易發(fā)生剪切破壞或焊囗開裂現(xiàn)象。因此,玻璃鋼管比鋼管具有更強(qiáng)的抗變形和不均勻沉降能力,對地震等外力有較強(qiáng)的抵抗能力。

13、維護(hù)與維修

從玻璃鋼管的特性和引松入長等工程的運(yùn)行情況看,玻璃鋼管是一種免維護(hù)的管材。如因外部因素造成玻璃鋼管損壞,玻璃鋼企業(yè)可采用成型的特種維修卡頭在不影響供水的情況下于最短時間內(nèi)解決問題。

鋼管一旦損壞或爆管,維修相當(dāng)困難。