制备了PVC波纹管，按照JT/T 529—2016测试了其主要性能，并与HDPE波纹管进行了比较；对PVC波纹管进行了热失重试验、浸泡试验和环境模拟加速试验
根据常规设计测算，按照PVC双壁波纹管中PVC树脂的质量分数为50%，PVC树脂中氯元素的质量分数为50%估算，单块170 mm×1 600 mm×42 500 mm预应力板中PVC双壁波纹管的氯元素占混凝土总质量的0.6%，若将这些氯元素当作Cl-，则PVC双壁波纹管根本不能用于预应力混凝土。另外，有些非公开发表的文献报道PVC材料在100 ℃即开始释放HCl[3]，显然这将对预应力筋与混凝土造成严重腐蚀，危及工程安全。但研究表明[ 4-9]：PVC脱HCl的温度至少为180 ℃，PVC制品中添加增塑剂、稳定剂后还将显著提高其脱HCl温度。虽然PVC双壁波纹管中氯含量高，但氯元素受到约束，难以形成游离的Cl-。笔者进行了40 ℃的浸泡测试，也没有发现HCl或Cl-释放。在预应力混凝土工程中，塑料波纹管的原始功能仅用于成孔，起到模板作用。早在1997年，我国即有PVC双壁波纹管在预应力混凝土中的应用试验。如果PVC双壁波纹管可成功用于预应力混凝土工程，不仅能消除现有的行业误区，开拓PVC双壁波纹管新的市场领域，还将为我国“一带一路”基础设施建设的节材降耗创造有利条件。因此，有必要对PVC双壁波纹管在预应力混凝土工程应用的可行性开展探索研究。
1 试验部分
1.1 主要原料
工作在预应力混凝土中的塑料波纹管一般面临的极端环境温度是多少呢？据相关研究及公开报道[12-15]：夏季高温季节沥青路面温度可达到60～70 ℃，如南昌沥青路面温度达到60 ℃ ，杭州沥青路面温度达到70 ℃。同济大学谈至明等[16]研究发现：夏季高温时节宁波沥青路面120 mm深处温度达到48 ℃。综合现有技术规范要求，最低腐蚀环境下(如大气区)预应力混凝土保护层厚度不小于40 mm，那么夏季预应力混凝土中波纹管的环境极端高温应在80 ℃以下，持续时间不超过8 h(如9：00～17：00)。因此，可以预判，在60～210 ℃热失重<0.5%的PVC双壁波纹管，面对夏季预应力混凝土的环境极端高温环境，其可以长期保持稳定，不释放出游离性Cl-。
1.2 主要仪器设备
1.3 制样
(1)配方。
PVC双壁波纹管在40 ℃去离子水中浸泡90天的过程中，未在去离子水中检测出Cl-。美国ACI 357、日本《混凝土标准规范》、我国JGJ 369—2016、TB 10005—2010、JTG/T B07-01—2006、JTJ 275—2000等规范中均是对游离性Cl-含量进行了要求，而非氯元素。因此，即使PVC双壁波纹管中含有大量的氯元素，如果其能在设计寿命期内不释放出游离性的Cl-，且不对预应力筋与混凝土造成不利影响，那么PVC双壁波纹管完全有希望在预应力混凝土工程上得到应用。
(2)制样流程。
按配方称量原料，放入高速混合机中混合均匀，再投入料斗中，通过输送管将混合料送到挤出机的料筒中进行挤出成型，其中挤出机各段加工温度设置如下：一区，150 ℃；二区，155 ℃；三区，160 ℃；四区，165 ℃；五区，165 ℃；六区，170 ℃；机头，175 ℃。经模具真空成型后，采用自来水喷洒冷却，牵引机的牵引速度设置为2 m/min，定长后裁剪，制得PVC双壁波纹管，生产工艺流程见图1。笔者制备了2种规格的PVC双壁波纹管：C-75、C-90(C代表圆形管材，75、90代表管材内径为75、90 mm)。
PVC双壁波纹管的热失重测试按照GB/T 19472.1—2004《埋地用聚乙烯(PE)结构壁管道系统 第1部分:聚乙烯双壁波纹管材》中“8.7 烘箱试验”进行，老化温度范围选择60～210 ℃，温差间隔为10 ℃，每个老化温度点恒温30 min，然后取出试样冷却到室温后称量，计算其质量保持率，每组试样为5个测试样管，管长为2个波段，取测试结果的算术平均值，初始样计为100%。
图1 PVC双壁波纹管的生产工艺流程
Fig.1 Production process flow of corrugated PVC pipes
1.4 性能测试
PVC双壁波纹管的主要性能按照JT/T 529—2016《预应力混凝土桥梁用塑料波纹管》进行测试。
PVC，45～55份；CPE，7～9份；ACR，1.8～2.2份；复合稳定剂，2～3份；碳酸钙，30～35份；石蜡，0.2～0.5份；硬脂酸，0.2～0.5份；炭黑，0.5～1.0份。
从表1可见：壁厚2 mm的PVC双壁波纹管的主要力学性能满足JT/T 529—2016的技术要求，且明显优于同型号、同壁厚的HDPE波纹管；而HDPE波纹管的壁厚为2 mm时，其局部横向荷载不能满足JT/T 529—2016的要求。
