玻璃鋼由于其突出的防腐性能和優(yōu)良的復(fù)合性能在現(xiàn)代復(fù)合材料新技術(shù)中如日中天。我國(guó)在上世紀(jì)60年代末才開(kāi)始玻璃鋼管道的研究,真正地大量使用是在1987年以后,目前它已在我國(guó)大部分地區(qū)得到推廣,特別是在經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)。隨著工業(yè)的發(fā)展和科技的進(jìn)步,在玻璃鋼管道的基礎(chǔ)上,又研制出玻璃鋼夾砂管道。玻璃鋼夾砂管道(FRMP管),主要是由拉伸強(qiáng)度很高的玻璃纖維、耐壓耐磨石英砂以及樹(shù)脂復(fù)合而成。

1、FRMP管的管壁結(jié)構(gòu)特性

一般玻璃鋼管(FRP管)的管壁是由2層功能層(內(nèi)襯層和外保護(hù)層)與1層結(jié)構(gòu)層(承載層)所構(gòu)成。

FRP管在承受內(nèi)壓的同時(shí),一般均要承受一定的外壓,特別是地下管道外載荷較大(包括上壓力、地面活載荷、施工時(shí)真空壓力等),因而對(duì)管剛度有較高的要求。對(duì)FRP管而言,為了滿足管剛度要求只能利用增加FRP的用量,即增加壁厚來(lái)達(dá)到,這就使FRP管的成本無(wú)法降低。而實(shí)際上根據(jù)力學(xué)分析,在外壓作用下管壁中心附近區(qū)域的正應(yīng)力很小,雖然剪應(yīng)力相對(duì)高于其它區(qū)域,但整個(gè)管壁中剪應(yīng)力均較低。因此,這一區(qū)域的材料處于低應(yīng)力狀態(tài)。在設(shè)計(jì)時(shí)就可利用樹(shù)脂砂漿這一低成本的材料來(lái)代替管壁中心附近的FRP材料,而形成一個(gè)樹(shù)脂砂漿夾芯的管壁結(jié)構(gòu),這就是玻璃鋼夾砂管道。玻璃鋼夾砂管管壁結(jié)構(gòu)由內(nèi)襯層、纏繞層、樹(shù)脂砂漿層和外防腐層組成,如圖1所示。

從圖1中可以看出在砂漿層的兩側(cè)有纖維纏繞增強(qiáng)熱固性樹(shù)脂結(jié)構(gòu)層,該層玻璃纖維含量高達(dá)70%,因此具有管道所需要的強(qiáng)度。不僅如此,它還可以通過(guò)纏繞角度的改變來(lái)改變軸向和環(huán)向的強(qiáng)度比,以滿足不同條件下的要求,由于這種可設(shè)計(jì)性,使其不增加管壁厚度就能達(dá)到不同強(qiáng)度的要求。另外,在管壁纏繞層中間的低應(yīng)力區(qū)巧妙地夾進(jìn)砂漿層,這樣在不降低強(qiáng)度的情況下大大提高了管道的剛度,這不僅使管道的成本降低,同時(shí)也使它具備了地埋管所必須的高剛度性能。