水利工程論文-管道膨脹水泥接口的使用及應(yīng)注意的問題.doc

水利工程論文-管道膨脹水泥接口的使用及應(yīng)注意的問題摘要：對管道膨脹水泥接口的優(yōu)越性、作用機(jī)理以及在使用中應(yīng)注意的問題作了深入分析，介紹了正確使用這種接口的施工要點，并提出了改進(jìn)設(shè)想。關(guān)鍵詞：管道接口膨脹水泥石膏剛性接口在管道剛性接口材料中，膨脹水泥是一種最常用的接口材料，操作簡單，應(yīng)用廣泛，但在使用過程中也存在一些問題，本文試圖從理論和實踐兩方面對這種接口材料作一介紹和分析。1按一定比例混合加水后拌合配制而成的接口填料（本文所涉及的膨脹水泥接口均指這種接口）。和石棉水泥接口相比，膨脹水泥接口的施工大大減輕了操作人員的勞動強(qiáng)度，這種接口在操作中只需搗實、抹平，無需反復(fù)捻打。由于接口材料中添加了速凝劑氯化鈣，使接口強(qiáng)度增長很快，抹口后幾小時即可通水。在一定條件下可以在搶修斷管時采用，替代價格昂貴和對水質(zhì)有污染的鉛接口。20世紀(jì)70年代，中鐵一局集團(tuán)給排水工程總公司曾與蘭州鐵道學(xué)院協(xié)作對這種接口做了一系列試驗，這里簡述如下。1.1沖擊試驗DN1505m6個）平行鐵路軌道置于正線與到發(fā)線中間，讓其承受火車行駛時的側(cè)壓及動荷載。試件放置后，用手壓泵加壓至1MPa，檢查接口的嚴(yán)密性；而后覆土回填（覆土深度為管頂以上0.2m）。經(jīng)過16d，90次列車行駛的考驗后，再次試壓1MPa，保持10min，壓力未見降低，接口無洇水及滲漏現(xiàn)象。DN150長10m膨脹水泥接口的管道試件鋪設(shè)在溝槽中，試壓檢驗接口泵壓1MPa，無滲漏現(xiàn)象后，管頂以上回填虛土0.5m厚，然后用H7-120型內(nèi)燃夯（夯重120kg，夯起高度3040cm，夯足直徑250mm），反復(fù)夯打6遍，虛土夯實后土層厚度減為0.34m。之后，管段再次加壓至1MPa，保持10min，壓力未見降低，接口無洇水及滲漏現(xiàn)象。1.2對比試驗用鉛、石棉水泥及膨脹水泥3種接口材料作接口，分別制作3組試驗管段，強(qiáng)度達(dá)到規(guī)定值后，將三組試件放置在距地面0.5m高的磚支墩上，試壓檢查各接口完好后，同時抽去中間各支墩，利用管身自重（包括管內(nèi)水重）下沉，測其下沉量。下沉完畢后，繼續(xù)加壓，觀察各試驗管道接口滲漏情況及減壓情況。此時，鉛接口已完全破壞，而石棉水泥接口及膨脹水泥接口均無明顯變形。緊接著，在石棉水泥接口試件中部加載385kg，在膨脹水泥接口試件中部加載372kg，繼續(xù)觀察下沉量，3min后卸載，再進(jìn)行觀察。做完以上試驗后，將已破壞的鉛接口試件恢復(fù)，又分別將3組試件推落至地面（距地高度0.5m），并進(jìn)行試壓及接口檢查。此時鉛接口又一次破壞，其它兩組試件基本正常。緊接著又由10人以腳為動力將石棉水泥接口和膨脹水泥接口以及鉛接口試件向前滾動10m又折回5m后試壓，膨脹水泥接口和石棉水泥接口情況均良好，而鉛接口沒有經(jīng)得住考驗，首先出現(xiàn)了裂縫。以上試驗數(shù)據(jù)充分說明,膨脹水泥接口完全可以替代石棉水泥接口。膨脹水泥接口甚至可以替代價格昂貴且對環(huán)境有污染的鉛接口中鐵一局集團(tuán)給排水工程總公司從20世紀(jì)70年代以來，在鑄鐵管自應(yīng)力水泥管給水及排水管道剛性接頭中大量使用膨脹水泥接頭，其中青藏鐵路(克哈段)、梅七鐵路、西候鐵路、京秦鐵路及蘭新鐵路復(fù)線給排水工程的管道鋪設(shè)中采用膨脹水泥接口累計距離近百公里,安全使用至今。2問題的提出一些施工單位反映，膨脹水泥接口相對于石棉水泥接口而言，的確減輕了操作者的勞動強(qiáng)度，但是接口硬化以后，也有可能將管口脹裂。國內(nèi)一些施工單位的確也發(fā)生過這種事故。例如某鐵路車站鋪設(shè)10余kmDN600鑄鐵管道，采用膨脹水泥接口。施工后接口普遍脹裂漏水，由于修復(fù)比較難，建設(shè)單位采用其他接口，重新鋪設(shè)了一條管道。還有一些單位反映，膨脹水泥接口產(chǎn)生的膨脹破壞有時還可能在管道交付使用后12年產(chǎn)生。上述情況的發(fā)生，給推廣使用膨脹水泥接口的工作造成了一定的負(fù)面影響。