RPC压力管道内压承载能力实验研究

杨昊　张多新　刘春雨

摘 要：开展了内压情况下的RPC压力管道承载能力实验，从实验的角度，分析和证明了将活性粉末混凝土应用到压力管道领域的可行性与先进性。

关键词：活性粉末混凝土；压力管道；承载能力

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.20.015

1 研究意义与背景

活性粉末混凝土（Reactive Powder Concrete： RPC）作为一种新型超高性能混凝土，以其高强度、高韧性、高耐久性等优点，受到了国内外研究人员的广泛青睐。他们普遍认为RPC在管线方面具有极大的应用前景。本文从实验角度对RPC应用到压力管道领域进行了初步研究。

2 RPC压力管道的试制

2.1 原材料

本实验主要材料有水泥、钢纤维、石英砂、高效减水剂、复合掺料和水。

2.2 搅拌

采用以下步骤：先将钢纤维和石英砂放入搅拌机内搅拌4min，然后加入水泥和掺合料搅拌2min，最后加入水和高效减水剂搅拌9min。

2.3 蒸汽养护

试件振捣成型后，在温度≥20℃相对湿度≥60%的条件下覆膜静放6h。之后进行升温，升温速度≤12℃/h，升温到90℃，恒温养护48h。然后降至与室外温差小于20℃，降温速度≤15℃/h。最后进行洒水自然养护。

本实验制备了内径500mm，外径590mm，长500mm的RPC压力管道3个，编号为1、2、3号。

3 RPC压力管道内压承载能力实验

测得本批RPC抗压强度为149.7MPa，抗折强度为19.2MPa，弹性模量为50.8GPa。

3.1 加载测量设备

使用多向千斤頂进行内压加载。该多向千斤顶由四个处于同一平面的千斤顶组成，各千斤顶之间夹角为90°，各千斤顶连接一个有足够刚度的圆弧形钢板，钢板外侧附一层厚度2cm邵氏硬度为45～60的橡胶板。

3.2 测点布置

径向位移测点：布置在管道中断面的外壁，等距布置在四处，记为h1～h4。

环向应变测点：布置在管道纵向三分点处的两个横截面外壁上，每个截面等距布置四处，记为b1～b8。

3.3 破坏标准

记录两种管道承载能力特征荷载：裂缝宽度达到0.2mm时的正常使用极限荷载和管道承载能力极限荷载。

3.4 实验步骤

（1）管道固定。管道垂直放置在铜板上。（2）安装千斤顶。将千斤顶垂直放在管道内部，垫起千斤顶使得千斤顶四个方向的钢板悬空。（3）连接测量设备。（4）启动千斤顶，使橡胶板刚好接触RPC压力管道的内表面。（5）系统调零。通过静态应变仪控制软件，使系统归零处于平衡状态。调节压力试验机上的压力表，使指针回零。（6）分级加载，每级0.05N/mm2，稳压10min。用静态应变测试系统进行实时数据采集。（7）发生承载能力极限破坏时，试验结束。

4 实验结果与分析

4.1 径向位移

管道荷载-径向位移关系如图1所示。由图可知，线性阶段时，径向位移可以忽略，在开裂荷载附近径向位移开始显著增加。RPC压力管道破坏时的径向位移约为1.4mm。类似规格的普通钢筋混凝土管，碳纤维、玻璃纤维加固钢筋混凝土管，破坏时径向位移为分别为0.6mm和0.8～2mm。由此可知， RPC压力管道最大径向位移与碳纤维、玻璃纤维加固钢筋混凝土管处于同一水平。

4.2 应力应变

本实验设置的环向应变测点实质为平行观测，去掉偏差较大的观测值，取剩余各观测值的平均值为代表值。RPC压力管道荷载-应变关系曲线如图2所示。

由图可知，RPC压力管道随着荷载的增加应力应变关系在开裂荷载之后有明显的“软化”阶段，属于塑性破坏。

4.3 RPC压力管道承载能力

测得RPC压力管道开裂荷载约为0.93MPa，远远高于碳纤维、玻璃纤维加固钢筋混凝土管的正常使用极限荷载（约为0.561MPa），其正常使用极限荷载更是达到了1.08MPa，由此可知RPC压力管道的承载能力远远大于碳纤维和玻璃纤维加固的钢筋混凝土管。

5 RPC压力管道的优越性

经过理论分析和实验结果总结得出RPC压力管道具有如下优势：

（1）抗渗性能、抗腐蚀性能好。（2）承载能力强。从实验结果可知，RPC压力管道的承载能力远远优于碳纤维或玻璃纤维加固的钢筋混凝土管道。（3）经济性。RPC的抗压强度可以与钢材相媲美， 但其均价仅约为钢材的0.25倍，且RPC200制备较简单。（4）良好的环保性能。相同承载力情况下，RPC的水泥用量约是普通混凝土与高性能混凝土的1/2。RPC可以大大节省原材料，达到环保的效果。（5）抗震性能良好。从本实验结果可知RPC压力管道具有良好的塑性性能，对冲击能量吸收能力强。

6 结束语

RPC压力管道为压力管道的进一步发展提供了新的思路，具有极大的竞争力和应用前景。本文从实验的角度分析和证明了RPC压力管道的可行性与先进性，为以后的进一步研究提供了理论和实践经验。endprint