鋼管是一種傳統管材,由鋼板螺旋纏繞成圓筒狀后焊接而成。從強度和剛度來看,夾砂玻璃鋼管和鋼管都具有優良的特性。但從耐腐蝕性與使用壽命、水力特性、能耗、水質、運輸、安裝、以及價格等方面分析,夾砂玻璃鋼管比鋼管更優越、更具有競爭力。

一、技術性能比較

1、設汁的靈活性

玻璃鋼管具有設計靈活性,可針對任何一種適用的技術參數組合進行設計和制作,能夠最大化地滿足顧客的需要和要求；而鋼管的設計針對性就差些,只在一定程度上具備這種特點。

2、強度性能

玻璃鋼管具有優良的強度性能,最大容許工作壓力可達到6.4MPa,設計安全系數在6倍以上。

1)抗拉強度:

根據纖維鋪設與含量情況,玻璃鋼管的表觀環向抗拉強度可在l40-520MPa之間,軸向抗拉強度可在70-320MPa之間;

2)抗彎強度:

根據纖維鋪設與含量情況,玻璃鋼管的表觀環向抗彎強度可在154-340MPa之間。不但管口是柔性接口,管材也是柔性的。

3)沖擊強度:

玻璃鋼管具有良好的抗沖擊強度,為300kgf·cm/cm2以上,有試驗表明:將Φ2600玻璃鋼管從1.8m高處自由落下,未受任何破壞;

3、剛度性能

在剛度性能方面,二者都能滿足工程需要。玻璃鋼管是在承受彎曲應力較小的管壁中間層根據工程需要增加夾砂層來提高剛度,可滿足用戶所提出的任何剛度要求。鋼管本身剛度足夠大,可不用考慮。

在承受短期意外的超載荷作用(如載重汽車)方面,玻璃鋼管可通過自身的彈性變形來承擔,并在載荷移去后能自動恢復原狀;而鋼管在一定的變形下容易被剪切破壞或斷裂。

4、使用壽命

玻璃鋼管的基體是極其穩定的高分子材料,且其破壞壓力是按工作壓力的6倍設計的,可以確保50年使用壽命(見AWWA, ASTM標準)。

鋼管使用壽命一般為20年。運行期間維護頻繁,維修難度大,費用高。鋼管在埋入地下運行時,管內水質、周圍土壤、地下水,埋設地帶附近是否存在電場等因素,均會使管內外壁產生腐蝕。因此,標準規定:管體內外表面應涂覆瀝青質或其他防腐材料。由于涂覆材料與鋼管的材質不同,在長期運行中,受到氣候冷熱、水力沖擊等作用,容易產生界面分層脫落,而逐步失去防腐涂覆層,從而使管的內表面鐵分子產生氧化作用、電化學腐蝕等,必將減少使用壽命。

5、水力特性比較

玻璃鋼管的內壁非常光滑,新玻璃鋼管的Hazen-Wllliams粗糙系數C值為160一165,其保守的設計值(按50年計)為150。新鋼管的C值均為為120,經使用后為C=65。C值的降低是由于管的內表面鐵分子產生氧化作用和電化學腐蝕反映在內壁結垢造成的。

鋼管與玻璃鋼管的流量進行比較的數據。因為新鋼管的絕對粗糙度為0.05mm,腐蝕后的鋼管的絕對粗糙度為3mm，腐蝕后是未腐蝕鋼管的絕對粗糙度的60倍。

取鋼管的Hazen-Williams平均粗糙系數C值為1OO,玻璃鋼管的C為150,則12英寸的玻璃鋼管與14英寸的鋼管的流量相同。或者說,在同樣的管徑條件下,玻璃鋼管的流量比鋼管要大36%。

