我国城市经济正处于高速发展阶段,人口增多和用水需求提高为城市给水管网带来的负担持续增长,陈旧给水管道老化造成的城市给水管道漏失率高的问题日趋严重,不仅仅对饮用水资源造成影响,同时对管道漏损处的周边土壤环境产生较大危害。相关研究表明,对于中小管径给水管道,发生小孔径爆管概率偏高,而现有管道修复技术针对性强、成本高,现有管道漏失监测设备也存在精度不足、缺乏定向性等问题。课题针对圆孔状给水管道缺陷,设计可以实现管道快速修复功能和漏失在线监测功能的外包式管件—智能套筒,并开展了用于修复管道漏损的水激活性材料的性能表征试验以及智能套筒管道漏损修复试验。根据智能套筒特性设计智能套筒结构,计算套筒外壁厚度和固定螺栓尺寸,构建智能套筒外形。对比光纤光栅传感器、电容式传感器以及压电薄膜传感器的传输灵敏度、设备成本、信号传输稳定性等因素,优选压电薄膜传感器作为在线监测系统传输元件;智能套筒内水激活性材料选择双层重叠覆盖式布置,传感器布置点选取在两层材料重叠处,同时选取套筒上下耳板之间和水激活性材料与套筒内壁贴合处作为辅助点位;智能套筒在外压0.60MPa和负内压0.001MPa下均能保证良好的稳定性,证明了智能套筒具备足够的强度。通过分析丁腈橡胶、氯丁橡胶、天然橡胶基材的吸水率、浸水力学特性变化,优选丁腈橡胶作为水激活性材料基材,采用物理共混法制备丁腈橡胶吸水膨胀橡胶,对橡胶进行配方设计,完成丁腈橡胶亲水改性、橡胶原材料混炼和硫化工艺,制备水激活性材料。通过对水激活性材料浸水后力学特性和抗水压能力分析,发现水激活性材料浸水后抗拉伸性能和抗撕裂性能平均下降10%,双层材料抗水压可达0.58MPa;综合多组浸水试验分析,水激活性材料饱和吸水膨胀率约为410%,浸水质量损失率约为11%,并且具备良好的耐候性能和耐化学介质能力,具备智能套筒所需的材料吸水膨胀特性和耐腐蚀能力。分析了材料浸水后对水质常规指标和特定指标的影响,材料浸水72h后对浊度上升0.16、p H值上升至7.5~8.0,水中残留的锌元素和硫化物对给水管网系统来说可忽略不计,可以满足接触饮用水的卫生条件。为验证智能套筒的实用性,分别采用静态加压试验和动态通水试验分析其表征管道漏损信号的可能性和漏失报警速率。静态加压下监测点位的应变值随着水激活性材料内吸水组分大面积吸收水分,波动幅度逐渐平缓,应变曲线趋向稳定,在管道内压力变化时应变曲线特征变化明显,足够表征管道漏损信号;动态加压试验中,在实际漏损管道安装智能套筒2h内,水激活性材料对管道修复效果明显,修复速率较高,监测点应变值波动幅度略微增大,幅度变化量减小,材料吸水趋近饱和,智能套筒具备较高的漏水修复速率。本课题构建了智能套筒外壳和套筒内水激活性材料,优选了漏损信号数据传输系统,研究了材料的理化特性并进行了实际应用试验,为给水管道局部漏损快速修复和在线监测技术提供了一定的理论依据,可在较低成本下有效控制给水管网漏失,保护给水管道,节约水资源。