碳芯增強復合智能管的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于管道工程技術領域，具體涉及一種碳芯增強復合智能管材結構。
【背景技術】
[0002]玻璃鋼管道是一種樹脂基復合管，具有強度高、耐腐蝕、管壁光滑、優(yōu)良的水力性能，在給排水管道工程等市政建設中具有廣泛的應用背景。但其剛度低，變形較大，對施工要求較高，且一旦安放完成后，其服役期間無法監(jiān)控，導致管道破壞無法預測，可造成嚴重的后果。如果在不改變其結構的條件下，要提高玻璃鋼管道的剛度，必須增加樹脂用量，這樣往往導致產品成本過高。
[0003]另外，如果在管壁層間或管壁內外嵌入傳感器以獲取管材服役狀態(tài)信息，往往給管材制作工藝帶來困難，并且對施工要求很高，如施工工藝達不到，會較大地影響傳感器正常工作，嚴重影響傳感器工作壽命。因此工程上渴求一種既能在低成本前提下，彌補玻璃鋼(夾砂)管道目前剛度較低等不足，又具有自我感知特性的新型復合管材。
【發(fā)明內容】
[0004]本發(fā)明目的在于提供一種具有自我感知和健康監(jiān)測功能的復合智能管。
[0005]為達到上述目的，采用技術方案如下:
[0006]—種碳芯增強復合智能管，由內向外依次為玻璃鋼內襯層，厚度為I?5mm ;混凝土結構層，厚度為70?200mm ;碳芯傳感預應力層，厚度為I?20mm ;玻璃鋼外保護層，厚度為 1-2mm ；
[0007]其中，所述碳芯傳感預應力層是將離線預成型、截面規(guī)則的連續(xù)碳芯施加預應力后輸送至混凝土結構層上纏繞制作而成；相鄰碳芯間用樹脂混凝土或玻璃鋼材料進行填充。
[0008]按上述方案，將所述混凝土結構層替換為樹脂混凝土結構層；采用纏繞方式將經過樹脂浸潤后的石英砂通過兜砂布纏繞到玻璃鋼內襯層上制作而成。
[0009]按上述方案，所述碳芯傳感預應力層所用碳芯截面為圓形。
[0010]本發(fā)明利用碳芯高強度及其力電傳感的特點，與玻璃纖維增強塑料聯(lián)合制作碳芯增強復合智能管。該管材具有自我感知，健康監(jiān)測功能，采用纏繞及預應力工藝，使得碳芯在夾層內形成預應力層；同時因為碳芯具有力電效應，使得該預應力層兼具有感知管道受力的功能，形成碳芯傳感預應力層，從而獲得一種碳芯增強復合智能管及其制作方法。
[0011]本發(fā)明的有益效果是:
[0012]管線或管道一旦發(fā)生局部變形甚至破壞，對應位置的連續(xù)碳纖維束也將隨之變形，導致其電阻發(fā)生改變。通過監(jiān)測連續(xù)碳纖維束的電阻變化曲線，可在管道變形之初就可反映給管線管理部門，達到管道具有自我感知的智能化特點。
[0013]同時，本管材充分利用碳芯具有高強度的特點，通過纏繞及預應力工藝，使碳芯在管壁內形成預應力層，可大幅度地提高復合管的抗外荷載剛度，抵御管壁受外力作用導致的破壞。
[0014]該型管材的碳芯傳感預應力層，同時具有提前感知預警功能以及提高管剛度的特征，能在避免重大事故發(fā)生的同時，有效降低運行維護成本，具有潛在的社會和經濟效益。
[0015]保持了玻璃鋼(夾砂)管道耐腐蝕性等優(yōu)良特性，解決了玻璃鋼(夾砂)管道目前剛度較低的問題，使得管道在服役期間，具有自我健康監(jiān)測功能，對管網(wǎng)運行安全有著極具重要的作用，在城鎮(zhèn)地下管網(wǎng)建設方面具有廣泛的應用前景。該新型管材的應用，可提高我國管材制造技術水平，實現(xiàn)復合材料的高性能、低成本，為規(guī)?；?、工程化、產業(yè)化提供技術支撐，帶動產業(yè)升級，對滿足國家重點工程應用意義重大。
【附圖說明】
[0016]圖1:碳芯增強復合智能管結構示意圖；
[0017]圖2:碳芯傳感預應力層截面圖；
[0018]1-玻璃鋼內襯層；2_混凝土結構層；3_碳芯傳感預應力層；4_玻璃鋼外保護層；5-碳芯。
【具體實施方式】
