复合材料耐腐蚀性在基建中的作用

2014-09-02  来源1:复材在线 作者:复材在线 浏览次数:9531 收藏  |  分享

在传统的建筑领域,钢、铸铁和混凝土材料被广泛用于井盖和槽盖。然而,基于对防腐蚀、安全作业、减少重量等问题的共同考虑,人们正考虑采用复合材料取而代之。Fiberlite公司目前正着手开拓该市场。《增强塑料》报道。地下基础设...
在传统的建筑领域,钢、铸铁和混凝土材料被广泛用于井盖和槽盖。然而,基于对防腐蚀、安全作业、减少重量等问题的共同考虑,人们正考虑采用复合材料取而代之。Fiberlite公司目前正着手开拓该市场。《增强塑料》报道。

地下基础设施正在面临老化问题,而导致基础设施劣化的主要因素之一是腐蚀问题。

传统用于地下基础设施的井盖和槽盖的材料是钢、铸铁和混凝土。这些材料都会面临腐蚀问题,包括受影响较小的混凝土在内。当井盖或格栅用于车辆通行的区域,其必须具有承受这些载荷的能力。这种承重型井盖或格栅一般由铸铁制成,特别的是,得益于其出色的耐久性、延展性和高抗压强度,这种在铸铁中添加镁制成的球墨铸铁,自二十世纪50年代起就用于井盖和井框的制作。基建组织特别是工程设计师很少考虑使用其他材料替代铸铁井盖或相关的产品。

成本高昂的职业伤害

由于井盖和槽盖通常与地下系统和管道相通,因此它们是输水、水处理设施、电力设施、通信设施和能源系统等的重要组成部分。例如,在地下基础设施建设中最常见的是,当人们在维修这些系统时,井盖就会被频繁地挪动。

虽然铸铁井盖具有很好的耐用性、较高的载荷能力和抗冲击性,但较大的自重已成为其问题所在。由于其自重,人们较多使用传统工具和升降技术来移动它,但这很可能给个人或者试图移动它的人带来一系列的工伤事故。这些由于沉重的铸铁而造成的工伤事故类型很多,且后果严重。例如由不当的升降技术而造成的割伤、手指或脚趾截肢、骨折、反复肌肉拉伤和扭伤、背部扭伤、反复创伤等。

耐腐蚀材料

由于当前地下基础设施系统的装配都经过了翻新或升级,且设备也经过了重新设计,基建工程师们开始倾向于采用耐腐蚀材料来替代钢、铸铁和混凝土。

这些新型的耐腐蚀材料适用于高腐蚀地区(沿海或者把盐当做一种除冰剂的高寒地带),或者基础设施应用中对水、污水、腐蚀性液体的贮存和输送,如用于污水处理、石油化工、制药、制浆和造纸工业的管道系统中。

玻璃纤维增强复合材料

玻璃纤维增强塑料(GRP)制品已经被广泛应用于可能因腐蚀而损坏的地下基础设施建设中。采用GRP制品的首要原因是其固有的耐腐蚀特性。很多时候,GRP在某些特定使用环境中是唯一可选的材料。而在其他领域,其优良的耐腐蚀性能以及较低的单元成本,使得其成为最经济实用的解决方案(如与高级不锈钢相比)。GRP的耐腐性能与树脂含量,以及叠层复合材料中特殊树脂的使用两者息息相关。目前已有多种树脂体系可选,可以满足各种化学介质和温度环境。通过合理的树脂体系选择和叠层设计,可以实现最好的耐腐蚀性能。

带盖沟槽

在高腐蚀性或对环境有破坏性的液体管道应用中,工程师们通常在管道外层设计混凝土管道沟槽。这些沟槽起到了二次控制的作用,可以有效防止有害液体泄漏至周围的环境中,且便于进入主管道对管道内部进行检查。很多安装在供水厂和污水处理厂的沟槽应用中,要求其上面的盖板必须能够承受重型叉车和车辆的通行。

在英国,这种用于重型车辆通行的盖板一般采用钢筋混凝土、钢、铸铁或者这几种材料复合制成。虽然混凝土,铸铁或钢制沟盖板能够满足重载车辆通行,它们依然在设备的操作上存在很多问题。沟槽安装的主要目的是便于人们进入并检查管道内的管线和电缆,因此,在沟槽的设计中,盖板的移动和更换问题就成了重中之重。

