水泥管制造技术

一种水泥管，其具有由纤维增强、呈伪应变强化（ＰＳＨ）的水泥基体形成的管状壁。所述基体和位于一个范围内的壁厚与直径之间的比率使得：在通过三边载荷方法测试时，所述管在径向准静态弯曲（挠曲）时具有特有的性质。所述性质为：所述管的应力－相对位移曲线具有一个基本上线弹性的区域以及一个从ＬＯＰ至ＭＯＲ的ＰＳＨ区域，所述线弹性区域具有位于第一极限内的第一斜率，所述ＰＳＨ区域越过一可能的过渡部分，具有比所述弹性部分的斜率小、并位于第二极限内的斜率。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
1本专利技术涉及适于地下使用的水泥管。
技术介绍
2通常经过钢加强的标准混凝土管要经过数道不同的工艺制成。这些工艺包括在水平布置的模具上的离心旋转，以及在竖直模具或模板中的干法铸型、灌浆孔塞头及夯实工艺。在这些工艺的每一个中，为了实现好的密实度，振动都是非常重要的。尽管竖直模板工艺——其中湿的混合物由锥形导引器引导至内模板与外模板之间——可以有不同变化，但是在各个情况下还是使用了较干燥的混合物。3标准管由包括水泥、沙子、石头以及水的混合物制成。在这么长的时期中，这些混合物在过去100年的大部分时期都保持未变，除了使用新型的波特兰水泥以及可能包括入一定比例的、作为水泥粘合料的一部分的诸如飞灰的火山灰材料之外。4另一种形式的混凝土管由Hatchek/Mazza工艺形成。在此，纤维增强混凝土(FRC)管如此地制成将数层水泥、细硅土、纤维及水的混合物的叠层在应力下层叠在圆柱心轴上，以形成由蒸汽处理或热压法制备的生坯管。初始使用的纤维是石棉，但后来禁止使用石棉，该工艺就采用了纤维素及塑料纤维。5标准混凝土管是刚硬的，具有较高的耐压强度。其强度部分地取决于所使用的混合物中水组分较低。在由离心模制而制成的标准管的情况下，初始约为0.35到0.38的水/水泥重量比可以在模具旋转期间降低至0.32到0.35。但是，其强度也取决于实际的壁厚及由此对原材料相对较大的消耗。6FRC管也是刚硬的，且由于纤维增强，故相较于由钢加强的标准混凝土管，FRC管可以具有一定程度的耐压强度。此外，它们具有一个优点方便制成较长的长度。但是，就给定的直径及壁厚而言，由于所需的层叠工艺，每单元长度的成本较高，故它们制造起来相对昂贵。而且，当使用纤维素纤维时，它们更易于因为老化而造成物理特性上的劣化，特别地，当它们在长期暴露于地下水之后易于在较高负载下分层。
技术实现思路
7本专利技术的目的在于提供一种适于地下使用类型的水泥管的替换形式。8根据本专利技术的水泥管由纤维增强的水泥材料制成。其具有管状壁，所述壁的壁厚与直径比位于所需的范围内。所述水泥材料及所述壁厚与直径比率的范围为在由三边载荷方法测试时，所述管在径向准静态弯曲(挠曲)中呈现出典型的特性。所述性质使得所获得的应力-相对位移曲线表现出基本上呈线性的弹性部分，其斜率位于所需的第一极限内；并且，从弹性部分的比例极限(LOP)至断裂模量(MOR)为伪应变强化(PSH)部分，其在一可能的过渡区之后的斜率小于弹性部分的斜率并位于所需的第二极限内。9根据本专利技术的管具有相对较小的壁厚与内直径之间的比率。对于给定的管直径，所述壁厚处于相对较窄的范围内，同时随着直径的增加壁厚范围也增加。对于标准管尺寸，相对于内径与壁厚范围的说明性示例如下管直径一般壁厚 优选壁厚最小 最大 最小 最大225mm 5mm 9mm 6mm 8mm375mm 8mm 15mm 9mm 13mm750mm 16mm 30mm 20mm 26mm 2100mm45mm 85mm 55mm 75mm10本专利技术的管的相对较小的壁厚与直径之间的比率对于管实现所需的应力/相对位移曲线、从而获得优异的性能特性而言是非常重要的。较低的比率也使得有效地利用纤维增强水泥材料，并实现每单位长度管的相对小的重量。11对于标准管尺寸的壁厚范围与内径之间的关系的说明性示例适用于实现本专利技术的管的所需的应力-相对位移曲线的特性。对于大多数相应的机械地确定的性能而言，该等示例可实现极其优异的值。但是，在小的管直径的情况下例如要获得合适的抗磨损性变得更加难以达成。由此，例如对于具有大约为225mm内直径的管而言，使用与所示出的壁厚范围上限相接近的壁厚是优选的。12在承受产生直至所述LOP应力的负载时，本专利技术的管可如刚性管地工作。