玻璃鋼由于其突出的防腐性能和優良的復合性能在現代復合材料新技術中如日中天。我國在上世紀60年代末才開始玻璃鋼管道的研究,真正地大量使用是在1987年以后,目前它已在我國大部分地區得到推廣,特別是在經濟發達地區。隨著工業的發展和科技的進步,在玻璃鋼管道的基礎上,又研制出玻璃鋼夾砂管道。玻璃鋼夾砂管道(FRMP管),主要是由拉伸強度很高的玻璃纖維、耐壓耐磨石英砂以及樹脂復合而成。
1、FRMP管的管壁結構特性
一般玻璃鋼管(FRP管)的管壁是由2層功能層(內襯層和外保護層)與1層結構層(承載層)所構成。
FRP管在承受內壓的同時,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、施工時真空壓力等),因而對管剛度有較高的要求。對FRP管而言,為了滿足管剛度要求只能利用增加FRP的用量,即增加壁厚來達到,這就使FRP管的成本無法降低。而實際上根據力學分析,在外壓作用下管壁中心附近區域的正應力很小,雖然剪應力相對高于其它區域,但整個管壁中剪應力均較低。因此,這一區域的材料處于低應力狀態。在設計時就可利用樹脂砂漿這一低成本的材料來代替管壁中心附近的FRP材料,而形成一個樹脂砂漿夾芯的管壁結構,這就是玻璃鋼夾砂管道。玻璃鋼夾砂管管壁結構由內襯層、纏繞層、樹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有纖維纏繞增強熱固性樹脂結構層,該層玻璃纖維含量高達70%,因此具有管道所需要的強度。不僅如此,它還可以通過纏繞角度的改變來改變軸向和環向的強度比,以滿足不同條件下的要求,由于這種可設計性,使其不增加管壁厚度就能達到不同強度的要求。另外,在管壁纏繞層中間的低應力區巧妙地夾進砂漿層,這樣在不降低強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,同時也使它具備了地埋管所必須的高剛度性能。