钢带增强聚乙烯（PE）螺旋波纹管薄弱环节试验

孙金海

（华创天元实业发展有限责任公司,河北 廊坊 065001）

1 引言

钢带增强PE管是一种具有自主知识产权的新型钢塑复合型管材，施工使用中最大直径可达3m。从整体发展上看，实践应用远超过理论研究，目前城市管道的给排水系统中，已经有很多应用实例。针对这一现象，目前以及下一阶段最主要的工作是进行科学论证，以更好地指导这一管道材料的科学应用。

2 钢带增强聚乙烯（PE）螺旋波纹管构成及病害特征

从管材构成角度来看，钢带增强PE管包括三个层次，分别是内层、外层以及钢带支撑结构。其中，内层由连续性实壁PE管组成，外层是聚乙烯PE保护材料，钢带支撑结构位于中间，内层管的外部表面通过黏结树脂材料确保整体性，具体结构如下图1所示。

从病害特征上分析，结合笔者收集文献的统计数据，主要包括了管道环向开裂、内壁鼓包、顶破、接口开裂四种类型。其中，环向开裂的主要位置在于热熔接缝处，裂缝规律保持一致；内壁鼓包的现象与内层开裂、钢带脱离有密切关系；顶破的现象较少，究其原因，主要是回填材料粒径太大，以及施工过程中导致的人为破坏；接口开裂的现象也比较少，施工质量不佳是主因。

图1 钢带增强PE管结构图

3 钢带增强聚乙烯（PE）螺旋波纹管的影响因素案例

钢带增强PE管道系统采用热熔焊接、热收缩管（带）、电热熔带等方式连接，适应各种不同工程、工矿需要，较好地满足了密封可靠和连接方便的要求。管道应用前景广阔，是目前替代大口径传统排水管的首选产品。以下结合案例展开管道影响因素分析，我公司参与的某轨道客车排水项目工程中，长度共计10公里，全部采用钢带增强PE管材料（DN700-2000），全部环节包括管道准备、现场检验、工具制作、管道安装四个部分。

3.1 管道准备

钢带增强PE管的准备工作主要由装卸、运输两个部分完成。第一，由于管道体积与重量较大，在装卸的过程中必须轻抬轻放，避免管道来回滚动和相互碰撞。直径过大的管道需要吊装，要采用软质材料的吊带，周边缠绕防护部分，避免管道内壁被破坏，吊装时必须有两个支撑点，避免“穿心吊”的方式。第二，管道运输的过程中容易碰撞、混乱，可“分批运输、分层排放”，使用缆绳捆扎成整体结构，统一标准参数分布，并且在运输的过程中要确保管道材料的清洁，否则会影响施工进度。

3.2 现场检验

现场检验的主要目的是PE管使用前的最后一次质量确认，相关的要求如下：第一，对于埋地PE管而言，在外压力作用下竖向直径的变形率必须小于管道直径，变形幅度不超过25%。第二，槽沟的回填土至少露出85%管道高度，管顶以上半米的范围内，必须进行人工挖掘以确保安全。第三，现场检验中如发现管道出现问题（如裂缝、破损），更换为主，补修为辅。第四，管道的变形量可采用圆形心轴或闭路电视等方法进行检测，测量偏差不得大于1mm。

3.3 安装准备

安装准备部分主要包括两个方面。一方面，土弧制作。结合基础层以上和管道水平直径以下的圆弧形空隙部位特征，根据设计要求进行土弧制作，用来支承角范围内用砂砾土材料回填密实[1]。另一方面，管道定位。管道敷设完成之后需要在沟槽定位，避免回填土造成的位移过大。基于密闭性检验的需要，除了接头部分保留在外，管顶、两侧进行回填，高度应大于等于半米。

3.4 管道安装

显而易见，在该工程项目中，钢带增强PE管道不是一个整体，管道安装的一个重要内容在于利用电热熔带进行连接。电热熔带连接的基本方法是对向前的聚乙烯表面加热，使钢带增强聚乙烯螺旋波纹管的波谷间、聚乙烯带间熔融成为整体，属刚性连接。从安全角度出发，进行电热熔带连接时不能带水操作，电热熔带的长度必须大于管道波谷周长的1.25倍，具体的安装流程如下：第一，对U型钢骨架口处理并保证平直，可采用往复锯处理。第二，清理U型钢骨架口，如灰尘、泥沙、杂质等。第三，使用热风枪预热U型钢骨架，基础PE焊丝确保U型钢骨架封堵密实性。第四，对焊接端口和U型口进行校对，确保整齐、平直，端口之间可预留3～5mm的空隙。第五，接口安装完成之后，进行内部支撑校对，使用热风枪预热焊接的缝隙，促使热收缩带到横接口处。

焊接工作基本完成，随后进行闭水试验，管道充满水浸泡的时间不低于24小时。

4 钢带增强聚乙烯（PE）螺旋波纹管薄弱环节的试验

任何一种材料的管材形式下，其受力、变形、荷载、边界条件、结构特征、介质特点等都存在密切关联。

4.1 薄弱环节试验

本文中采用两种实验方式，其一是拉伸试验，其二是剪切试验。

第一，拉伸试验的试样制作，可采用施工剩余的管道部分，管道内壁最薄弱的环节在塑料的热熔接缝，试验制作3组有热熔接缝的试样来测试其抗拉强度，每一组分别代表不同的热熔接缝，以A、B、C三个组进行命名，另外再加上一组平行于钢带以及一组垂直于钢带方向的无热熔接缝的试样作为对比，结果如下图2所示。第二，剪切试验。同样取用施工后剩余管材，自行去掉管道上的钢带部分，将试样制作成5mm直径规格的圆形板，厚度在10～12.5mm，中心圆孔在11mm左右，数量为6个。设备使用MTS生产的E43电子万能试验机，结合数据统计，计算结果如下表1所示。

图2 拉伸试验结果图

表1 剪切试验结果

4.2 实验结果分析

第一，钢带增强PE管具有很好的纵向拉伸性，螺旋钢带设计提升了延伸性，但同时内层缠绕以及焊接的部分容易发生断裂。第二，钢带增强PE管环向承载能力较好，环刚度较高，但环柔性要求过大时，仍然会导致塑性变形。第三，钢带增强PE管的纵向弯曲变形能力较优秀，但不及普通的塑料管材，在使用中需要加入一定的刚性参考。第四，钢带增强PE管具有很好的抗剪切变形能力，但局部受力的情况下，容易超出范围，薄弱环节十分明显。

5 结语

整体上，钢带增强聚乙烯（PE）螺旋波纹管在现代化建设中发挥了巨大的作用，但同时，这一类型管也存在明显缺陷，基于此，在材料性能创新滞后的前提下，加强薄弱环节的防止措施至关重要。