提高剛度、降低成本、優(yōu)化設(shè)計(jì)三大法寶，正在輸送管道領(lǐng)域展現(xiàn)以纖維纏繞玻璃鋼夾砂管道一體替代預(yù)應(yīng)力混凝土管道的美好遠(yuǎn)景。
　　我國(guó)的“纖維纏繞玻璃鋼夾砂管道”（RPM管道）是在80年代后期引進(jìn)并發(fā)展起來(lái)的，隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的持續(xù)快速發(fā)展，工程建設(shè)規(guī)模的急劇擴(kuò)張，科技水平的大幅提高，目前已經(jīng)成為規(guī)模化產(chǎn)業(yè)，在眾水利、電力、化工、輕工、礦山等眾多領(lǐng)域廣泛使用，成為輸送管道中一顆閃亮的新星。面對(duì)進(jìn)一步擴(kuò)大應(yīng)用領(lǐng)域的瓶頸，業(yè)內(nèi)相關(guān)人士正在全力尋求提高質(zhì)量、降低成本的新理論、新技術(shù)，并形成“插口夾砂管道安全閥設(shè)計(jì)理論”、“實(shí)體全及限設(shè)計(jì)理論”（及限意為達(dá)到限位，并非較限之意）等新理念，完成了新的設(shè)計(jì)模式，獲得“大螺旋角纏繞玻璃鋼管”等3項(xiàng)國(guó)家專利，實(shí)現(xiàn)了初步打破。
　　RPM管道替代預(yù)應(yīng)力混凝土管道首先要解決的是剛度問(wèn)題。據(jù)中國(guó)環(huán)氧樹(shù)脂行業(yè)協(xié)會(huì)(www.epoxy-e.cn)介紹，RPM管道埋入地下，要承擔(dān)地面和土壤荷載，因此剛度就是RPM管道的關(guān)鍵。目前我國(guó)RPM管道僅在一部分場(chǎng)合能替代發(fā)揮作用，要讓其一體替代預(yù)應(yīng)力混凝土管道，提高剛度是急待要解決的問(wèn)題。按照相關(guān)人士的設(shè)想，可通過(guò)增強(qiáng)夾砂層、密實(shí)夾砂層、提高固化度來(lái)實(shí)現(xiàn)目標(biāo)。增強(qiáng)夾砂層指在夾砂層中配添一定比例的復(fù)合晶纖或其它物增強(qiáng)石英砂層，使堆積理論的球形與棒形的合理配比混合，形成力度強(qiáng)的樹(shù)脂侵入，達(dá)到更佳的樹(shù)脂浸潤(rùn)及充填效果，進(jìn)一步增加了夾砂層的整體強(qiáng)度，提高夾砂層的彈性模量，增強(qiáng)的夾砂層可以提高剛度標(biāo)準(zhǔn)的“B”水平，還可有效地降低夾砂層厚度從而使成本得到下降；密實(shí)夾砂層是以石英細(xì)砂、金剛石粉等為填料的使環(huán)氧樹(shù)脂、酚醛樹(shù)脂熱固性模壓塑料的密度增強(qiáng)，實(shí)驗(yàn)表明其力學(xué)性能提高許多，因此壓密的夾砂層與合理的級(jí)配使填料在夾砂層中起骨架作用，可提高夾砂層的單層厚度和彈性模量，從而有效在提高管道剛度的同時(shí)還相應(yīng)地降低了成本；提高固化度是對(duì)樹(shù)脂而言的，提高樹(shù)脂的固化度是提高夾砂層和纏繞層整體RPM管道剛度的較有效方法之一，用此途徑增強(qiáng)的管道使用2～3年后比普通的新管道剛度要高出40～50％，提高固化度的有效辦法是加溫，但多數(shù)廠家認(rèn)為這樣會(huì)增加能源成本而忽視，其實(shí)從性能改善和成本增加的比例看，其投入資金效果是很理想的。
　　RPM管道在增強(qiáng)剛度的同時(shí)大多能同時(shí)起到降本的作用。而直接降低成本的法就是降低其富裕的樹(shù)脂含量。實(shí)踐和研究顯示，在材質(zhì)密度達(dá)到或略高于2g/cm3的條件下，玻璃纖維增強(qiáng)塑料中樹(shù)脂含量達(dá)到25～30％，其強(qiáng)度和模量都較高；達(dá)到20～25％，強(qiáng)度和模量均達(dá)到高限。