PE冷却管成为混凝土预埋水管的替代品
聚乙烯管材是一种由聚乙烯树脂添加剂经挤压成型的管形产品。目前常用品种有：高密度聚乙烯(HDPE)管材；低密度聚乙烯(LDPE)管材；以及混凝土冷却用聚乙烯管材(简称“PE冷却管”)。PE冷却管是近年来国内外为适应大体积混凝土预埋水管冷却而选中的替代产品。
1、PE冷却管的主要性能
1.1 物理机械性能
PE冷却管是用高密度聚乙烯树脂和低密度聚乙烯树脂及一些改性材料按一定比例混合后经挤压成型的塑料管材。不仅有较高的抵抗内外荷载的能力，而且柔性很好。
目前，国内PE冷却管的规格主要有φ32(外径×壁厚=32 mm×2.3 mm)和φ40(外径×壁厚=40 mm×4 mm) 两种。其中φ 40的管子主要用作冷却回路中的主管和混凝土外部进出水管。我们通常说的PE冷却管，主要是指φ 32的管子。
表1 32 PE冷却管的主要物理机械性能
项目 试验实测 备注
密度／(kg／m3) 868
邵氏硬度 95 A
拉伸屈服应力／MPa 25.48
断裂伸长率／% 205
内压试验 不破 测试水温20℃，压力1.47 MPa
外力冲击试验 不破 管温10℃，锤重2 kg,落高2.0 m，降落10次
碾压试验 不破 管温10℃，压扁至50%
弯曲半径／cm 25 管温10℃
注：由于PE冷却管在国内属新产品，因此国家尚无统一的技术指标，表中试验实测值均为二滩工程中PE管质量较稳定时的试验成果
1.2 热传导性能及其对混凝土通水冷却的影响
单纯地从PE材料本身来说，其热传导性能很差，但由于PE冷却管管壁薄，因此其冷却效果并不比金属管差很多。计算结果说明，混凝土冷却时间，用PE管仅比用钢管长9%～17%左右。
2、PE冷却管的现场施工
2.1 准备工作
(1) 施工人员配备。现场施工人员的配备需根据混凝土的浇筑强度来决定。若只有1套混凝土浇筑设备，混凝土从单一方向铺筑，则配备由4个工人和1个施工员组成的1个施工小组就够了；若仓面较大，混凝土用2套设备从两个方向同时铺筑，则相应地需配备2个组。
(2) 施工工具。铺埋PE冷却管需要重约1.5 kg的铁锤2个，长300 mm或350 mm的锯子1把，250 mm的胡桃钳1把，圆头铁锹1把和几个火把等简单工具。
(3) 辅助材料。辅助材料主要有φ 2.8 mm的铁丝、生料带、各种管接头和“U”形钢筋卡。除“U”形卡用量较大、需要吊运入仓外，其他材料均可由施工人员随身携带到位。
(4) 冷却水管入仓。由于PE冷却管是成卷包装的，1卷长达200 m的φ 32管子重不到35 kg，因此可采用人工搬运入仓，也可用起吊设备吊运，一次可吊10卷。
2.2 管路布置与定位
根据冷却管铺埋位置的不同，管路铺设与定位方法也有区别，主要有三种情况。
(1) 冷却水管布置在岩基面上。在岩基面上铺埋PE冷却管时，必须做好加固工作。
(2) 冷却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仓时就按设计位置预插好的细铁丝捆绑。这种布置有两大缺点，一个是在老混凝面上铺砂浆垫层时，砂浆卸料很容易冲坏冷却管，且砂浆入仓后，不能用机械赶料；另一个是振捣器不敢直插老混凝土顶面振捣混凝土，因而会影响混凝土的振捣质量和上、下层混凝土的结合强度。
(3) 冷却水管布置在各浇筑层最后一个铺层底部。铺设过程是：当混凝土平仓振捣密实后，将冷却管按设计位置拉直摆放在混凝土上，然后用榔头将“U”形卡打入混凝土固定管子。“U”形卡的间距约1.5～2.0 m。只要有5 m宽的位置混凝土振实了，即可开始铺管。这种铺管方式的优点有：①冷却水管施工与混凝土浇筑平行作业，冷却管铺埋不占用大坝的施工时间；②上、下铺层混凝土在振捣器工作时有一定的流动性，冷却水管能在混凝土中轻微移动，因而能从振捣器的尖端滑脱而免遭破坏；③万一冷却管被尖石挤压或因其他原因破坏了，可由人工挖除混凝土，修复破管，这既不影响混凝土浇筑，而且劳动强度也不大。
2.3 管路连接
大体积混凝土结构仓面都较大；单层冷却水管长度在1 000 m以上者有200层(指冷却水管埋设层)。如此长的管路，若采用单根冷却水管，势必影响混凝土的冷却速度和冷却效果。因此，把一层冷却水管分了3、4甚至5条子回路用三通并联于同一对进回水主管上，主管流量为各子回路流量之和。
