水泥管道：材料特性與工程應(yīng)用

來源：www.thesilent.cn 發(fā)布日期： 2025年07月16日

在城鄉(xiāng)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中，水泥管道作為輸送水、污水、雨水的重要載體，憑借其耐久性和經(jīng)濟(jì)性，成為地下管網(wǎng)系統(tǒng)的核心組成部分。從早期的素混凝土管到如今的鋼筋混凝土管、預(yù)應(yīng)力混凝土管，水泥管道的性能不斷優(yōu)化，適應(yīng)了不同工程場景的復(fù)雜需求。

在城鄉(xiāng)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中，水泥管道作為輸送水、污水、雨水的重要載體，憑借其耐久性和經(jīng)濟(jì)性，成為地下管網(wǎng)系統(tǒng)的核心組成部分。從早期的素混凝土管到如今的鋼筋混凝土管、預(yù)應(yīng)力混凝土管，水泥管道的性能不斷優(yōu)化，適應(yīng)了不同工程場景的復(fù)雜需求。

材料組成與生產(chǎn)工藝

水泥管道的主要原料包括水泥、骨料、鋼筋和外加劑。水泥通常選用強(qiáng)度等級(jí)42.5級(jí)以上的硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥，確保管道的早期強(qiáng)度和耐久性。骨料分為粗骨料（碎石或卵石，粒徑5-20mm）和細(xì)骨料（中砂，細(xì)度模數(shù)2.3-3.0），砂石級(jí)配需滿足設(shè)計(jì)要求，以保證混凝土的密實(shí)度。

鋼筋骨架是增強(qiáng)管道結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的關(guān)鍵，根據(jù)管道直徑和受力要求，配置不同直徑的縱向鋼筋和環(huán)向鋼筋。直徑1000mm以上的管道，縱向鋼筋直徑通常為10-14mm，環(huán)向鋼筋間距控制在100-150mm，通過綁扎或焊接形成整體骨架。

生產(chǎn)工藝主要有離心法、懸輥法和立式振搗法。離心法通過高速旋轉(zhuǎn)使混凝土在離心力作用下密實(shí)成型，適用于小直徑管道（≤600mm），生產(chǎn)的管道內(nèi)壁光滑，抗?jié)B性好；懸輥法利用輥軸旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)模具轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)加壓使混凝土密實(shí)，適合直徑600-2000mm的管道，某管道廠采用懸輥法生產(chǎn)的1200mm直徑管道，28天抗壓強(qiáng)度達(dá)40MPa以上。

蒸汽養(yǎng)護(hù)是提升早期強(qiáng)度的重要環(huán)節(jié)。成型后的管道在養(yǎng)護(hù)窯內(nèi)經(jīng)歷靜停（2-3小時(shí)）、升溫（≤20℃/h）、恒溫（80-90℃，6-8小時(shí)）、降溫（≤25℃/h）四個(gè)階段，24小時(shí)齡期強(qiáng)度可達(dá)設(shè)計(jì)值的70%，滿足出廠吊裝要求。某預(yù)制廠通過優(yōu)化養(yǎng)護(hù)曲線，將恒溫時(shí)間縮短至6小時(shí)，生產(chǎn)效率提升20%。

類型劃分與性能差異

鋼筋混凝土管是應(yīng)用廣泛的類型，按接口形式可分為平口管、企口管和承插口管。平口管制作簡單，通過鋼絲網(wǎng)水泥砂漿抹帶連接，適用于管徑≤600mm、埋深較淺的排水管道；承插口管采用橡膠圈密封，安裝便捷，密封性好，在市政污水管網(wǎng)中占比超過60%，某新區(qū)污水管網(wǎng)工程中，90%以上采用直徑800mm承插式鋼筋混凝土管。

預(yù)應(yīng)力混凝土管通過施加預(yù)應(yīng)力提高抗裂性能，分為先張法和后張法。先張法預(yù)應(yīng)力管在澆筑混凝土前張拉鋼筋，利用鋼筋回縮產(chǎn)生預(yù)壓應(yīng)力，適用于壓力≤0.6MPa的輸水管道；后張法通過在管體預(yù)留孔道張拉鋼筋并錨固，可承受1.0-1.6MPa的工作壓力，某城市輸水工程采用后張法預(yù)應(yīng)力混凝土管，單管長度6m，成功實(shí)現(xiàn)了10公里長距離輸水。

自應(yīng)力混凝土管利用膨脹水泥在硬化過程中產(chǎn)生的膨脹力實(shí)現(xiàn)自應(yīng)力，管徑多在100-600mm之間，工作壓力0.4-1.0MPa，因制作工藝簡單，在農(nóng)村飲水工程中應(yīng)用較多。某縣農(nóng)村安全飲水項(xiàng)目采用直徑300mm自應(yīng)力混凝土管，安裝成本較鋼管降低40%，且滿足50年使用壽命要求。

工程場景的適配應(yīng)用

市政排水工程中，水泥管道需適應(yīng)不同的埋深和荷載。車行道下的排水管道通常采用Ⅱ級(jí)及以上鋼筋混凝土管，管頂覆土深度1.5-6m時(shí)，需承受汽車荷載和土壓力，某城市主干道下的雨水管道，采用直徑1500mmⅡ級(jí)鋼筋混凝土管，經(jīng)結(jié)構(gòu)驗(yàn)算，可承受50kN的輪壓荷載。

