廠家為您講解小口徑混凝土排水管密封膠圈的設(shè)計(jì)研究

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　　摘 要：為解決實(shí)際工程中小口徑混凝土排水管的連接質(zhì)量問題，通過排水管對(duì)接連接和內(nèi)水壓力試驗(yàn)，建立了不同硬度、不同壓縮率密封膠圈與排水管對(duì)接安裝難易程度及質(zhì)量的關(guān)系，并針對(duì)實(shí)際工程，提出了合理的改進(jìn)意見，以期為提高小口徑混凝土排水管的對(duì)接安裝質(zhì)量提供參考。

　　關(guān)鍵詞：混凝土排水管;密封膠圈;硬度;壓縮率;安裝質(zhì)量

　　0 前言

　　大規(guī)模的城鎮(zhèn)化建設(shè)有力地推動(dòng)了城市市政基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的發(fā)展，以混凝土排水管(以下簡稱排水管)為主要結(jié)構(gòu)構(gòu)筑物的地下排水管網(wǎng)是城市市政基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分， 有效地保障了城市生活污水、生產(chǎn)污水的收集輸送，汛、澇積水的排放。膠圈作為排水管接頭的主要配件，其受力變形能力、硬度與實(shí)際壓縮率的設(shè)計(jì)，直接影響著排水管的施工質(zhì)量和服役壽命，尤其對(duì)于小口徑排水管而言(DN150～600)。然而，在實(shí)際設(shè)計(jì)和施工過程中，由于忽略了密封膠圈的設(shè)計(jì)影響因素，往往出現(xiàn)排水管連接過松或過緊的情況。承插口對(duì)接過緊時(shí)，膠圈壓縮比過大，承插口難以對(duì)接到位，且易出現(xiàn)承口漲裂現(xiàn)象;承插口對(duì)接過松時(shí)，膠圈壓縮比過小，承插口對(duì)接難度較小，但易出現(xiàn)密封不嚴(yán)、管子滲漏的情況。例如：有的排水管在套上膠圈進(jìn)行對(duì)接時(shí)，承插口的連接插入難度較大，需用手拉葫蘆才能連接到位，個(gè)別管子甚至出現(xiàn)了承口漲裂現(xiàn)象;有的排水管在安裝后進(jìn)行密封試驗(yàn)時(shí)，出現(xiàn)接頭滲漏的情況，安裝時(shí)排水管的連接很容易，兩名工人依靠推力就可完成對(duì)接作業(yè)。筆者經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)查看和對(duì)管型的安裝尺寸復(fù)核發(fā)現(xiàn)，產(chǎn)生上述現(xiàn)象的主要原因是膠圈的實(shí)際硬度與設(shè)計(jì)不符或膠圈材質(zhì)發(fā)生變化(硬度超標(biāo))。針對(duì)以上情況，本文選取DN450排水管為研究對(duì)象，參考BS EN 1916:2002 Concrete pipes and fittings, unreinforced, steel fibre and reinforced[4]附錄A中關(guān)于接頭密封膠圈的試驗(yàn)及計(jì)算方法，通過計(jì)算膠圈壓縮率，結(jié)合排水管內(nèi)水壓力試驗(yàn)，以期了解膠圈應(yīng)用長度和硬度對(duì)安裝質(zhì)量的影響，為提高排水管接口安裝質(zhì)量提供參考意見。

　　1 密封膠圈壓縮率計(jì)算

　　目前排水管采用的膠圈材質(zhì)大多為三元乙丙橡膠(EPDM)，硬度一般采用40~50G。根據(jù)GB/T 21873—2008《橡膠密封件給、排水管及污水管道用接口密封膠圈材料規(guī)范》的規(guī)定，橡膠圈的硬度等G分類如表1所示。

　　本文選取的DN450排水管膠圈為齒形密封膠圈，見圖1。膠圈長度分別按照插口膠圈位置周長L的80%、82%、84%、86%%進(jìn)行壓縮率計(jì)算(本次計(jì)算中不考慮剪力作用)，排水管接口及膠圈數(shù)據(jù)見表2。

　　膠圈壓縮率計(jì)算如下：

　　(1)膠圈長度L1

　　(2)伸展比ε

　　(3)膠圈使用高度hm

　　(4)Z小壓縮率δ1

　　(5)Z大壓縮率δ2

　　其他長度比例也按照上述計(jì)算方法，計(jì)算結(jié)果見表3。

　　2 排水管對(duì)接及內(nèi)水壓力試驗(yàn)

