塑料管材在水改工程中的選擇與應(yīng)用.doc

水改工程中塑料管材的選擇與應(yīng)用摘要近年來(lái)城市配水管網(wǎng)改造力度不斷加大，在管材的選擇上，塑料管材因其具備水力條件好、耐腐蝕、重量輕及能較好地避免二次污染等諸多優(yōu)勢(shì)，得到了廣泛應(yīng)用。本文從各類塑料管材的工藝特點(diǎn)、理化性能、連接方式和市場(chǎng)價(jià)格等方面進(jìn)行了對(duì)比分析，并就塑料管材在施工應(yīng)用中的注意事項(xiàng)提出了若干建議。關(guān)鍵詞塑料管材；配水管網(wǎng)改造；選型；應(yīng)用處理措施1、引言城市早期形成的配水管網(wǎng)，由于受原有管道材質(zhì)及安裝工藝的制約，管網(wǎng)質(zhì)量良莠不齊，甚至成為影響城市供水安全的瓶頸。因此，供水行業(yè)對(duì)配水管網(wǎng)的改造力度正在不斷加大。在近年的各類水改工程中，一些新型優(yōu)質(zhì)的塑料管材因其具有力學(xué)性能好（降低輸水能耗520%）、使用壽命長(zhǎng)（3050年）、耐腐蝕性強(qiáng)、重量輕（僅為金屬管的1/61/10）和運(yùn)輸安裝方便等諸多優(yōu)點(diǎn)，愈來(lái)愈受到供水行業(yè)的親睞，自上世紀(jì)80年代伊始，尤其是90年代后期以來(lái)，各類塑料管材在城市水改工程中得到廣泛應(yīng)用。據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前各類塑料管材的應(yīng)用面已占到城市供水管網(wǎng)總長(zhǎng)的50%以上。當(dāng)前材料工業(yè)的迅速發(fā)展，一方面使得各類塑料管材層出不窮，讓供水行業(yè)有了更大的選擇空間；另一方面由于其材料性質(zhì)不盡相同，生產(chǎn)工藝各有特點(diǎn)，適用范圍也有所差異，性價(jià)比有高有低，供水企業(yè)常常因此面臨選型難的問(wèn)題。本文針對(duì)目前應(yīng)用較為廣泛的部分塑料給水管材，從材料理化性能、工藝發(fā)展及實(shí)際應(yīng)用等方面進(jìn)行了分析比較，并就施工應(yīng)用中應(yīng)當(dāng)注意的若干問(wèn)題提出了相關(guān)建議，供業(yè)內(nèi)人士參考。2、幾種常用塑料管材之比較與其他管材相比，塑料管材性能優(yōu)異、原料豐富、質(zhì)量可靠、造價(jià)經(jīng)濟(jì)，目前已批量進(jìn)入市場(chǎng)的塑料給水管材，包括PVC管（聚氯乙烯）、UPVC管（硬聚氯乙烯）、PE管（聚乙烯）、PEX管（交聯(lián)聚乙烯）、PP管（聚丙烯）、PPR管（三型聚丙烯）、PB管（聚丁烯）、ABS管（工程塑料）、FRP（玻璃鋼夾砂管）、PVC/FRP復(fù)合管（內(nèi)襯PVC）等多個(gè)門類和多種規(guī)格。這些塑料管材具備重量輕、水力性能好、導(dǎo)熱系數(shù)低、絕緣性能好、耐腐蝕和施工安裝維修方便等共性，但同時(shí)也存在一定的差異，各有優(yōu)缺點(diǎn)。2.1PVC（聚氯乙烯）管PVC給水管國(guó)內(nèi)從上世紀(jì)80年代初開(kāi)始生產(chǎn)和應(yīng)用，也是應(yīng)用最早和一度風(fēng)靡市場(chǎng)的給水管材，產(chǎn)品規(guī)格齊全。后受加工工藝影響及其他新型管材的沖擊，PVC管逐步淡出給水市場(chǎng)。2.1.1主要優(yōu)點(diǎn)：PVC與各種助劑相容性好，在生產(chǎn)過(guò)程中可加入價(jià)格低廉的填料，且加工過(guò)程中的能耗低，生產(chǎn)成本低；管壁光滑，不結(jié)腐蝕瘤，輸水效率高，可降低輸水能耗20%左右；管道連接多采取粘結(jié)劑粘合，易于安裝和維修；加工良好的PVC管道，使用壽命長(zhǎng)達(dá)50年以上。