6、能耗比較

由于鋼管的Hazen-Williams粗糙系數C值隨著年份大幅度減少,其能耗也將大幅度增加。鋼管管線的能耗遠大于玻璃鋼管線。其主要原因有兩個:其一是由于鋼管氧化、電化學腐蝕等因素,產生內壁結垢而增加阻力,使能耗增加；其二是由于在新管狀態下,玻璃鋼管遠比鋼管要光滑。值得指出的是:在管線壽命期的最后數年,鋼管線需要的泵送功率將從25馬力增加到60馬力:而玻璃鋼管線的功率基本保持不變。

現按同樣的流量進行能耗比較:

設日流量為:6萬方,管全長為1O公里,輸送自來水,動力粘度系數1.2*10-6,坡高為零,其中鋼管的絕對粗糙度取平均值1.65mm。則:玻璃鋼管的揚程為30.85m,而鋼的揚程為58.62m。鋼的能耗是玻璃鋼管的1.9倍。這意味著在管道運行時將大大增加后期成本。

7、水質

玻璃鋼管的內襯采用食品級樹脂,可確保水質達到國家標準(JC586一1995 ),并可用于輸送和貯存含氯的飲用水及生活用水。除此之外,在避光條件下的玻璃鋼管的內壁不滋長微生物,因此埋地的玻璃鋼管可進一步確保自來水的質量。

由于鋼管必須涂覆涂料,因此GBl3295一91標準對涂料作了嚴格規定:涂料應不溶于水,不得使水產生臭和味,涂料中的有害物質應符合衛生部引水的有關規定。此外,由于鋼管壁粗糙,即使采取涂覆防腐材料工藝也難以達到和玻璃鋼管內壁的光滑性,且長期使用后會產生腐蝕,因而會生長微生物和結垢,從而影響水質。

8、防滲漏性能和抗水錘能力

玻璃鋼管采用雙環橡膠密封膠圈承插連接,安裝時在連接處l00%打壓試驗,可確保接頭密封性能100%合格。此外,由于玻璃鋼是一種致密性很高的復合材料,管身不僅不會由里往外滲水(如往外滲的污水影響農田),而且也不可能由外往里滲(如管外部的污水往里滲將影響管內的水質)。

鋼管在焊接時要求的作業條件較高,在現場施工過程中受條件的限制焊接質量往往難以保證,因此焊接處密封的可靠性不及玻璃鋼管,爆管現象就是出在鋼管的焊接處。

由于玻璃鋼夾砂管具有很高的強度和良好的延展性,不會因為水錘作用和瞬間超壓產生破壞。

由此可見,玻璃鋼管材的防滲性比鋼管要優越得多。

9、適用性、安全和環保特性

在可能的組合下,可根據使用條件要求對玻璃鋼夾砂管進行靈活設計,并且,國內先進水平的生產裝備完全能夠按照各種設計方案生產出合格產品。由于食品級樹脂等原材料質量穩定,經多年使用效果良好。

玻璃鋼管由結構穩定的無機非金屬材料和大分子鏈的有機材料構成,管道內外富樹脂層的結構形式使管材在長期使用中性能穩定,滲入滲出極少,不會對所輸送的水質和環境水土產生影響,因此,玻璃鋼夾砂管是一種很好的環保材料。由于玻璃鋼夾砂管具有很高的強度和良好的延展性,不會因為水錘作用和瞬間超壓產生破壞,又不會對所輸送的水質和環境水土產生影響,因此,從諸多方面評價玻璃鋼夾砂管都是一種安全的管材。另外,由于玻璃鋼夾砂管內壁光滑,水流阻力小,特別是在有重力流的情況下,所需的加壓設備少,節省運行動力。一般情況下,玻璃鋼夾砂管的運行費用比其他管材低20%左右。