　　2.1 排水管對(duì)接試驗(yàn)

　　根據(jù)上述計(jì)算所得的膠圈壓縮率區(qū)間，分別選取硬度為40G(實(shí)測(cè)42～45)與50G(實(shí)測(cè)48～50)的橡膠圈，按圖2進(jìn)行對(duì)接安裝，以此來驗(yàn)證各種壓縮率下排水管對(duì)接安裝的難易程度，安裝結(jié)果見表4。

　　2.2 內(nèi)水壓力試驗(yàn)

　　排水管對(duì)接安裝完成后，將其移至內(nèi)水壓力試驗(yàn)架上進(jìn)行接頭內(nèi)水壓力試驗(yàn)，如圖3所示。承插口對(duì)接后加水壓至0.14 MPa，持壓1 min，檢驗(yàn)排水管接頭是否有滲漏情況。采用不同硬度的膠圈在不同壓縮率區(qū)間內(nèi)進(jìn)行內(nèi)水壓試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果匯總見表5。

　　3 應(yīng)用分析

　　3.1 案例分析

　　案例1：DN450排水管在套上膠圈后進(jìn)行對(duì)接安裝時(shí)較困難，承口開裂兩次?，F(xiàn)場(chǎng)測(cè)量膠圈硬度為53~56，長度比例為84%，設(shè)計(jì)壓縮率為47%，如圖4所示。

　　案例2：DN375排水管在套上膠圈后對(duì)接安裝較容易，但現(xiàn)場(chǎng)內(nèi)水壓力試驗(yàn)出現(xiàn)滲漏現(xiàn)象?，F(xiàn)場(chǎng)測(cè)量膠圈硬度為36~40，長度比例為85%，設(shè)計(jì)壓縮率也是47%，如圖5所示。

　　從以上兩個(gè)案例的實(shí)際數(shù)據(jù)來看，案例1中膠圈硬度G別屬于50G，壓縮率為47%;案例2中的膠圈硬度G別屬于40G，壓縮率同樣為47%。在壓縮率相同的情況下，不同硬度G別的膠圈造成了截然不同的使用效果。當(dāng)然，膠圈材質(zhì)也是內(nèi)在因素，此文不作專門論述。

　　3.2 案例處理

　　針對(duì)以上兩個(gè)工程案例，根據(jù)分析結(jié)果，采取以下處理措施：

　　案例1：建議在不改變膠圈截面和長度的情況下，更換硬度較小的新膠圈或在同樣硬度的情況下，縮小長度，降低實(shí)際壓縮率區(qū)間。

　　案例2：建議更換新膠圈，在不改變膠圈截面和長度情況下，保證硬度G別達(dá)到40G。

　　施工方根據(jù)上述建議進(jìn)行了膠圈調(diào)整，排水管對(duì)接安裝時(shí)難度適中，現(xiàn)場(chǎng)內(nèi)水壓力試驗(yàn)也滿足要求。排水管對(duì)接安裝和內(nèi)水壓力試驗(yàn)如圖6所示。

　　4 結(jié)論

　　(1)膠圈理論設(shè)計(jì)對(duì)于管道的密封效果和使用壽命非常重要。膠圈的實(shí)際壓縮率應(yīng)按照不同硬度等G來進(jìn)行要求，采用不同材質(zhì)或不同硬度G別的膠圈時(shí)，需相應(yīng)調(diào)整膠圈壓縮率。

　　(2)對(duì)于小口徑排水管(DN600以內(nèi))，由于膠圈安裝間隙較小，膠圈的壓縮率控制要更加精準(zhǔn)，對(duì)膠圈的材質(zhì)要求也需更嚴(yán)格。

　　(3)由于市場(chǎng)上膠圈的質(zhì)量參差不齊，在使用時(shí)應(yīng)盡量把膠圈保存在室內(nèi)陰涼處，避免暴露于太陽下，保證安裝時(shí)膠圈的硬度沒有發(fā)生大的變化，也沒有老化現(xiàn)象。

　　(4)本文所討論的膠圈應(yīng)用情況(包括壓縮比和硬度)都是針對(duì)齒形膠圈而言，而對(duì)于楔形膠圈和圓形膠圈，則有不一樣的設(shè)計(jì)和結(jié)論。按筆者經(jīng)驗(yàn)，用齒形膠圈時(shí)壓縮率可以稍高一些，而使用楔形和圓形膠圈時(shí)壓縮率則可以稍低一些，在應(yīng)用時(shí)要進(jìn)行具體的分析。

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