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CIPP 材料长期弹性模量的 测试计算及其影响因素 王卫平 , 博士 总经理 澜宁管道（上海）有限公司 一．引言 1. 英国人 Eric Wood 发明 CIPP( 现场固化管）， 1971 年首个工程在英国成功； 2. 消除内渗外漏 ; 3. 恢复管道的结构稳定性和承载能力 ; 4. 防止地面沉降和坍塌。 ? CIPP 概论 ? CIPP 内衬管承受的载荷 1. 地下水 2. 泥土压力 3. 地面动载荷 地下水 泥土压力 动载荷 ? CIPP 内衬管的破坏模式 1. 压垮（弯） --- 向内凸起 2. 圆周向裂缝 ? CIPP 管壁厚的设计 1. 部分破损半结构修复设计 ? 老管可能有纵向或周向裂缝、接头错位、横截面变 形等缺陷 ? 老管在修复设计寿命内能承受泥土和动载荷 ? CIPP 内衬管承受地下水压力 2. 完全破损结构性修复设计 ? 老管有大块缺失、变形、裂缝，失去了结构稳定性 而可能坍塌 ? 老管不能承受地下水、泥土和路面动载荷 ? CIPP 内衬管承受所有的压力 ? ? 1 1 E 2 3 1 2 L ? ? ? ? ? ? ? ? ? v PN C K D t 3. 半结构壁厚设计公式 E L --- 内衬管的长期弹性模量， 取短期的 50% D --- 内衬管外径 ν --- 泊松比 K --- 增强因子 C --- 椭圆度 P --- 管顶地下水压力 N --- 安全系数 Flexural Property Samples 30-Year 20-Year Industry Standards WIS 4-34-04 ASTM F 1216 Modulus MPa 3,300 2,900 2,200* 1,700 Strength MPa 43 46 25 31 30-Year Test vs. 20-Year Test 二．长期模量的测量和计算 ? 定义 1. 并非是若干年后测得的弯曲模量。而是材料在 恒定的应力下持续发生形变（蠕变），根据应 力和形变的大小计算得到“蠕变模量” 2. 反映了不同材料的蠕变速度 ? 测试标准 1. ASTM D 2990 2. 10000 小时以上的测试， 外推到设计寿命 50 年 ? 测试实验装置 1. 样品浸泡在水中或暴露在空气中 2. 支点间距离（跨度）恒定 ( 试样厚度的 16 倍） 3. 悬挂重物施加弯曲应力（初始模量的 0.25% ） 4. 千分表记录形变随时间的变化 ? 数据处理 1. 读取时间和弯量 时 间 （小时） 弯曲形变 （ % ） 蠕变模量 （ MPa ） 0:01:00 0.780 3360 0:06:00 0.787 3318 0:12:00 0.795 3297 0:26:00 0.805 3250 1:00:00 0.817 3200 2:14:00 0.828 3153 23:53:00 0.885 2958 48:09:00 0.910 2883 195:08:00 0.980 2661 724:59:00 1.045 2472 1105:11:00 1.083 2392 1775:26:00 1.128 2297 2572:21:00 1.160 2236 2856:01:00 1.160 2226 2. 蠕变模量和时间的对数图， 外推到 50 年 Log （小时） Log （ 模 量 ） E L 线性回归 50 年 ? 双对数作图成直线 三． 长期模量 E L 的影响因素 ? 树脂 100 1000 10000 50 500 5000 Log （ 模 量 ） Log （小时） ? 不同的树脂表现出不同的蠕变速率（斜率） 树脂 A 树脂 B ? 热水固化与蒸汽固化 1000 10000 1 10 100 1000 10000 热水 蒸汽 Log （ 模 量 ） Log （小时） ? 蒸汽固化使模量较高蠕变速率稍低 500 5000 100 1000 10000 浸泡水中 空气中 ? 浸泡水与空气中 Log （ 模 量 ） Log （小时） ? 浸泡水中使模量下降和蠕变速率稍有增加