由于玻璃鋼夾砂管強度高,材質穩定,非外力作用不易破壞,可以講玻璃鋼夾砂管基本上是免維護的。國內外正在運行管道的良好表現也證明了這一點。

10、抗剝離性能

在規定的使用期內,正常使用情況下玻璃鋼夾砂管不會出現剝離現象。現從玻璃鋼夾砂管的構成材料、材料作用原理、結構和生產工藝三方面加以說明。

1)構成材料:玻璃鋼夾砂管的主要材料為不飽和聚酯樹脂、無堿無捻玻璃纖維和天然圓角石英砂。不飽和聚酯樹脂采用南京帝斯曼樹脂有限公司、大連鑫鼎樹脂涂料有限公司等國內著名生產廠家的產品,其酸值、工藝浸潤性、澆鑄體斷裂韌性和強度等指標均處于國內領先水平;無堿無捻玻璃纖維采用巨石集團和泰山玻璃纖維有限公司,該產品采用了先進的池窯拉絲生產技術,使用最佳的表面處理劑,因此,其拉伸強度、耐磨性、表面形態及其與樹脂的融合程度均十分理想;石英砂采用內蒙古草原的天然圓角石英砂,經水洗、烘干和篩選等工藝過程后得到符合理想級配的產品,其形狀、成份和潔凈度使天然圓角石英砂具有浸潤性好、堆積密度高、有效地提高玻璃鋼夾砂管強度和剛度等優良性能。美國歐文斯科寧管道有限公司用與上述材料相同性能的材料生產的玻璃鋼夾砂管,經美國歐文斯科寧管道有限公司美國技術中心和挪威技術中心按照ANSI/AWWA C950一95標準中的長期靜水壓設計基準 ( HDB ),經過10000小時嚴格的模擬試驗,采用線性回歸分析方法推算出在50年的使用期內,按照規定要求設計和生產的玻璃鋼夾砂管的性能衰減程度是完全能夠達到其最低使用要求的。

2)材料作用原理:構成地埋玻璃鋼夾砂管的主要材料無堿無捻玻璃纖維和天然圓角石英砂均屬典型的無機非金屬材料,起增強作用,具有理想的組份和結構強度,其性能在玻璃鋼夾砂管的成型過程和使用期內無變化。不飽和聚酯樹脂屬黏接材料,在成型過程中發生化學反應,從低分子線性結構轉變成具有黏附力好,剪切強度高,收縮率小的穩固的高分子三維立體結構,使其極難與增強材料脫離。

3)結構和生產工藝:玻璃鋼夾砂管的內表面是由高比例不飽和聚酯樹脂和增強材料構成的防滲漏層,然后是環向和交叉纏繞的無堿無捻玻璃纖維和樹脂層。整個石英砂層居于管壁中部位置,其中有多層環向和交叉纏繞的無堿無捻玻璃纖維起連接和增強作用。外層仍為環向和交叉纏繞的無堿無捻玻璃纖維和樹脂層。生產過程中給予纖維以足夠的成型張力并逐層壓實,使整個管壁結構渾然一體。

鋼管的導熱系數較高,與防腐材料間變形系數差別較大,在局部腐蝕、水流沖擊等外部因素作用下較易剝離。

11、抗凍性能

玻璃鋼管屬柔性管,斷裂延伸率較高,彈性好,導熱系數低,屬非金屬保溫材料。另外,由于玻璃鋼夾砂管的環向拉伸強度和軸向拉伸強度較高,即使在管內滿水全部冰凍情況下,也不會出現凍裂現象。一般情況下,在寒冷地區埋設的玻璃鋼管運行中可有1/3～1/2在凍層內不致影響使用。

12、抗變形和基礎不均勻沉降能力

玻璃鋼管既具備足夠的抗外部荷載和變形的剛度性能,又具有一定的柔性, DNl800mm管接口借轉角度可達到1.5°;而鋼管為剛性連接,受外力或不均運沉降作用易發生剪切破壞或焊囗開裂現象。因此,玻璃鋼管比鋼管具有更強的抗變形和不均勻沉降能力,對地震等外力有較強的抵抗能力。

13、維護與維修

從玻璃鋼管的特性和引松入長等工程的運行情況看,玻璃鋼管是一種免維護的管材。如因外部因素造成玻璃鋼管損壞,玻璃鋼企業可采用成型的特種維修卡頭在不影響供水的情況下于最短時間內解決問題。

鋼管一旦損壞或爆管,維修相當困難。