新型聚氨酯基材料在城市供水管道修复中的应用

2022-07-11林亚南

水利技术监督 2022年7期

林亚南

(辽宁润中供水有限责任公司，辽宁沈阳 110000)

由于城市工业化发展及居民日常需求耗水量较大，在长期大量供水、寒冷天气以及腐蚀环境影响下，城市供水管道会产生局部的开裂或破坏[1- 3]。城市供水管道的破坏，不仅会严重影响区域居民生活和工厂运转，还会导致淡水资源的大量浪费[4- 6]。因此，研究开发出快速、有效的供水管道修复方法具有重要的意义。

目前，关于城市供给水管道修复工作的研究得到了我国学者和专家的关注。钱吉洪等[7]依托于上海市某给水管修复工程，深入分析了常温固化非开挖修复技术的工作原理及其在给水管道非开挖修复中的应用，研究成果为供水管道的修复提供了指导作用。郭函君[8]研究分析了紫外光固化修复工艺在水利工程供水管道现场固化内衬修复工作中的应用，并将这种工艺与水翻法进行了对比，指出新工艺不仅降低了成本，还缩短了工期，具有较大的优势。陈卫星[9]提出采用内喷涂修复的施工方法，并将其应用到上海市双阳路某管道修复中，并指出在不便开挖地区的老化管道修复中的特殊优势。

综上所述，现有研究主要是从施工工艺角度对管道修复展开了研究，而对新型修补材料的开发与研究较少[10- 12]。本文基于室内试验，对拉力封安(LLFA)、居医(JY)以及新型聚氨酯(JAZ)3种不同修补材料的拉伸强度、吸水性和抗疲劳破坏能力展开了研究。研究成果为我国城市供水管道修复工作提供了一定借鉴。

1 研究背景

目前，我国推广应用的给水管道主要为单层高聚合物管道，如高密度聚乙烯管道，其耐腐蚀的作用、抗压强度较好。然而，在我国北方各城市，由于冬季温度较低，存在给水管道内水冻结膨胀，导致给水管道破裂漏水的问题。由于上述问题，我国北方某城市拟对该市核心区域开展给水管道改造试点工程，以解决城市冬季给水管道破裂及其引发的地方居民区断水问题。

2 试验设计

2.1 原材料

为研究JAZ材料在供水管道修复中的应用性能，本次研究选取了LLFA和JY 2种材料作为对照试验组，对比分析JAZ材料的修补性能。因此，本次研究涉及到的材料具体如下：①JAZ修补材料；②JY修补材料，白色、黑色、透明色；③LLFA修补材料。

2.2 试验设计

本次研究主要是针对3种不同材料在管道修补中的修复性能展开试验，因此，室内设计了拉伸试验、吸水性试验和疲劳试验。其中，拉伸试验和疲劳试验是利用万能试验机，材料的长度均为100mm，密封胶条厚度均为1.00mm。吸水性试验则是将3种材料均于室温条件下置于水中浸泡，浸泡总时长为12d，每隔1d时间取出称重，测定材料的吸水率。

3 试验结果分析

3.1 抗拉性能

胶带状止水材料在用于供水管道修复时，主要是依靠材料的高弹性和较好的抗拉伸能力，因此，供水管道修复材料的抗拉能力是决定其工程性能的重要参数。基于室内拉伸试验对LLFA、JY和JAZ 3种不同供水管道修补材料的拉伸力学性能参数见表1。由表1可知，在3种不同的供水管道修补材料中，拉伸强度最大的是JAZ材料，其拉伸强度可达到32.11MPa，大约是LLFA材料和JY材料的3倍。进一步对比3种材料的拉裂伸长率可知，LLFA材料的拉裂伸长率最大为553.25%，JY和JAZ材料的拉裂伸长率比较接近，分别是428.12%和455.31%。综上所述，从拉裂伸长率和拉伸强度角度2项拉伸力学参数来看，JAZ材料的综合拉伸性能最佳。

表1 3种不同供水管道修补材料的拉伸力学性能参数

3.2 吸水性能

在供水管道修复过程中，修补材料的疏水、防潮性能是影响其长期工作效能的重要因素。因此，对3种不同修补材料展开了吸水性试验，试验结果如图1所示。由图1可知，对于不同的修复材料，其吸水性具有非常明显的区别。

图1 3种不同修补材料吸水性曲线

对于LLFA材料，随着吸水时间的增加，其吸水率基本不变，始终保持在0～0.2%范围内波动。

对于JAZ修复材料，在0～7d以内，其吸水性较差，吸水率基本不变，在0.1%～0.6%之间波动；而当试验时间超过7d后，吸水率整体呈缓慢增大的变化趋势，当试验时间达到12d时，材料的吸水率增长到2.15%，吸水率是7d时候的3.25倍。

对于JY修复材料，其吸水性远远强于JAZ材料和LLFA材料。当试验结束后(12d)，JY材料的吸水率已经达到8.43%，是JAZ材料的3.92倍。此外,在整个试验过程中，JY修复材料吸水率一直以较快的速度保持增大。

因此，综上所述可见，从防潮性和疏水性角度来看，JY修复材料的工程性能最差，LLFA材料的工程性能最佳。而JAZ材料的防潮性和疏水性处于二者之间，但只略差于LLFA材料，远比JY修复材料好。

3.3 耐疲劳性

在供水管道修复过程中，修补材料的疲劳工作能力也是影响其长期工作效能的重要因素。因此，对3种不同修补材料展开了疲劳拉伸试验，试验结果如图2所示。由图2可知，对于不同的修复材料，JAZ材料的拉伸强度明显高于其他2种修复材料。由图可知经过50min的拉伸后，LLFA材料的拉伸应力持续降低，最终只能维持在7N左右的拉伸应力进行疲劳试验。由此可知，LLFA材料的抗疲劳拉伸能力较差。进一步对比JY和JAZ材料可以发现，在初始条件下，JAZ材料的拉伸应力就远高于其他材料，这表明JAZ材料的拉伸强度较大。而经过50min的拉伸疲劳试验后，JAZ材料的拉伸力从21N降低到15.7N，而JY材料的拉伸力则是从15.5N降低到13N，其下降幅度远低于JAZ材料。此外，经过500min的疲劳试验后，JY材料的拉伸力几乎不变，而JAZ材料则产生了小幅度的下降。由此可见，JY材料具有比较好的抗疲劳破坏能力。