混凝土、钢和不锈钢沟槽除了本身的重量问题,还存在老化导致强度下降和板材破坏等问题。由于添加了骨料,在暴露于盐溶液或如硫酸等化学介质的环境中时,混凝土的质量就会遭到破坏。硫化氢,俗称下水道气体,普遍存在于污水收集或处理系统。在排污系统中,硫化氢被存活于水位线以上的混凝土表面的微生物氧化后形成硫酸。因此,硫酸溶解混凝土中的碳酸盐,使原本硬化的混凝土的强度不断下降,化学反应中生成的硫酸盐也会腐蚀混凝土结构。由于外部因素的刺激,混凝土的结构将变得越来越脆弱,并最终导致开裂、剥落。因此,作为承重的混凝土沟槽板在开始出现裂痕和老化前,就必须对其进行维修或更换。

一种更安全的替代材料

开始寻求铸铁井盖替代材料的是一些大型石油公司的服务站。为了减少对员工的伤害,这些公司开始考虑在地下储油罐上使用更轻的复合材料盖来替换铸铁盖。这种安装在特种服务站或加油设施的盖子在为罐体加油、检修和维护时需要被频繁移动。

由于需要频繁移动和更换这些笨重的钢制盖子,导致服务站的工作人员和承包商经常发生工伤事故。其中包括手脚损伤、背部疼痛,肌肉和韧带拉伤等。

玻璃纤维增强复合材料制品已经在可能由于腐蚀而损坏的地下基础设施领域得到了广泛使用。

根据石油零售行业对轻质复合材料盖体的需求,Fiberlite公司设计了一种带有升降手柄的复合材料盖板,可以从井框中拔出。通过与英国知名大学研究结构和复合材料方面的工程师合作,Fiberlite公司设计了一种承受载荷与铸铁井盖相同,但重量只有后者的1/3甚至更少的玻璃纤维增强复合材料井盖。这种轻质的井盖,结合人体工程学的移动和更换方法,消除了由于移动井盖给员工带来伤害的不利因素。

水务行业

水务公司一直在寻求一种使用寿命长并且维护少的产品。而耐久性、通用性以及对于成本的考虑成为这种复合材料井盖的关键选择因素。最好在满足强度和耐腐蚀性要求的同时,还能极大地赋予产品设计上的自由度和创新性。Fibrelite公司介绍说,经测试,他们生产的井盖载荷可达90吨,而且有多种尺寸型号供选择。由于具备合适的质量,并配备了升降手柄,给现场作业工人带来了操作上的极大便利,既保证了他们的安全,又可以防止井盖被盗或随意挪动。

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电磁波和无线电信号

在很多高科技应用领域,要求采用复合材料盖板以便数据和能量在其表面实现顺利传输和驱动。由于导电性远低于金属和铸铁井盖,复合材料井盖可以使电磁波和无线电信号直接通过。而金属和铸铁井盖会屏蔽这些信号,阻碍能量和数据的传输。而复合材料井盖由于具有透磁透波性能,工程师可以在里面安装传感器和其他设备,从而实现与地面接收装置和网络进行联通。复合材料盖还可用于设计安装在地下停车场的无线电动汽车充电系统。通过在复合材料井盖上安装电动线圈,给停在地面上的汽车电池充电。相比传统的有线充电,这种充电方式更便捷,不会由于电缆电阻造成能量的损失。

个性化彩色井盖

公司标志和其他品牌相关的标识应全部印制在井盖表面。其他任何品牌、产品标识,应以单色或多色形式永久模制于井盖表面。这些品牌、产品标识、多样的颜色或者工厂标志性颜色都可以根据需要加入。

Fibrelite表示,在闭模成型时,在复合材料树脂中直接加入颜料,可以使产品均匀、整体着色,而不仅仅浮于表面,这样就避免了褪色或被磨掉。这种颜色和标志的特质使地下系统的标志变得更加显著和独一无二,从而在维护或紧急情况下提供地下设施的安全警示或特殊条件等方面的信息。

案例分析

复合材料井盖已被应用于类似蒸汽井盖这样的特殊的高腐蚀环境。在很多主要城市,市政能源管网从中心工厂向附近的办公楼、酒店、医院和公寓输送蒸汽。这种蒸汽或超高温蒸汽的温度可以到达300°F/149℃。由于这种蒸汽温度很高,很多公共场合要求采用隔热复合材料井盖以防止与井盖接触的行人被烫伤。

在水处理工厂,带有防跌落结构的盖子重量超过70kg,存在着一定的健康和安全隐患,不适用于过流式污水处理的地方。通过研究多种替代材料,水务公司最终选择了复合材料井盖,配合金属孔或沟槽,以消除现场的不安全因素。

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复合材料井盖或槽盖由于不需要铰链或机械零件,因此不存在潜在故障,也无需持续维护,此外,盖子的重量也不超过25kg。(end)

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