2 结果与讨论
2.1 基本性能对比
表1为PVC双壁波纹管与市售同规格HDPE波纹管基本性能的对比。由于PVC双壁波纹管与HDPE波纹管的氧化机制不同，难以按照GB/T 19466.6—2009《塑料 差示扫描量热法(DSC) 第6部分:氧化诱导时间(等温OIT)和氧化诱导温度(动态OIT)的测定》进行氧化诱导温度与诱导氧化时间的测量，故PVC双壁波纹管没有进行这两项测试。
表1 PVC双壁波纹管与市售HDPE波纹管的基本性能对比
Table 1 Comparison of basic performances between corrugated PVC pipes and commercial corrugated HDPE pipes
材质规格壁厚/mm环刚度/(kN/m2)局部横向荷载抗冲击性①/%柔韧性拉伸屈服应力/MPa断裂伸长率/%拉拔力密封性氧化诱导时间②/min氧化诱导温度(空气)/℃PVC1C-75215未破裂,残余变形量3.2 mm2合格25450合格合格PVC2C-90 217未破裂,残余变形量2.2 mm3合格27420合格合格HDPE1C-7528未破裂,残余变形量12.8 mm4合格21580合格合格53.8265HDPE2C-75312未破裂,残余变形量4.8 mm3合格23560合格合格52.2267HDPE3C-9029未破裂,残余变形量33.8 mm5合格25460合格合格53.5265HDPE4C-90314未破裂,残余变形量6.2 mm2合格27480合格合格52.5267JT/T 529—2016≥6不破裂,残余变形量不超过外径的10%≤10≥20≥500③
①抗冲击性是指低温落锤试验的真实冲击率。②氧化诱导时间指试样在高温氧气条件下开始发生自动催化氧化反应的时间。③该指标只适用于HDPE管材。
Cl-浸出试验按照GB/T 7023—2011《低、中水平放射性废物固化体标准浸出试验方法》中的附录A“短期浸出试验方法”进行，将2个波段长的PVC双壁波纹管从中间剖开，边角打磨处理后作为2个测试样片，每组试样测试6个样片，测量结果取算术平均值，浸出剂采用去离子水，浸出温度为(40±2)℃，试验时间为90天，每10天统计1次Cl-累计浸出率，空白样计为0%。
2.2 热失重试验
图2为PVC、HDPE波纹管的热失重曲线。其中，2组HDPE波纹管在130 ℃开始软化，在150 ℃软化并塌落成片状，180 ℃开始黏结测试托盘，随后停止测试；2组PVC双壁波纹管在140 ℃开始软化，在200 ℃软化并塌落成片状，在210 ℃开始黏结测试托盘，随后停止测试。
由图2可见：在60～180 ℃时，PVC双壁波纹管的耐热性能优于HDPE波纹管，且二者的热失重都低于0.5%，表明二者的树脂主材没有发生明显的热降解，也证明PVC双壁波纹管在热失重试验期间没有释放出HCl。国内外相关研究表明[5-6,8]：PVC的热降解从220 ℃开始，质量略有变化；随着温度的升高，PVC热失重速率逐渐增加；从350 ℃左右热降解开始加速，在400 ℃时热失重速率达到最大。此外，PVC中添加的增塑剂、稳定剂等助剂可提高其热降解脱HCl的温度。
图2 PVC、HDPE波纹管的热失重曲线
Fig.2 Thermogravimetric curves of
corrugated PVC pipes and corrugated HDPE pipes
2.3 Cl-析出情况
采用拟定的路面结构以及各层结构模量值，路基顶面回弹模量采用平衡湿度状态下的回弹模型乘以模量调整系数kl（kl=0.5），为50MPa，根据弹性层状体系理论计算得到路表验收弯沉值la为19.9（0.01mm）。
3 应用试验
结合以上试验结果与理论分析，笔者采用PVC双壁波纹管制备了预应力混凝土梁、板试件，“工程结构多功能环境模拟系统”(见图4)进行5 000 h实验室模拟加速试验(相当于工程应用25年)。试验结果表明：在PVC双壁波纹管内外侧20 mm范围内，均未检测到Cl-含量增加的情况，说明PVC双壁波纹管未释放出Cl-。另外，未观察到预应力筋表面有明显的锈蚀现象。
图3 工程结构多功能环境模拟系统
Fig.3 Analogue system for engineering
structure multifunctional environment
4 结论
(1)PVC双壁波纹管的性能满足JT/T 529—2016的要求，且优于相同规格、壁厚的HDPE波纹管。
(2)PVC双壁波纹管在210 ℃以下时热失重<0.5%，性能稳定可靠。
(3)PVC双壁波纹管在40 ℃去离子水中浸泡90天的过程中无Cl-析出。
原文地址：http://www.hnfutong.com/newsDetail/70.html