聚乙烯管材是一種由聚乙烯樹(shù)脂添加劑經(jīng)擠壓成型的管形產(chǎn)品。目前常用品種有：高密度聚乙烯(HDPE)管材；低密度聚乙烯(LDPE)管材；以及混凝土冷卻用聚乙烯管材(簡(jiǎn)稱“PE冷卻管”)。PE冷卻管是近年來(lái)國(guó)內(nèi)外為適應(yīng)大體積混凝土預(yù)埋水管冷卻而選中的替代產(chǎn)品。
　　
1、PE冷卻管的主要性能
　　
1.1　物理機(jī)械性能
　　
PE冷卻管是用高密度聚乙烯樹(shù)脂和低密度聚乙烯樹(shù)脂及一些改性材料按一定比例混合后經(jīng)擠壓成型的塑料管材。不僅有較高的抵抗內(nèi)外荷載的能力，而且柔性很好。
　
目前，國(guó)內(nèi)PE冷卻管的規(guī)格主要有φ32(外徑×壁厚=32 mm×2.3 mm)和φ40(外徑×壁厚=40 mm×4 mm) 兩種。其中φ 40的管子主要用作冷卻回路中的主管和混凝土外部進(jìn)出水管。我們通常說(shuō)的PE冷卻管，主要是指φ 32的管子。
　　
表1 32 PE冷卻管的主要物理機(jī)械性能
項(xiàng)目                                     試驗(yàn)實(shí)測(cè)                               備注
密度／(kg／m3)                 868 
邵氏硬度                              95 A
拉伸屈服應(yīng)力／MPa          25.48
斷裂伸長(zhǎng)率／%                   205
內(nèi)壓試驗(yàn)                               不破                                測(cè)試水溫20℃，壓力1.47 MPa
外力沖擊試驗(yàn)                       不破                                管溫10℃，錘重2 kg,落高2.0 m，降落10次
碾壓試驗(yàn)                               不破                                管溫10℃，壓扁至50%
彎曲半徑／cm                      25                                   管溫10℃
注：由于PE冷卻管在國(guó)內(nèi)屬新產(chǎn)品，因此國(guó)家尚無(wú)統(tǒng)一的技術(shù)指標(biāo)，表中試驗(yàn)實(shí)測(cè)值均為二灘工程中PE管質(zhì)量較穩(wěn)定時(shí)的試驗(yàn)成果
　　
1.2　熱傳導(dǎo)性能及其對(duì)混凝土通水冷卻的影響
　　
單純地從PE材料本身來(lái)說(shuō)，其熱傳導(dǎo)性能很差，但由于PE冷卻管管壁薄，因此其冷卻效果并不比金屬管差很多。計(jì)算結(jié)果說(shuō)明，混凝土冷卻時(shí)間，用PE管僅比用鋼管長(zhǎng)9%～17%左右。
　　
2、PE冷卻管的現(xiàn)場(chǎng)施工
　　
2.1　準(zhǔn)備工作
　　
(1) 施工人員配備?，F(xiàn)場(chǎng)施工人員的配備需根據(jù)混凝土的澆筑強(qiáng)度來(lái)決定。若只有1套混凝土澆筑設(shè)備，混凝土從單一方向鋪筑，則配備由4個(gè)工人和1個(gè)施工員組成的1個(gè)施工小組就夠了；若倉(cāng)面較大，混凝土用2套設(shè)備從兩個(gè)方向同時(shí)鋪筑，則相應(yīng)地需配備2個(gè)組。
　　
(2) 施工工具。鋪埋PE冷卻管需要重約1.5 kg的鐵錘2個(gè)，長(zhǎng)300 mm或350 mm的鋸子1把，250 mm的胡桃鉗1把，圓頭鐵鍬1把和幾個(gè)火把等簡(jiǎn)單工具。
　　
(3) 輔助材料。輔助材料主要有φ 2.8 mm的鐵絲、生料帶、各種管接頭和“U”形鋼筋卡。除“U”形卡用量較大、需要吊運(yùn)入倉(cāng)外，其他材料均可由施工人員隨身攜帶到位。
　　
(4) 冷卻水管入倉(cāng)。由于PE冷卻管是成卷包裝的，1卷長(zhǎng)達(dá)200 m的φ 32管子重不到35 kg，因此可采用人工搬運(yùn)入倉(cāng)，也可用起吊設(shè)備吊運(yùn)，一次可吊10卷。
　　
2.2　管路布置與定位
