竹復合壓力管在凍融循環作用下的凍脹適應性測試方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于竹復合壓力管材料領域，更具體地，涉及一種竹復合壓力管在凍融循 環作用下的凍脹適應性測試方法。
【背景技術】
[0002] 竹材料是可再生的綠色環保材料，近年來隨著竹復合壓力管相關技術的日益成熟 (例如，中國專利文獻CN101571213A、CN202327397U)，竹復合管作為一種能夠承受一定壓 力的管道，在給排水工程、石油化工防腐等場合中能夠普遍替代聚氯乙烯管、聚乙烯管、玻 璃鋼管、玻璃鋼夾砂管等，具有良好的應用前景。
[0003] 東北是我國重要的糧食產區，受高煒度影響，存在不少深季節凍土區。在深季節凍 土區，凍脹對農田基本建設破壞現象十分嚴重，低壓管道輸水灌溉系統的輸配水能力由于 地基土凍脹、融沉、冰凍、供水主管凍裂和長期凍融循環等影響會發生破壞，影響水源和輸 配水工程和效益的正常發揮。另外，在季節性凍土區，淺埋的低壓輸水管道穿過凍土地區， 沿途水系、森林、沼澤和凍土區間隔分布、地質條件復雜，冬季極端氣溫可達-30°C，運行風 險較大。因此，確定低壓輸水管道系統在凍融循環作用下的凍脹適應性對管道在深季節性 凍土區能否應用、以及應用的方式具有重要意義。
[0004] 導熱系數（Thermal conductivity)又稱熱導率或熱傳導系數，是表征物質導熱能 力的熱物理量，其定義是在單位溫度梯度的作用下，單位時間內通過物料單位面積所傳導 的熱量，單位是WAm · °C )。一般來說，管道材料的導熱系數都比較高，若想達到保溫的效 果，需通過管道外面的保溫材料（保溫材料的導熱系數不能超過0. 12W · m 1 · °C \高效保 溫材料的導熱系數不能超過〇. 05W · m 1 · °C 3。
[0005] 盡管導熱系數能夠體現材料的導熱能力，但由于凍脹作用成因復雜，現有技術中 往往無法僅依據管道的導熱系數得出管道的凍脹適應性，導熱系數無法直接體現管道在凍 融循環作用下的凍脹適應性，凍脹適應性的測試還需要實地實驗后才能獲得。此外，竹復合 壓力管由于其管道的結構和組成與已有的其他種類的管道不同，其凍脹適應性與已有的管 道凍脹適應性數據缺乏可比性，因此缺乏除實地實驗外的其他手段對竹復合壓力凍融循環 作用下的凍脹適應性進行測試，凍脹適應性判定困難。
【發明內容】
[0006] 針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明的目的在于提供一種竹復合壓力管 在凍融循環作用下的凍脹適應性測試方法，其中通過對其關鍵的試樣選取原則、測試步驟、 凍脹適應性判定等進行改進，與現有技術相比能夠有效解決竹復合壓力管凍脹適應性判定 困難的問題，并且該測試方法操作方便，在實驗室條件下就可對竹復合壓力管的凍脹適應 性是否合格作出判定，對實際施工具有良好的指導意義。
[0007] 為實現上述目的，按照本發明，提供了一種竹復合壓力管在凍融循環作用下的凍 脹適應性測試方法，其特征在于，包括以下步驟：
[0008] (1)試樣的制備：
[0009] 將竹復合壓力管切割成面積不少于IOOcm2的試樣；
[0010] ⑵測量試樣的導熱系數：
[0011] 在!\溫度下測量所述試樣的導熱系數κ i，所述1\在-30°(：~-5°C范圍內；在丁2 溫度下測量所述試樣的導熱系數K2，所述1~2在KTC~30°C范圍內；
[0012] (3)判定凍脹適應性：
[0013] 根據所述步驟（2)中的KjP κ 2判定竹復合壓力管的凍脹適應性，
[0014] 其中當所述κ JP κ 2均不大于〇. 2W/mK時，該竹復合壓力管的凍脹適應性合格；
[0015] 當所述κ JP κ 2中的任意一項大于〇· 2W/mK時，則該竹復合壓力管的凍脹適應性 不合格。
[0016] 作為本發明的進一步優選，所述步驟（2)還包括在至少一個其他溫度1\下測量所 述試樣的導熱系數κ i，所述!\在-30°C~30°C范圍內，T i辛T 1且T i辛T 2，其中所述i為大 于等于3的自然數；
[0017] 根據所述κ κ 2、Τ2、κ JP T i擬合導熱系數κ與溫度T的線性關系，得到κ =aXT+b ;則竹復合壓力管的凍脹適應性合格還應滿足使所述a不大于0. 0035。
[0018] 作為本發明的進一步優選，當i = 3時，所述1\為0°C。
[0019] 作為本發明的進一步優選，所述步驟（1)中的竹復合壓力管為待測竹復合壓力管 或者與該待測竹復合壓力管對應的竹復合壓力管放大管，記所述待測竹復合壓力管的公稱 直徑為D。，
[0020] 當D。大于等于200mm時，則所述試樣取自所述待測竹復合壓力管；
[0021] 當D。小于200_時，則所述試樣取自所述竹復合壓力管放大管；
[0022] 所述竹復合壓力管放大管的公稱直徑D'滿足D'多200_，其與所述待測竹復合 壓力管公稱直徑D。的比值為λ，λ =D' :D。;該竹復合壓力管放大管的環剛度與待測竹 復合壓力管環剛度的比值為λ。