污水處理廠的管道需考慮耐腐蝕要求，內(nèi)壁可采用水泥砂漿抹面或環(huán)氧樹脂涂層。生物處理池的出水管因含有少量腐蝕性物質(zhì)，采用內(nèi)壁涂覆2mm厚環(huán)氧樹脂的鋼筋混凝土管，某污水處理廠的實(shí)踐表明，這種處理使管道使用壽命延長至30年以上，較普通管道增加10年。

農(nóng)田水利工程中，水泥管道用于灌溉和排水系統(tǒng)，需適應(yīng)野外環(huán)境。某灌區(qū)采用直徑500mm鋼筋混凝土管，沿渠堤鋪設(shè)，單管長度4m，通過承插連接實(shí)現(xiàn)快速安裝，通水后滲漏量控制在0.1L/(m?h)以下，滿足節(jié)水灌溉要求。

工業(yè)廠區(qū)的水泥管道需根據(jù)輸送介質(zhì)特性選擇類型。輸送工業(yè)廢水（pH值6-9）的管道可采用普通鋼筋混凝土管；輸送含少量酸性物質(zhì)的廢水時(shí)，需采用耐酸水泥制作的管道，某化工廠的廢水排放管道采用硫鋁酸鹽水泥管，使用5年后檢查，內(nèi)壁無明顯腐蝕。

安裝工藝與質(zhì)量控制

管道基礎(chǔ)處理是安裝質(zhì)量的關(guān)鍵。土質(zhì)較好的地段采用砂石基礎(chǔ)，厚度100-150mm，分層夯實(shí)；軟土地基需進(jìn)行換填或灰土擠壓處理，某小區(qū)排水管道工程中，對(duì)淤泥質(zhì)土地段采用2:8灰土換填300mm厚，經(jīng)載荷試驗(yàn)，地基承載力達(dá)到120kPa，滿足設(shè)計(jì)要求。

接口密封直接影響管道的抗?jié)B性能。承插式管道的橡膠圈應(yīng)選用三元乙丙橡膠，截面尺寸與接口凹槽匹配，安裝時(shí)需在橡膠圈和插口表面涂抹潤滑劑，確保橡膠圈均勻壓縮。某工程通過水壓試驗(yàn)驗(yàn)證，接口滲漏率控制在1%以內(nèi)，遠(yuǎn)低于規(guī)范允許的5%。

管道安裝的高程和軸線偏差需嚴(yán)格控制，采用水準(zhǔn)儀和經(jīng)緯儀實(shí)時(shí)監(jiān)測，直徑≤1000mm的管道，軸線偏差允許±10mm，高程偏差±5mm。某市政工程的雨水管道安裝中，通過加密測量頻次，使2km長管道的累計(jì)軸線偏差控制在80mm以內(nèi)，確保了水流順暢。

回填土施工需分層夯實(shí)，管頂500mm以內(nèi)采用素土或細(xì)砂回填，壓實(shí)度≥90%；500mm以上可采用原土回填，壓實(shí)度≥95%。某開發(fā)區(qū)污水管道工程中，采用小型壓路機(jī)和蛙式打夯機(jī)配合回填，經(jīng)檢測，管周回填土壓實(shí)度全部達(dá)標(biāo)，有效避免了管道后期沉降。

維護(hù)與壽命延長措施

定期檢查管道的結(jié)構(gòu)完整性，可通過閉路電視（CCTV）檢測系統(tǒng)對(duì)管道內(nèi)部進(jìn)行探查，查看是否有裂縫、變形、滲漏等缺陷。某城市對(duì)建成10年的排水管網(wǎng)進(jìn)行CCTV檢測，發(fā)現(xiàn)3%的管道存在局部裂縫，通過非開挖修復(fù)技術(shù)及時(shí)處理，避免了路面塌陷風(fēng)險(xiǎn)。

管道清淤是維持輸水能力的重要工作，可采用高壓水射流或機(jī)械清淤方式。雨水管道在汛期前需清淤，確保過流斷面不小于設(shè)計(jì)斷面的80%，某城市每年投入2000萬元用于管道清淤，有效減少了城市內(nèi)澇發(fā)生頻次。

對(duì)于出現(xiàn)滲漏的管道，可采用注漿修復(fù)技術(shù)。在接口滲漏處鉆孔，注入水泥漿或聚氨酯漿液，漿液固化后形成密封層，某小區(qū)污水管道采用聚氨酯注漿修復(fù)后，滲漏量從15L/min降至0.5L/min以下，修復(fù)成本僅為開挖更換的1/3。

延長管道壽命的關(guān)鍵是防止外部腐蝕，地下水位較高或土壤腐蝕性較強(qiáng)的地段，可對(duì)管道外壁進(jìn)行防腐處理，如涂刷瀝青涂層或包裹防腐卷材。某濱海城市的排水管道，因土壤含鹽量高，采用外壁涂刷兩層瀝青、包裹玻璃絲布的防腐措施，使管道壽命預(yù)計(jì)延長至60年。

水泥管道的發(fā)展始終圍繞著“安全、耐久、經(jīng)濟(jì)”的核心目標(biāo)，隨著材料技術(shù)和施工工藝的進(jìn)步，其在大口徑、高壓力、耐腐蝕等方面的性能持續(xù)提升。在新型城鎮(zhèn)化建設(shè)中，水泥管道將繼續(xù)發(fā)揮地下管網(wǎng)的骨干作用，通過科學(xué)選型、規(guī)范施工和定期維護(hù)，為城鄉(xiāng)基礎(chǔ)設(shè)施的穩(wěn)定運(yùn)行提供保障。在實(shí)際工程應(yīng)用中，需根據(jù)輸送介質(zhì)、埋深、荷載等條件合理選擇管道類型，確保工程質(zhì)量與使用壽命。

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