在承受产生较高的、并高至所述MOR应力值的负载时，由于应力强化的作用，所述管可如柔性管地工作。但是，对于产生超过LOP应力值的负载有一些限制，以下将详述。13如将被理解的，本专利技术的管的应力-相对位移曲线的与尺寸无关。但是，该曲线——特别是LOP及MOR——与形成该管的水泥材料的组份并不是无关的。有鉴于后者，该曲线可根据基体的各个组份及分散在基体中的纤维的特性(长度、直径、组份及体积比)而改变。但是，允许基体成份及水泥材料的纤维的改变，当由澳大利亚标准AS4139-2003三边载荷方法进行测试时，应力/相对位移曲线可以总结为具有以下性能特性14(a)LOP的值、或在首次测试中基体的抗裂强度(如果由于逐渐地偏离弹性而使得LOP不易于识别)，其从约4MPa至12MPa，例如从约5MPa至10MPa，但更通常的从约5MPa至7MPa；15(b)在弹性变形的极限处的相对位移(δ1)为从约0.3％至约0.9％，例如从约0.4％至0.8％，但更通常的从约0.6％至0.8％； 16(c)曲线的PSH部分的可能的第一部分，称之为过渡部分，如果其存在的话，则其范围上至约1.7％的相对位移(δ2)，例如从约1.1％至1.5％，通常约1.2％；17(d)PSH部分的主要部分(或者在不存在可能过渡部分时基本上为整个PSH部分)，其范围上至约11％的位移(δ3)，通常在从约2％至约11％的范围内，例如从约3％至10％，诸如从约5％至约9％；及18(e)从约10MPa至20MPa的MOR，诸如从约10MPa至17MPa，通常从约10MPa至15MPa，诸如从约11MPa至15MPa。19由于这些特性，根据本专利技术的管的应力/相对位移曲线具有进一步的显著特性。其中第一项为所述曲线线性部分上的在上述第一极限内的斜率(S1)，从约1000MPa至1700MPa，例如从1000MPa至1650MPa，诸如从1330MPa至1650MPa。另一第二特性为PSH部分的主要部分(或者在不存在可能的过渡部分时大致上为整个PSH部分)具有正斜率(S3)，其在上述第二极限内可从非常小的值直至约0.04S1至0.25S1，例如约0.05S1。此另一第二特性通常不落在相对较窄的范围内。但是，当在干及湿的状态通过AS4139-2003三边载荷方法进行测试时，相信其对于本专利技术的管而言是唯一的。20应力/相对位移曲线的PSH部分的上述可能过渡部分为延伸过LOP的曲线的相对较短的过渡部分。如果存在，过渡部分为弧形且从而其斜率逐步从大体线弹性部分的斜率减小至PSH部分的主要部分的斜率。而且，将要理解的是虽然曲线的弹性部分为大体平滑的线形，PSH部分的振幅快速波动，反映了应变强化情况中的微裂缝的形成。由此，需要理解的是应力/相对位移曲线的PSH部分的斜率指的是该部分的平滑走向的斜率。21制成管的纤维增强材料必须是一种可以具有伪应变强化性能的材料。这样，超过管水泥基体的抗裂强度的负载导致在该管于该负载下挠曲时多个紧密分布的微细裂缝的形成。当负载达到基体抗裂强度时，由于裂缝由纤维跨接起来，故初始形成的裂缝宽度不会增加。相反，当所施加的负载超过抗裂强度使得管进一步挠曲时，会在基体中产生其他微裂缝。22当减少或消除产生微裂纹的负载时，管可以恢复至或大体恢复至其未弯曲状态。在此过程中，微裂缝大体上闭合。如果时间允许，通过二氧化碳与自由石灰及氢化钙——该氢化钙通过形成管的水泥材料的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种适于地下使用的水泥管，其中所述管具有由纤维增强水泥基体或可呈伪应变强化（ＰＳＨ）性能的材料形成的管状壁，所述壁的壁厚与直径之间的比率位于一个范围内，且所述水泥材料及所述壁厚与直径比率的范围使得：在通过三边载荷方法测试时，所述管在径向准静态弯曲（挠曲）时具有特有的性质，且其中所述性质为：当由所述方法测试时，所产生的管的应力－相对位移曲线具有一个基本上线弹性的区域以及一个从所述弹性区域的比例极限（ＬＯＰ）至所述管的断裂模量（ＭＯＲ）的ＰＳＨ区域，所述线弹性区域具有位于第一极限内的第一斜率，所述ＰＳＨ区域越过一可能的过渡部分，具有比所述弹性部分的斜率小、并位于第二极限内的斜率。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：斯蒂芬D贝克，约翰特里古尔利，亨利克斯唐，
申请(专利权)人：洛可拉有限公司，
类型：发明
国别省市：AU[澳大利亚]