[0023] 進一步優選的，所述竹復合壓力管放大管的壓力等級與所述待測竹復合壓力管壓 力等級的比值為入。
[0024] 作為本發明的進一步優選，所述步驟（2)在測量導熱系數前，所述試樣在對應的 溫度下放置至少24小時。
[0025] 作為本發明的進一步優選，所述步驟（1)竹復合壓力管的切割采用硬質合金刃具 或砂輪片。
[0026] 通過本發明所構思的以上技術方案，與現有技術相比，通過測試竹復合壓力管試 樣在不同溫度下的導熱系數，對竹復合壓力管在凍融循環作用下的凍脹適應性調節機理進 行模擬，能夠準確對竹復合壓力管的凍脹適應性進行判定。
[0027] 本發明分別在!^!^的溫度下測量試樣的導熱系數κ JP κ ~_5°C范 圍內（可以優選為在-20 °C~-5 °C范圍內），1~2在10 °C~30 °C范圍內，能夠對竹復合壓力管 在凍、融兩種條件下的狀態進行模擬。盡管T1選擇在-30°C~-5°C范圍內，T2選擇在KTC~ 30°C范圍內，但由于竹復合壓力管自身的特點，通過KjP κ 2就能夠定性的得出_30°C~ 30°C整個范圍內竹復合壓力管的導熱系數情況，大大提高的檢測效率。
[0028] 優選的，通過擬合導熱系數κ與溫度T的線性關系κ = aXT+b，并通過因子 a還能進一步確保竹復合壓力管的凍脹適應性。為了提高擬合的準確性，除?\、T2這兩個 溫度外，還需要測量在-30°C~30°C范圍內至少一個其他溫度T1下的導熱系數κ di = 3, 4, 5,…）。因子a反應出了 -30°C~30°C范圍內熱導系數的變化趨勢，對于進一步準確判 定竹復合壓力管的凍脹適應性具有重要意義。
[0029] 另外，由于小管徑的待測竹復合壓力管試樣彎曲度較大，不利于實際檢測，本發 明對于小管徑的待測竹復合壓力管，采用與其對應的竹復合壓力管放大管作為試樣管，通 過檢測該竹復合壓力管放大管的導熱系數，從而得出待測的大管徑竹復合壓力管的導熱系 數，提高了檢測的準確性，也簡化了實際操作。竹復合壓力管放大管除管徑外，其他參數 (如環剛度、壓力等級等）也與待測竹復合壓力管呈等比例擴大，竹復合壓力管放大管的制 備過程（包括制備工藝、原材料等）均與待測竹復合壓力管的制備過程對應，確保了檢測得 到的導熱系數的準確性。
[0030] 綜上，本發明通過模擬高寒地區自然降溫及升溫的凍融循環過程，在室內進行模 型試驗，能夠對凍融循環作用下的竹復合壓力管凍脹適應性進行測試，從而為在高寒區低 壓輸水灌溉中該竹復合壓力管是否能夠應用提供參考。
【附圖說明】
[0031] 圖1是本發明竹復合壓力管在凍融循環作用下的凍脹適應性測試方法的流程示 意圖。
【具體實施方式】
[0032] 為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對 本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，并 不用于限定本發明。此外，下面所描述的本發明各個實施方式中所涉及到的技術特征只要 彼此之間未構成沖突就可以相互組合。
[0033] 實施例1 - 2
[0034] 實驗采用歐洲ISOMET 2104熱傳遞特性分析儀測量竹復合壓力管試樣的導熱系 數，環境溫度為PT100溫度傳感器和手持式巡檢儀測量；ISOMET 2104測量到的數據可通過 RS232串行端口下載到電腦中。ISOMET 2104熱傳遞特性分析儀測量-30°C~30°C范圍內 不同溫度下的導熱系數，低溫環境在低溫恒溫箱里進行。
[0035] 圖1所示為竹復合壓力管在凍融循環作用下的凍脹適應性測試方法的流程示意 圖；實施例試驗的步驟包括：外觀檢查、厚度測量、狀態調節、測量、記錄。
[0036] 導熱系數測量試驗的原理是根據材料中的溫度變化，利用探頭給待測試樣加熱， 然后周期性地測量物體熱量的變化值，計算出導熱系數和體積熱容量（又稱體積比熱、容 積熱容量）等相關參數，從而為竹復合壓力管在季節性凍土區是否具有保溫效果和溫度場 的計算模擬提供依據。
[0037] 實施例1的試樣取自壁厚為Icm的竹復合壓力管Gl，Gl的公稱直徑為200mm ;實 施例2的試樣取自壁厚為5cm的竹復合壓力管G2, G2的公稱直徑為1600mm。為了使試驗 更具說服力，實施例1、2中的試樣均為3個，其中實施例1的各個試樣面積均為IOOcm 2，實 施例2的各個試樣面積均為100cm2。
[0038] 實施例1、2主要對竹纖維在不同溫度下導熱系數、體積熱容量、熱擴散率指標進 行測量。試驗結果如表1、表2、表3所不。由表1可知，隨著凍結溫度的升高，竹復合壓力管 的導熱系數升高，同一溫度下，竹纖維越厚，其導熱系數越高，且導熱系數和溫度存在明顯 的線性關系。由表2可知，竹復合壓力管的體積熱容量隨溫度的升高而增大，同一溫度下， 竹纖維越厚，其體積熱容量基本相當。由表3可知，竹復合壓力管的