一些施工單位甚至規(guī)定嚴(yán)禁使用膨脹水泥接口。發(fā)生上述問題的原因是什么？是這種接口形式本身就存在問題，還是施工操作中發(fā)生了問題，導(dǎo)致管道事故的發(fā)生？以下作些簡要的分析。3膨脹水泥接口的作用機(jī)理及膨脹破壞的原因3.1膨脹水泥接口的作用機(jī)理膨脹水泥接口配方中,氯化鈣(CaCl3)為早強(qiáng)劑,石膏(CaSO42H2O)為膨脹劑，水泥為固化劑；水泥、半水石膏拌合均勻并摻水?dāng)嚢韬?，變?yōu)槎啵–aSO42H2O）繼而與硅酸鹽水泥水化產(chǎn)物中的水化鋁酸三鈣（3CaOAl3O36H2O）發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成水化硫鋁酸三鈣（3CaOAl3O33CaSO431H2O），體積比原有水化鋁酸三鈣增大1.53CaOAl3O36H2O+3(CaSO42H2O)+19H2O3CaOAl3O33CaSO431H2O配方中氯化鈣(CaCl3)與水化產(chǎn)物中的氫氧化鈣Ca(OH)3反應(yīng)生成水化氯鋁酸鈣、氧氯化鈣都是難溶于水的復(fù)鹽,是產(chǎn)生膨脹的成份。氯化鈣(CaCl3)摻入后能與水泥水化物作用，從而增加水泥礦物的溶解度，加速水泥礦物水化。氯化鈣還能與水泥中鋁酸三鈣(3CaOAl3O3)作用,生成水化氯鋁酸鈣(3CaOAl3O33CaCl332H2O，3CaAl3O3CaCl310H2O)這種復(fù)鹽均不溶于水溶液及CaCl3溶液，因而能從水泥?水系統(tǒng)中析出，提高了接口的早期強(qiáng)度。由于氯化鈣（CaCl3）與氫氧化鈣Ca(OH)3的反應(yīng)，降低了水泥-水系統(tǒng)的堿度，使水泥成份中的硅酸三鈣(3CaOSiO3)的水化反應(yīng)易于進(jìn)行,相應(yīng)地亦提高了接口的早期強(qiáng)度。配比中石膏用量對膨脹性能的影響十分敏感，膨脹隨石膏用量增加而增大；當(dāng)石膏用量超出一定范圍后，管道承口因不能承受接口由于體積膨脹產(chǎn)生的應(yīng)力而破壞。同時，膨脹水泥配比中由于石膏摻量增大，其強(qiáng)度也隨之降低。3.2膨脹水泥接口產(chǎn)生膨脹破壞的原因分析(1)如前所述，配比中石膏的存在使接口填料產(chǎn)生一定的膨脹量，而使其接口密實，從而達(dá)到阻止?jié)B漏的目的。但是，由于石膏對膨脹性能的高度敏感性，摻量稍多即可能產(chǎn)生膨脹危害。由于這種材料固化作用明顯、迅速，實際施工中，為方便操作，一些操作者在現(xiàn)場配制，缺乏嚴(yán)格的計量，甚至不進(jìn)行計量，必然產(chǎn)生問題。(2)水泥中鋁酸三鈣的含量各個水泥廠家相差比較大，從4%5%到10%左右不等，而正是鋁酸三鈣和配比中的石膏發(fā)生反應(yīng)才使膨脹水泥接口材料發(fā)生膨脹。這造成了問題的復(fù)雜性。(3)配方中的石膏非國家嚴(yán)格控制的產(chǎn)品，細(xì)度成份也不標(biāo)準(zhǔn)，如果所選石膏顆粒偏粗，化學(xué)活性低，水化過程可能很慢，很可能造成接口填料后期過量膨脹。(4)一些地區(qū)地下水中常含有硫酸鹽如硫酸鈉、硫酸鈣、硫酸鎂等，硫酸鹽溶液和水泥石中的氫氧化鈣及水化鋁酸鈣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成石膏、硫鋁酸鈣等物質(zhì)，產(chǎn)生體積膨脹，使接口破壞。水中硫酸鈉和水泥石中的氫氧化鈣反應(yīng)式如下：Ca(OH)3+Na3SO410H2OCaSO42H3O+2NaOH+8H2O從Ca(OH)3轉(zhuǎn)變?yōu)镃aSO42H2O體積為原來的2倍,這些變化是個緩慢的過程,可能造成接口填料后期過量膨脹。3.3膨脹水泥接口施工要點許多管道接口膨脹破壞的事故說明：施工中配比不準(zhǔn)和操作不當(dāng)是造成事故的主要原因，因此，嚴(yán)格操作程序是保證膨脹水泥接口施工質(zhì)量的關(guān)鍵，應(yīng)注意以下幾點。3.3.1配合比填料配比必須經(jīng)過試驗或者長期實踐后確定，配比中石膏粉含量：鑄鐵管接口宜控制在8%（重量比）以下；混凝土管接口宜控制在5%（重量比）以下；氯化鈣摻量宜控制在5%左右（溶化后使用）。3