厂家为您讲解小口径混凝土排水管密封胶圈的设计研究

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　　摘 要：为解决实际工程中小口径混凝土排水管的连接质量问题，通过排水管对接连接和内水压力试验，建立了不同硬度、不同压缩率密封胶圈与排水管对接安装难易程度及质量的关系，并针对实际工程，提出了合理的改进意见，以期为提高小口径混凝土排水管的对接安装质量提供参考。

　　关键词：混凝土排水管;密封胶圈;硬度;压缩率;安装质量

　　0 前言

　　大规模的城镇化建设有力地推动了城市市政基础设施建设的发展，以混凝土排水管(以下简称排水管)为主要结构构筑物的地下排水管网是城市市政基础设施的重要组成部分， 有效地保障了城市生活污水、生产污水的收集输送，汛、涝积水的排放。胶圈作为排水管接头的主要配件，其受力变形能力、硬度与实际压缩率的设计，直接影响着排水管的施工质量和服役寿命，尤其对于小口径排水管而言(DN150～600)。然而，在实际设计和施工过程中，由于忽略了密封胶圈的设计影响因素，往往出现排水管连接过松或过紧的情况。承插口对接过紧时，胶圈压缩比过大，承插口难以对接到位，且易出现承口涨裂现象;承插口对接过松时，胶圈压缩比过小，承插口对接难度较小，但易出现密封不严、管子渗漏的情况。例如：有的排水管在套上胶圈进行对接时，承插口的连接插入难度较大，需用手拉葫芦才能连接到位，个别管子甚至出现了承口涨裂现象;有的排水管在安装后进行密封试验时，出现接头渗漏的情况，安装时排水管的连接很容易，两名工人依靠推力就可完成对接作业。笔者经过现场查看和对管型的安装尺寸复核发现，产生上述现象的主要原因是胶圈的实际硬度与设计不符或胶圈材质发生变化(硬度超标)。针对以上情况，本文选取DN450排水管为研究对象，参考BS EN 1916:2002 Concrete pipes and fittings, unreinforced, steel fibre and reinforced[4]附录A中关于接头密封胶圈的试验及计算方法，通过计算胶圈压缩率，结合排水管内水压力试验，以期了解胶圈应用长度和硬度对安装质量的影响，为提高排水管接口安装质量提供参考意见。

　　1 密封胶圈压缩率计算

　　目前排水管采用的胶圈材质大多为三元乙丙橡胶(EPDM)，硬度一般采用40~50G。根据GB/T 21873—2008《橡胶密封件给、排水管及污水管道用接口密封胶圈材料规范》的规定，橡胶圈的硬度等G分类如表1所示。

　　本文选取的DN450排水管胶圈为齿形密封胶圈，见图1。胶圈长度分别按照插口胶圈位置周长L的80%、82%、84%、86%%进行压缩率计算(本次计算中不考虑剪力作用)，排水管接口及胶圈数据见表2。

　　胶圈压缩率计算如下：

　　(1)胶圈长度L1

　　(2)伸展比ε

　　(3)胶圈使用高度hm

　　(4)Z小压缩率δ1

　　(5)Z大压缩率δ2

　　其他长度比例也按照上述计算方法，计算结果见表3。

　　2 排水管对接及内水压力试验

　　2.1 排水管对接试验

　　根据上述计算所得的胶圈压缩率区间，分别选取硬度为40G(实测42～45)与50G(实测48～50)的橡胶圈，按图2进行对接安装，以此来验证各种压缩率下排水管对接安装的难易程度，安装结果见表4。

　　2.2 内水压力试验

　　排水管对接安装完成后，将其移至内水压力试验架上进行接头内水压力试验，如图3所示。承插口对接后加水压至0.14 MPa，持压1 min，检验排水管接头是否有渗漏情况。采用不同硬度的胶圈在不同压缩率区间内进行内水压试验，试验结果汇总见表5。

　　3 应用分析

　　3.1 案例分析

　　案例1：DN450排水管在套上胶圈后进行对接安装时较困难，承口开裂两次。现场测量胶圈硬度为53~56，长度比例为84%，设计压缩率为47%，如图4所示。

　　案例2：DN375排水管在套上胶圈后对接安装较容易，但现场内水压力试验出现渗漏现象。现场测量胶圈硬度为36~40，长度比例为85%，设计压缩率也是47%，如图5所示。

　　从以上两个案例的实际数据来看，案例1中胶圈硬度G别属于50G，压缩率为47%;案例2中的胶圈硬度G别属于40G，压缩率同样为47%。在压缩率相同的情况下，不同硬度G别的胶圈造成了截然不同的使用效果。当然，胶圈材质也是内在因素，此文不作专门论述。

　　3.2 案例处理

　　针对以上两个工程案例，根据分析结果，采取以下处理措施：

　　案例1：建议在不改变胶圈截面和长度的情况下，更换硬度较小的新胶圈或在同样硬度的情况下，缩小长度，降低实际压缩率区间。

　　案例2：建议更换新胶圈，在不改变胶圈截面和长度情况下，保证硬度G别达到40G。

　　施工方根据上述建议进行了胶圈调整，排水管对接安装时难度适中，现场内水压力试验也满足要求。排水管对接安装和内水压力试验如图6所示。

　　4 结论

　　(1)胶圈理论设计对于管道的密封效果和使用寿命非常重要。胶圈的实际压缩率应按照不同硬度等G来进行要求，采用不同材质或不同硬度G别的胶圈时，需相应调整胶圈压缩率。

　　(2)对于小口径排水管(DN600以内)，由于胶圈安装间隙较小，胶圈的压缩率控制要更加精准，对胶圈的材质要求也需更严格。

　　(3)由于市场上胶圈的质量参差不齐，在使用时应尽量把胶圈保存在室内阴凉处，避免暴露于太阳下，保证安装时胶圈的硬度没有发生大的变化，也没有老化现象。

　　(4)本文所讨论的胶圈应用情况(包括压缩比和硬度)都是针对齿形胶圈而言，而对于楔形胶圈和圆形胶圈，则有不一样的设计和结论。按笔者经验，用齿形胶圈时压缩率可以稍高一些，而使用楔形和圆形胶圈时压缩率则可以稍低一些，在应用时要进行具体的分析。

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