圍繞這一要領(lǐng)，相關(guān)人士們認(rèn)為首先可在纏繞樹(shù)脂中添加一定比例的礦物復(fù)合晶纖（FSMF）以降低樹(shù)脂含量，復(fù)合晶纖結(jié)構(gòu)中活性遺傳因子可與不飽和樹(shù)脂中的遺傳因子產(chǎn)生氫鍵離子鍵結(jié)合成“無(wú)機(jī)與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)體系”鍵荷復(fù)合體系，同時(shí)晶纖結(jié)構(gòu)又可與玻纖（或砂粒）組成三維絮狀復(fù)合體系，從而協(xié)同樹(shù)脂促進(jìn)管道性能的提高，據(jù)一些非加砂管道生產(chǎn)廠家介紹，在樹(shù)脂中添加20～30％的晶纖，可降低成本 10～15％；在工藝制造時(shí)采用擠壓方法使夾砂層密實(shí)，可擠出多余的樹(shù)脂和氣泡并增加膠液的滲透力、增加樹(shù)脂的均勻分布，這有益于樹(shù)脂對(duì)砂粒的完全包裹和對(duì)砂粒之間孔隙的充滿，并在壓力作用下使樹(shù)脂對(duì)砂粒表面的親合力增強(qiáng)，從而就可制造出彈性模量高的堅(jiān)固夾砂層；給纏繞纖維施加一定的纏繞張力特別是是均勻的纖維張力，這一常用于高壓容器的技術(shù)對(duì)RPM壓力管道也很重要，張力可以使每根彎曲的纖維伸直，當(dāng)前的試驗(yàn)已說(shuō)明RPM管道環(huán)向強(qiáng)度通常只能發(fā)揮70～80％左右，而縱向強(qiáng)度由于纖維松弛因素也只能發(fā)揮30～50％，這一技術(shù)可較好地加以改善，同時(shí)再增加纏繞層和夾砂層的牢固聯(lián)接使剛度試驗(yàn)“B”在體平提高。
　　科學(xué)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也是RPM管道改性的重要一環(huán)。近年我國(guó)材料學(xué)界對(duì)此進(jìn)行了不懈探索�！独w維復(fù)合材料》1999年第1期《承插口夾砂管道的安全閥設(shè)計(jì)理論》一文挑戰(zhàn)傳統(tǒng)的玻璃鋼管道設(shè)計(jì)規(guī)則關(guān)于“環(huán)向比軸向應(yīng)力為2：l”的理論，打破了一直必須遵守螺旋纏繞角為54．75º的定律，可有效的節(jié)約了纖維和樹(shù)脂的用量；《纖維復(fù)合材料》2002年第2期《實(shí)體全及限設(shè)計(jì)理論》一文則借用木桶拼裝原理拓展RPM管道設(shè)計(jì)理論——由多塊木板拼裝起來(lái)的木桶非常大裝水量取決于較短的那一根木板條高度，科學(xué)的設(shè)計(jì)必須是全部木板條應(yīng)該是等長(zhǎng)度等質(zhì)量，否則即使其中有1條是較珍貴的木料乃至是金子鑄造的也只能是白白浪費(fèi)，對(duì)盛水量毫無(wú)益處——RPM管道的組成與制造工藝有400個(gè)因素影響管道質(zhì)量，科學(xué)的設(shè)計(jì)應(yīng)該是把所有的影響和組成因素都設(shè)計(jì)成同時(shí)達(dá)到同一個(gè)工作壽命。這樣做既可充分發(fā)揮材料的作用，又能避免質(zhì)量過(guò)剩的浪費(fèi)。
　　設(shè)計(jì)包括RPM管道結(jié)構(gòu)層的合理設(shè)計(jì)、纖維纏繞鋪層、夾砂層的優(yōu)化設(shè)計(jì)和工藝制造工序因素的控制設(shè)計(jì)三部分。在結(jié)構(gòu)層的合理設(shè)計(jì)方面，要做到能使該結(jié)構(gòu)層非常大發(fā)揮效力，并且合理科學(xué)的各自分工合作形成整體的承載體系；在纖維纏繞鋪層的優(yōu)化配置方面，不但要考慮內(nèi)壓、剛度、輸送液體介質(zhì)，還要考慮埋地高層度和土質(zhì)，乃至安裝企業(yè)的技術(shù)水平與可信度以及埋設(shè)環(huán)境氣候條件等等；在工藝制造工序及參數(shù)的控制設(shè)計(jì)方面，要有合理的制造工序，保證合理工序的貫徹實(shí)施，做到從原材料進(jìn)廠到管道出廠始終處在可控制狀態(tài)下進(jìn)行生產(chǎn)。
　　不斷推動(dòng)科技進(jìn)步、質(zhì)量提高、成本下降是RPM管道業(yè)發(fā)展的途徑。近年來(lái)我國(guó)RPM管道的飛速發(fā)展已使我國(guó)這項(xiàng)事業(yè)有了良好基礎(chǔ)。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的進(jìn)一步加快發(fā)展，特別是是西部大開(kāi)發(fā)戰(zhàn)略的實(shí)施，更為RPM管道業(yè)帶來(lái)良好的機(jī)遇。只要業(yè)界把握機(jī)遇，立足于超越全部RPM管道水平，采取措施使RPM管道盡快實(shí)現(xiàn)重大打破，則挑戰(zhàn)大口徑鋼筒子應(yīng)力混凝土管道，替代預(yù)應(yīng)力混凝土管道的時(shí)刻很快就會(huì)早日到來(lái)。