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)展起來的，隨著國民經(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)�；a(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題。據(jù)中國環(huán)氧樹脂行業(yè)協(xié)會(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RPM管道僅在一部分場合能替代發(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題。按照相關(guān)人士的設(shè)想，可通過增強(qiáng)夾砂層、密實(shí)夾砂層、提高固化度來實(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)的樹脂侵入，達(dá)到更佳的樹脂浸潤及充填效果，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)氧樹脂、酚醛樹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還相應(yīng)地降低了成本；提高固化度是對樹脂而言的，提高樹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)剛度的同時大多能同時起到降本的作用。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)為首先可在纏繞樹脂中添加一定比例的礦物復(fù)合晶纖（FSMF）以降低樹脂含量，復(fù)合晶纖結(jié)構(gòu)中活性遺傳因子可與不飽和樹脂中的遺傳因子產(chǎn)生氫鍵離子鍵結(jié)合成“無機(jī)與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)體系”鍵荷復(fù)合體系，同時晶纖結(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，在樹脂中添加20～30％的晶纖，可降低成本 10～15％；在工藝制造時采用擠壓方法使夾砂層密實(shí)，可擠出多余的樹脂和氣泡并增加膠液的滲透力、增加樹脂的均勻分布，這有益于樹脂對砂粒的完全包裹和對砂粒之間孔隙的充滿，并在壓力作用下使樹脂對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)。近年我國材料學(xué)界對此進(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)，對盛水量毫無益處——RPM管道的組成與制造工藝有400個因素影響管道質(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)成同時達(dá)到同一個工作壽命。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。近年來我國RPM管道的飛速發(fā)展已使我國這項(xiàng)事業(yè)有了良好基礎(chǔ)。隨著我國經(jīng)濟(jì)的進(jìn)一步加快發(fā)展，特別是是西部大開發(fā)戰(zhàn)略的實(shí)施，更為RPM管道業(yè)帶來良好的機(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)力混凝土管道的時刻很快就會早日到來。