除大仓面中子回路并联于主管时需要用三通连接外，所有层次的冷却水管都需用弯管接头(弯头)与装在供水盒子里的进出水管连接；φ 40 mm主管末端与φ 32 mm冷却管相接时，需用变径接头(变接)连接；另外，虽然PE冷却管1卷长200 m，但有时1条子回路会长达300 m，这样就需用直管接头(直通)加长。一般情况下，一层含4条子回路的冷却管，共需三通6个、弯头2个、变接2个和直通约4个。
在用内接头连接PE管时，需先把冷却管用火把或其他热源烘烤至柔软，再将接头插入，待管子恢复一定硬度后，用两股φ2.8 mm的铁丝捆紧，为保险起见，在接头外周缠有3～4层生料带。
2.4 冷却水管破坏与修复
PE冷却管发生破坏的原因主要有以下几种。
(1) 混凝土下料不当。混凝土料较稀而下料高度及速度又控制不当的话，则冷却水管在混凝土急速冲泄而移位的过程中，很容易被钢筋或其他硬物阻拦而弯折甚至割断。
(2) 混凝土施工设备挤压或振破。大型的混凝土平仓振捣设备都很重，若冷却管上部混凝土垫层过薄的话，则冷却水管很容易被大而尖的石头或设备履带板挤压破坏。当混凝土骨料离散严重，大石集中时，由于混凝土在振捣作用下无流动性，冷却管无法从振捣棒尖端滑离而易为振捣棒振破。
(3) 管路铺设不当或接头连接不好。当接头没接好时，不仅接头漏水难以避免，而且接头很容易被扯脱。
(4) 管材质量不好。
2.5 冷却水管通水
冷却水管铺好后应立即通入0.34 MPa以上的压力水，以便监测冷却水管在混凝土浇筑过程中是否因意外而破坏。在施工过程中，冷却水管的通水方式有两种：一种是直接用弯头把冷却主管与装在供水盒子中的竖向管连接，从供水盒子供水；另外一种供水方式，是在冷却水管铺好后，用在浇筑仓附近的清基或养护水临时通水，混凝土浇完后再从仓外用弯头与竖向管连接从供水盒子通冷却水，在施工过程中这种供水方式很方便，不仅弯头可留在混凝土浇完后再连接，还能观察水流的变化，一旦管子破了，能立急停水，修复破管，但这种供水方式需要在浇筑仓附近有足够压力的水源，且水温不宜太高。
3、存在的问题与改进措施
3.1 管材的质量问题
管材质量是决定PE冷却管在工程实践中能否成功应用的关键。
3.2 管接头的改进
连接PE冷却管用的管接头，我们称之为外接头。这种接头不仅造价昂贵，而且使用起来有诸多缺陷。外接头是套在冷却管外周使用的，它靠带齿的卡环和丝冒盖箍在管子周围固定和锁紧冷却管，而起止水作用的是一个夹在冷却管与卡环之间的橡皮环。这种接头结构复杂、体积大，在穿套管子的时候也费力，丝盖须借助管钳才能拧紧。更严重的是，当冷却管的外径因各种原因而偏小时，则不仅止水环止不了水，而且管子也会因锁不紧而被拉出。
为了解决这一问题，我们设计了尼龙内接头(简称“内接头”)，它是一种以尼龙为主要原料生产的通过插入管子内部连接管子的管接头。以φ 40、φ 32、φ 40 mm的三通为例，内接头的结构是非常简单的，使用也很方便。内接头靠接头前端的倒台阶和管子外的铁丝捆绑固定，在倒台阶和捆绑铁丝的共同作用下其牢固性相当好。由于内接头的外径一般都做得比管子内径稍大，接头是在管子被烤热变柔软时强行插入的，加上管外有柔性较好的铁丝箍紧，因此，其自身的止水效果已很不错，可以不需辅助以其他止水材料。
3.3 管道铺设方法
影响PE冷却管铺设速度和质量的关键环节是“放管”。经广大施工与技术管理人员的努力，摸索出了一种新的PE冷却管放管方法，这种新的放管方法只需2个人，1人牵拉已放出的管子铺设定位，另1人抱着尚未释放的部分，根据管子的盘卷方向左右翻转。这样释放出来的管子，能消除盘卷时形成的如簧似的圆圈，铺在仓面上很顺直，而且释放速度极快。
3.4PE冷却管在应用中的局限性
PE冷却管毕竟是一种塑料制品，其强度、尤其是在抵抗外力冲击和利器割划方面远不如金属管。因此，PE冷却管的应用有一定的局限性。这主要表现在不宜用于低级配高流态的混凝土仓面和钢筋过于密集的地方。当混凝土料很稀时，一方面是管子容易被冲乱、破坏；另一方面是管子破了，很难排除混凝土予以修复。若遇到这种情况可以焊钢筋架子，把管子捆在钢筋架子上或用其他办法来解决。但这样就体现不出PE冷却管的优点了。最困难的是，在密集的钢筋网格中铺设和修补PE冷却管，可采用钢塑结合的方法来解决的。即在钢筋密集区用 25(1英寸)的钢冷却管，在钢筋区以外的部位仍使用PE冷却管。钢管和PE管用一头对焊另一头为竹节的铁制内接头连接。
3.5 对混凝土质量的影响
PE冷却管是一种塑料制品，尽管冷却结束后都要用水泥灌浆回填，但对坝体强度多少有一点影响，这在坝体设计时应予以考虑。另外，在施工过程中，若冷却水管破了而没有被及时发现修补好，则冷却水会带走破管附近的部分水泥浆，从而影响混凝土质量。