2.1.2主要缺點(diǎn)：早期產(chǎn)品添加有大量的增塑劑，而增塑劑易揮發(fā)和溶出，有一定的氣味和毒性（指游離態(tài)的氯乙烯單體）；目前的產(chǎn)品雖幾乎不含增塑劑，但 “陰影”猶在、風(fēng)光不再；加工過(guò)程中主要使用鉛鹽穩(wěn)定劑、有機(jī)錫和鈣鋅復(fù)合穩(wěn)定劑等三種熱穩(wěn)定劑，其中鉛鹽穩(wěn)定劑原應(yīng)用普遍，但后來(lái)遭遇“禁鉛”令（關(guān)于公布第四批禁止和限制使用建材產(chǎn)品目錄的通知和關(guān)于發(fā)布建設(shè)部推廣應(yīng)用和限制禁止使用技術(shù)的公告兩個(gè)文件明文限制用于飲用水管材），從而動(dòng)搖了PVC管材的市場(chǎng)根基，使得許多無(wú)鉛無(wú)毒級(jí)的PVC管材也不再為給水市場(chǎng)所認(rèn)同；抗沖擊強(qiáng)度相對(duì)其他塑料管材要低；由于市場(chǎng)成熟，一些低成本、低質(zhì)量的PVC管材進(jìn)入市場(chǎng)，魚目混珠，市場(chǎng)聲譽(yù)大受影響。2.2UPVC（硬聚氯乙烯）管UPVC管自1983年列入國(guó)家“七五”科技攻關(guān)項(xiàng)目以來(lái)得到了迅速推廣應(yīng)用，是目前國(guó)內(nèi)塑料給水管材的主導(dǎo)產(chǎn)品，其市場(chǎng)占有率約在50%以上。主要應(yīng)用于DN400mm以下的給水管道。2.2.1主要優(yōu)點(diǎn)：與PVC一樣，在加工過(guò)程中具有良好的相容性，可添加不同的添加劑，使其具有滿足不同要求的物理和化學(xué)性能；管材耐化學(xué)腐蝕，具有自熄性和阻燃性，耐老化性好，且內(nèi)壁光滑，不導(dǎo)熱不導(dǎo)電，可應(yīng)用于高腐蝕性水質(zhì)的管道輸送；改進(jìn)后的耐沖擊型管材的耐沖擊強(qiáng)度和拉伸強(qiáng)度甚至優(yōu)于鑄鐵管；可采取承插式連接、粘結(jié)劑粘結(jié)，易于安裝和維修；具有價(jià)格優(yōu)勢(shì)，市場(chǎng)占有率高，且積累了較多的使用經(jīng)驗(yàn)。2.2.2主要缺點(diǎn)：管材韌性低、硬度高，線膨脹系數(shù)大，適用溫度范圍較窄；非耐沖擊型管材的抗低溫沖擊強(qiáng)度較低；與PVC管材一樣，一度受到“禁鉛”問(wèn)題的困擾，在用于給水用途時(shí)需慎加甄別。2.3PE（聚乙烯）管PE管在國(guó)內(nèi)原主要應(yīng)用于燃?xì)夤艿拦こ蹋陙?lái)逐步進(jìn)入給水市場(chǎng)。其應(yīng)用規(guī)格一般在DN16400之間，有高密度（HDPE）、中密度（MDPE）和低密度（LDPE）之分，供水行業(yè)一般選用高、中密度PE管。為防止紫外線對(duì)管道材質(zhì)進(jìn)行光降解，管材在加工過(guò)程中添加有炭黑材料，管材呈深灰至黑色。2.3.1主要優(yōu)點(diǎn)： PE是無(wú)毒塑料，不含重金屬添加劑，用于供水衛(wèi)生條件好，不結(jié)垢，不滋生細(xì)菌；柔韌性好，抗沖擊強(qiáng)度高，耐強(qiáng)震和扭曲，其柔韌性、抗沖擊能力均高于 UPVC；其中HDPE管具有較高的強(qiáng)度和剛度，MDPE管除耐壓強(qiáng)度高外，還具有良好的柔性和抗蠕變性能；PE是一種熱塑性塑料，可多次加工成型，可采用電熔焊接、熱熔對(duì)接及承插方式連接，比較方便；其獨(dú)特的電熔或熱熔連接方式使接口強(qiáng)度高于管材本體，保證了接口的安全可靠，優(yōu)于粘結(jié)方式。2.3.2主要缺點(diǎn)：市場(chǎng)價(jià)格相對(duì)較PVC、UPVC等管材要高；管材結(jié)構(gòu)單一，線膨脹系數(shù)大，保溫性能相對(duì)較差，因此在受到較大溫差影響時(shí)，易發(fā)生縱向回縮且回縮長(zhǎng)度較大；受熱時(shí)易膨脹，且其性能隨著溫度的升高而下降，長(zhǎng)時(shí)間工作溫度不宜超過(guò)40，一般僅用于冷水管道；因表面色深易吸熱，日照環(huán)境下易老化，影響其使用壽命，因此不宜室外明敷。2.4PEX（交聯(lián)聚乙烯）管PEX管國(guó)內(nèi)從1996年開(kāi)始引進(jìn)生產(chǎn)。交聯(lián)聚乙烯是通過(guò)化學(xué)方法或物理方法將聚乙烯分子的平面鏈狀結(jié)構(gòu)改變?yōu)槿S網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，從而優(yōu)化聚乙烯分子的理化性能。