[0019]以下實施例進一步闡釋本發(fā)明的技術方案，但不作為對本發(fā)明保護范圍的限制。
[0020]參照附圖1、2所示，本發(fā)明碳芯增強復合智能管，由內向外依次為玻璃鋼內襯層I，厚度為I?5mm ;混凝土結構層2，厚度為70?200mm ;碳芯傳感預應力層3，厚度為I?20mm ;玻璃鋼外保護層4，厚度為l_2mm ;
[0021]其中，碳芯傳感預應力層3是將離線預成型、截面規(guī)則的連續(xù)碳芯5施加預應力后輸送至混凝土結構層上纏繞制作而成；相鄰碳芯5間用樹脂混凝土或玻璃鋼材料進行填充。碳芯傳感預應力層所用碳芯5截面為圓形。
[0022]另外，本發(fā)明還可以將混凝土結構層替換為樹脂混凝土結構層；其采用纏繞方式將經過樹脂浸潤后的石英砂通過兜砂布纏繞到玻璃鋼內襯層上制作而成。
[0023]本發(fā)明碳芯增強復合智能管的制作工藝如下:
[0024]I)在連續(xù)纏繞設備的管道模具上，將聚酯氈、玻璃纖維表面氈或短切氈以及針織氈等玻璃纖維織物浸上樹脂后通過纏繞設備進行纏繞制作內襯層，使其厚度為I?5_ ;
[0025]2)在內襯層上，制作混凝土(或樹脂混凝土)結構層。該結構層根據(jù)管道壓力等級進行設計，一般厚度為70?200mm ；
[0026]若采用混凝土材料作結構層，則用內外模工藝將搗實后的混凝土制作結構層，若采用樹脂混凝土材料作結構層，則用纏繞設備將經過樹脂浸潤后的石英砂通過兜砂布纏繞到玻璃鋼內襯層上。
[0027]3)同時在另一工位上通過高張力施加系統(tǒng)，對截面規(guī)則(如圓形)的碳芯材料連續(xù)施加設定的預應力；
[0028]4)通過牽拉裝置將已施加預應力后的碳芯材料，通過纏繞設備同步連續(xù)纏繞到混凝土(或樹脂混凝土)結構層上，并在相鄰碳芯間用樹脂混凝土或玻璃鋼材料進行填充，形成碳芯傳感預應力層。傳感預應力層一般為一層，設計厚度為I?20mm(視碳芯直徑大小具體確定其厚度)；
[0029]5)在碳芯傳感預應力層上通過纏繞或噴涂設備將玻璃鋼或樹脂砂漿等材料制作外保護層，設計厚度為l_2mm。
【主權項】
1.一種碳芯增強復合智能管，其特征在于由內向外依次為玻璃鋼內襯層，厚度為I?5mm ;混凝土結構層，厚度為70?200mm ;碳芯傳感預應力層，厚度為I?20mm ;玻璃鋼外保護層，厚度為l_2mm ； 其中，所述碳芯傳感預應力層是將離線預成型、截面規(guī)則的連續(xù)碳芯施加預應力后輸送至混凝土結構層上纏繞制作而成；相鄰碳芯間用樹脂混凝土或玻璃鋼材料進行填充。2.如權利要求1所述碳芯增強復合智能管，其特征在于將所述混凝土結構層替換為樹脂混凝土結構層；采用纏繞方式將經過樹脂浸潤后的石英砂通過兜砂布纏繞到玻璃鋼內襯層上制作而成。3.如權利要求1所述碳芯增強復合智能管，其特征在于所述碳芯傳感預應力層所用碳芯截面為圓形。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種碳芯增強復合智能管。由內向外依次為玻璃鋼內襯層，厚度為1～5mm；混凝土結構層，厚度為70～200mm；碳芯傳感預應力層，厚度為1～20mm；玻璃鋼外保護層，厚度為1-2mm；其中，所述碳芯傳感預應力層是將離線預成型、截面規(guī)則的連續(xù)碳芯施加預應力后輸送至混凝土結構層上纏繞制作而成；相鄰碳芯間用樹脂混凝土或玻璃鋼材料進行填充。充分利用了碳芯具有高強度、力電感知的特點，通過纏繞及預應力工藝，使碳芯在管壁內形成傳感預應力層；在大幅度地提高復合管的抗外荷載剛度的同時，可對管材服役間進行實時健康監(jiān)測的功能，使得管道具有自我感知的智能化特點。
【IPC分類】F16L9/14
【公開號】CN105202278
【申請?zhí)枴緾N201510666087
【發(fā)明人】方璽, 李卓球, 宋建國, 宋建華, 張小玉, 陳建中, 宋鵬飛, 韓繼明, 徐東亮, 呂泳
【申請人】武漢理工大學, 恒潤集團有限公司
【公開日】2015年12月30日
【申請日】2015年10月15日