　　
根據(jù)冷卻管鋪埋位置的不同，管路鋪設(shè)與定位方法也有區(qū)別，主要有三種情況。
　　
(1) 冷卻水管布置在巖基面上。在巖基面上鋪埋PE冷卻管時(shí)，必須做好加固工作。
　　
(2) 冷卻水管布置在老混凝土面上。管子定位和加固由在老混凝土收倉(cāng)時(shí)就按設(shè)計(jì)位置預(yù)插好的細(xì)鐵絲捆綁。這種布置有兩大缺點(diǎn)，一個(gè)是在老混凝面上鋪砂漿墊層時(shí)，砂漿卸料很容易沖壞冷卻管，且砂漿入倉(cāng)后，不能用機(jī)械趕料；另一個(gè)是振搗器不敢直插老混凝土頂面振搗混凝土，因而會(huì)影響混凝土的振搗質(zhì)量和上、下層混凝土的結(jié)合強(qiáng)度。
　　
(3) 冷卻水管布置在各澆筑層最后一個(gè)鋪層底部。鋪設(shè)過(guò)程是：當(dāng)混凝土平倉(cāng)振搗密實(shí)后，將冷卻管按設(shè)計(jì)位置拉直擺放在混凝土上，然后用榔頭將“U”形卡打入混凝土固定管子?！癠”形卡的間距約1.5～2.0 m。只要有5 m寬的位置混凝土振實(shí)了，即可開(kāi)始鋪管。這種鋪管方式的優(yōu)點(diǎn)有：①冷卻水管施工與混凝土澆筑平行作業(yè)，冷卻管鋪埋不占用大壩的施工時(shí)間；②上、下鋪層混凝土在振搗器工作時(shí)有一定的流動(dòng)性，冷卻水管能在混凝土中輕微移動(dòng)，因而能從振搗器的尖端滑脫而免遭破壞；③萬(wàn)一冷卻管被尖石擠壓或因其他原因破壞了，可由人工挖除混凝土，修復(fù)破管，這既不影響混凝土澆筑，而且勞動(dòng)強(qiáng)度也不大。
　　
2.3　管路連接
　　
大體積混凝土結(jié)構(gòu)倉(cāng)面都較大；單層冷卻水管長(zhǎng)度在1 000 m以上者有200層(指冷卻水管埋設(shè)層)。如此長(zhǎng)的管路，若采用單根冷卻水管，勢(shì)必影響混凝土的冷卻速度和冷卻效果。因此，把一層冷卻水管分了3、4甚至5條子回路用三通并聯(lián)于同一對(duì)進(jìn)回水主管上，主管流量為各子回路流量之和。
　
除大倉(cāng)面中子回路并聯(lián)于主管時(shí)需要用三通連接外，所有層次的冷卻水管都需用彎管接頭(彎頭)與裝在供水盒子里的進(jìn)出水管連接；φ 40 mm主管末端與φ 32 mm冷卻管相接時(shí)，需用變徑接頭(變接)連接；另外，雖然PE冷卻管1卷長(zhǎng)200 m，但有時(shí)1條子回路會(huì)長(zhǎng)達(dá)300 m，這樣就需用直管接頭(直通)加長(zhǎng)。一般情況下，一層含4條子回路的冷卻管，共需三通6個(gè)、彎頭2個(gè)、變接2個(gè)和直通約4個(gè)。
　　
在用內(nèi)接頭連接PE管時(shí)，需先把冷卻管用火把或其他熱源烘烤至柔軟，再將接頭插入，待管子恢復(fù)一定硬度后，用兩股φ2.8 mm的鐵絲捆緊，為保險(xiǎn)起見(jiàn)，在接頭外周纏有3～4層生料帶。
　　　　
2.4　冷卻水管破壞與修復(fù)
　　
PE冷卻管發(fā)生破壞的原因主要有以下幾種。
　
(1) 混凝土下料不當(dāng)?；炷亮陷^稀而下料高度及速度又控制不當(dāng)?shù)脑?，則冷卻水管在混凝土急速?zèng)_泄而移位的過(guò)程中，很容易被鋼筋或其他硬物阻攔而彎折甚至割斷。
　　
(2) 混凝土施工設(shè)備擠壓或振破。大型的混凝土平倉(cāng)振搗設(shè)備都很重，若冷卻管上部混凝土墊層過(guò)薄的話，則冷卻水管很容易被大而尖的石頭或設(shè)備履帶板擠壓破壞。當(dāng)混凝土骨料離散嚴(yán)重，大石集中時(shí)，由于混凝土在振搗作用下無(wú)流動(dòng)性，冷卻管無(wú)法從振搗棒尖端滑離而易為振搗棒振破。
　　
(3) 管路鋪設(shè)不當(dāng)或接頭連接不好。當(dāng)接頭沒(méi)接好時(shí)，不僅接頭漏水難以避免，而且接頭很容易被扯脫。
　　
(4) 管材質(zhì)量不好。
　　
2.5　冷卻水管通水
　　
冷卻水管鋪好后應(yīng)立即通入0.34 MPa以上的壓力水，以便監(jiān)測(cè)冷卻水管在混凝土澆筑過(guò)程中是否因意外而破壞。在施工過(guò)程中，冷卻水管的通水方式有兩種：一種是直接用彎頭把冷卻主管與裝在供水盒子中的豎向管連接，從供水盒子供水；另外一種供水方式，是在冷卻水管鋪好后，用在澆筑倉(cāng)附近的清基或養(yǎng)護(hù)水臨時(shí)通水，混凝土澆完后再?gòu)膫}(cāng)外用彎頭與豎向管連接從供水盒子通冷卻水，在施工過(guò)程中這種供水方式很方便，不僅彎頭可留在混凝土澆完后再連接，還能觀察水流的變化，一旦管子破了，能立急停水，修復(fù)破管，但這種供水方式需要在澆筑倉(cāng)附近有足夠壓力的水源，且水溫不宜太高。
