强度重量比最高的碳纤维管道，具有超强的性能优势

 

QuakeWrap 团队成员展示了 16 英尺（约4.9米）直径的 StifPipe 的尺寸。

 

图片来源：QuakeWrap Inc.

 

 

“底特律项目的独特之处在于它可能是世界上最大的聚合物复合管道。”QuakeWrap管道部门经理Firat Sever博士说。

 

 

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争取在项目中占有一席之地

 

 

QuakeWrap于2016年首次推出StifPipe，当时它获得了美国土木工程师协会 (ASCE) 创新奖。从那时起，从波多黎各到澳大利亚，StifPipe已经在全球范围内的使用，但之前的项目都没有像底特律那样大规模地使用StifPipe。在底特律安装的管道直径为16英尺（约4.9米），厚度仅为2英寸（约5厘米）。

 

QuakeWrap的创始人兼总裁Mo Ehsani博士说：“这种管道的强度重量比在市面上是最高的。因此它很轻，而且不会被腐蚀，有很多优点。当你使用由强度较低的材料制成的较厚壁衬时，将失去液压能力（废水的最佳流量），而这非常重要，尤其是输送大量液体或水时。”

StifPipe的部件正在装上卡车，准备运往底特律。

 

图片来源：QuakeWrap Inc.

 

 

StifPipe由12层材料组成——四层碳纤维、六层玻璃纤维和两层专有芯材。碳纤维和玻璃纤维织物由美国阿拉巴马州凤凰城的Vectorply公司和美国北卡罗来纳州泰勒斯维尔的美国复合织物公司提供，并由美国伊利诺伊州绍姆堡Composites One公司分发。大多数QuakeWrap树脂由美国马里兰州派克斯维尔的EFI Chemicals公司生产。组合起来的2英寸材料支撑着一根管道，这个管道的大小足以容纳一架波音737的机身，而且还有4英尺（约1.2米）的空隙。根据Sever的说法，对于具有相当强度的相同直径混凝土管，它的厚度大约要 18英寸（约46厘米）厚。

 

2019年，奥克兰-马科姆截流排水区(OMIDDD) 和NTH Consultants Ltd. (NTH) 对该区从底特律一个大型泵站输送污水的部分管道进行了检查。在发现需要维修的老化管段后，污水处理区决定对直径17.5英尺的管道进行修整。这些管道输送了底特律一半以上的废水，因此在重新铺设管道的过程中，每天只能关闭部分时间。这样就没有足够的时间来修复管道，因此OMIDDD团队成员寻找可以在地面上制造和组装的管道技术，然后将其放入污水系统中，并使用滑动衬里工艺进行安装。

 

在ASCE公共事业工程与测量研究所 (UESI) 管道会议上与QuakeWrap取得联系后，来自OMIDDD和NTH的代表将StifPipe以及其他两种技术纳入了滑衬修复的建议书 (RFP) 中。为了使维修多样化并确保其长期稳定，他们要求所有承包商在需要重新铺设的1,800英尺管道的至少10%中使用这三种技术。

 

根据QuakeWrap的说法，StifPipe的主要优点之一是它相对较轻，使得安装更容易。“在这个项目中，StifPipe重量约为每英尺450-500磅（约204-227公斤），每一段的重量都不到4吨，太轻了——大约是混凝土和钢材重量的10%，还不到工厂制造的砂浆芯玻璃纤维管重量的25%。在施工期间说明了很多问题，施工方也很喜欢复合管道。”

 

 

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重量轻，便于安装和运输

 

 

在该项目的三项技术中，StifPipe是第二种安装的技术。白天将原有管道暂时关闭。承包商将替换的管道通过地下的通道输送到位，然后将它们在原始管道内端对端对齐。StifPipe 的轻量化设计意味着它的安装不需要顶升设备。StifPipe管段装载到位后，将直径16英尺StifPipe和直径17.5英尺原始管道之间的环形空间用轻质混凝土填充。夜间将管道系统重新开启，污水连夜从泵站流出。

 

StifPipe的轻量化特性在运输过程中也发挥了优势。芯轴在异地制造后，这些管道通过低间隙拖车一次运往底特律。当管道长度保持在14英尺，两端堆叠在一起时，两根管道可以同时安装在拖车上，同时仍为15.5英尺的桥梁和立交桥保留足够的间隙。

在底特律等待安装的 StifPipe 组件。

 

图片来源：QuakeWrap Inc.

 

 

对于高速公路和公路运输，管道需要超大负荷许可，但除此之外，它们相对容易转移到底特律维修现场。由于不需要现场安装顶升设备或组装，与其他管道维修技术相比，其安装成本也更低。在其使用寿命期间，安装在底特律的StifPipe管段还将提供维护和性能优势：它们不会生锈或腐蚀，而且它们的污水输送效率将高于混凝土和其他传统材料。

 

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不断发展应用

 

 

尽管目前StifPipe的使用涉及在场外制造零件并将它们运送到安装地点，但 StifPipe也可以使用湿法铺叠方法在现场制造和安装。例如，在明尼阿波利斯的一个项目中，StifPipe材料通过标准检修孔被带入100英尺深的隧道中。然后将这些层应用到位并固化，形成一个12英尺直径的修复管道。

StifPipe正在明尼苏达州明尼阿波利斯市安装。

 

图片来源：QuakeWrap Inc.

 

 

 

在北卡罗来纳州杰克逊维尔的海军陆战队勒琼营地的另一个项目中，StifPipe 的材料被包裹在现有管道的外部，并在现场进行固化。QuakeWrap目前正与美国交通部合作开展石油和天然气管道维修项目，在该项目中，另一种名为SuperLaminate的碳和玻璃FRP产品将像气球一样在传输管道内充气，并在几英里的地方安装。

 

尽管StifPipe的材料价格可能高于非复合材料竞争对手，但总体寿命成本使其成为管道维修的有利选择。“业主选择这些技术不仅仅是因为他们喜欢我们或他们喜欢碳纤维，”Ehsani说，“他们只是想以低廉的价格获得优质产品。”