　　
3、存在的問(wèn)題與改進(jìn)措施
　　
3.1　管材的質(zhì)量問(wèn)題
　　
管材質(zhì)量是決定PE冷卻管在工程實(shí)踐中能否成功應(yīng)用的關(guān)鍵。
　　
3.2　管接頭的改進(jìn)
　　
連接PE冷卻管用的管接頭，我們稱之為外接頭。這種接頭不僅造價(jià)昂貴，而且使用起來(lái)有諸多缺陷。外接頭是套在冷卻管外周使用的，它靠帶齒的卡環(huán)和絲冒蓋箍在管子周?chē)潭ê玩i緊冷卻管，而起止水作用的是一個(gè)夾在冷卻管與卡環(huán)之間的橡皮環(huán)。這種接頭結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積大，在穿套管子的時(shí)候也費(fèi)力，絲蓋須借助管鉗才能擰緊。更嚴(yán)重的是，當(dāng)冷卻管的外徑因各種原因而偏小時(shí)，則不僅止水環(huán)止不了水，而且管子也會(huì)因鎖不緊而被拉出。
　　
為了解決這一問(wèn)題，我們?cè)O(shè)計(jì)了尼龍內(nèi)接頭(簡(jiǎn)稱“內(nèi)接頭”)，它是一種以尼龍為主要原料生產(chǎn)的通過(guò)插入管子內(nèi)部連接管子的管接頭。以φ 40、φ 32、φ 40 mm的三通為例，內(nèi)接頭的結(jié)構(gòu)是非常簡(jiǎn)單的，使用也很方便。內(nèi)接頭靠接頭前端的倒臺(tái)階和管子外的鐵絲捆綁固定，在倒臺(tái)階和捆綁鐵絲的共同作用下其牢固性相當(dāng)好。由于內(nèi)接頭的外徑一般都做得比管子內(nèi)徑稍大，接頭是在管子被烤熱變?nèi)彳洉r(shí)強(qiáng)行插入的，加上管外有柔性較好的鐵絲箍緊，因此，其自身的止水效果已很不錯(cuò)，可以不需輔助以其他止水材料。
　　
3.3　管道鋪設(shè)方法
　　
影響PE冷卻管鋪設(shè)速度和質(zhì)量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)是“放管”。經(jīng)廣大施工與技術(shù)管理人員的努力，摸索出了一種新的PE冷卻管放管方法，這種新的放管方法只需2個(gè)人，1人牽拉已放出的管子鋪設(shè)定位，另1人抱著尚未釋放的部分，根據(jù)管子的盤(pán)卷方向左右翻轉(zhuǎn)。這樣釋放出來(lái)的管子，能消除盤(pán)卷時(shí)形成的如簧似的圓圈，鋪在倉(cāng)面上很順直，而且釋放速度極快。
　　
3.4PE冷卻管在應(yīng)用中的局限性
　　
PE冷卻管畢竟是一種塑料制品，其強(qiáng)度、尤其是在抵抗外力沖擊和利器割劃方面遠(yuǎn)不如金屬管。因此，PE冷卻管的應(yīng)用有一定的局限性。這主要表現(xiàn)在不宜用于低級(jí)配高流態(tài)的混凝土倉(cāng)面和鋼筋過(guò)于密集的地方。當(dāng)混凝土料很稀時(shí)，一方面是管子容易被沖亂、破壞；另一方面是管子破了，很難排除混凝土予以修復(fù)。若遇到這種情況可以焊鋼筋架子，把管子捆在鋼筋架子上或用其他辦法來(lái)解決。但這樣就體現(xiàn)不出PE冷卻管的優(yōu)點(diǎn)了。最困難的是，在密集的鋼筋網(wǎng)格中鋪設(shè)和修補(bǔ)PE冷卻管，可采用鋼塑結(jié)合的方法來(lái)解決的。即在鋼筋密集區(qū)用 25(1英寸)的鋼冷卻管，在鋼筋區(qū)以外的部位仍使用PE冷卻管。鋼管和PE管用一頭對(duì)焊另一頭為竹節(jié)的鐵制內(nèi)接頭連接。
　　
3.5　對(duì)混凝土質(zhì)量的影響
　
PE冷卻管是一種塑料制品，盡管冷卻結(jié)束后都要用水泥灌漿回填，但對(duì)壩體強(qiáng)度多少有一點(diǎn)影響，這在壩體設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)予以考慮。另外，在施工過(guò)程中，若冷卻水管破了而沒(méi)有被及時(shí)發(fā)現(xiàn)修補(bǔ)好，則冷卻水會(huì)帶走破管附近的部分水泥漿，從而影響混凝土質(zhì)量。