供水行業(yè)現(xiàn)多用于小口徑管道，市面常見(jiàn)規(guī)格為DN1663。2.4.1主要優(yōu)點(diǎn)：與PE管一樣無(wú)毒、無(wú)味，但耐熱性及熱強(qiáng)度、耐熱老化性、電絕緣性和穩(wěn)定性等均高于PE管；其獨(dú)特的耐溫性能（適用溫度為70100）和抗振動(dòng)、耐沖擊等優(yōu)勢(shì)，使其成為室內(nèi)冷熱水管網(wǎng)的推薦管材；導(dǎo)熱系數(shù)低，熱量損失小，具備優(yōu)良的隔熱性能；使用壽命長(zhǎng)，可安全使用50年以上；屬于無(wú)污染環(huán)境的綠色環(huán)保管材，不含任何毒素，焚燒后也不釋放有害物質(zhì)，符合當(dāng)前的材料環(huán)保趨勢(shì)。2.4.2主要缺點(diǎn)：市面現(xiàn)有規(guī)格較少，多為小口徑；連接方法多采用夾緊式銅制接頭或卡環(huán)式銅制接頭，較為單一；市場(chǎng)價(jià)格高，不利于推廣。2.5 PPR（三型聚丙烯）管PPR管材國(guó)內(nèi)從1997年開(kāi)始引進(jìn)生產(chǎn)，也是一種新型綠色環(huán)保材料。三型聚丙烯是第三代改性聚丙烯，即采用氣相共聚法使PE在PP分子鏈中隨機(jī)地均勻聚合，使其具有較好的抗沖擊性能、耐溫性能和抗蠕變性能。供水行業(yè)目前多用于小口徑管道，市面常見(jiàn)規(guī)格為DN20160。2.5.1主要優(yōu)點(diǎn)： PPR也是無(wú)毒塑料，適宜用于飲用水管道，不會(huì)形成二次污染；其導(dǎo)熱系數(shù)只有鋼管的1200，具有良好的保溫和節(jié)能性能，屬保溫節(jié)能產(chǎn)品，可節(jié)約保溫材料；具有較高的抗沖擊強(qiáng)度；多采用熱熔和電熔連接兩種連接方式，安裝方便，且是材料本體永久性的連接，接口安全可靠；使用壽命可達(dá)50年，且可回收，不會(huì)造成環(huán)境的污染，符合當(dāng)前的材料應(yīng)用趨勢(shì)。2.5.2主要缺點(diǎn)：熔融粘度低，存在一定的低溫脆性缺陷；由于聚丙烯本身的分子特性，其耐高溫性能較差，線膨脹系數(shù)較大，長(zhǎng)期工作溫度不宜超過(guò)70，不宜用作熱水管道；與PE管一樣，抗紫外線能力較差，不宜室外明敷;市場(chǎng)價(jià)格高于PE管材。2.6PB（聚丁烯）管PB管是目前世界上最先進(jìn)的冷熱水和暖氣管材之一。市面常見(jiàn)規(guī)格多為DN1028的小口徑管道。2.6.1主要優(yōu)點(diǎn)：PB是一種半結(jié)晶熱塑性塑料，無(wú)毒無(wú)味、重塑性強(qiáng)，且化學(xué)穩(wěn)定性好，具有極好的抗腐蝕能力，不受微生物侵蝕，有利于水質(zhì)保持；具有良好的耐溫性能，導(dǎo)熱率較小，適用溫度范圍較大，其長(zhǎng)期使用溫度為90，隔熱性能優(yōu)于PPR管；耐壓性能和抗蠕變能力極強(qiáng)，同等工作壓力條件下其管壁最薄，質(zhì)量更輕；具有極好的韌性和耐沖擊力，抗拉強(qiáng)度高。2.6.2主要缺點(diǎn)：由于PB樹(shù)脂供應(yīng)量小且價(jià)高，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)PB管材的廠家不多；PB屬于易燃材料，安裝加工或使用的場(chǎng)所通常需采取防火措施；原材料主要依賴于進(jìn)口，管材市場(chǎng)價(jià)格昂貴。3、塑料管材選用的原則及建議從上述對(duì)比分析不難看出，各類塑料管材雖具備較多的共性，但總的來(lái)說(shuō)還是各有優(yōu)缺點(diǎn)，因此在應(yīng)用過(guò)程中應(yīng)因需、因地、因時(shí)制宜，有針對(duì)性地加以選擇。結(jié)合城市配水管網(wǎng)改造工程對(duì)管材管件的需要來(lái)看，其工程內(nèi)容主要是更新改造老舊管網(wǎng)，其特點(diǎn)一是多為DN400以下的中小口徑管道，二是需與其他不同材質(zhì)的管材進(jìn)行對(duì)接，三是要求運(yùn)輸、安裝方便，四是對(duì)管材的使用壽命有較高的要求。因此塑料管材完全可以滿足以上需要，在配水管網(wǎng)改造工程中的應(yīng)用前景十分廣闊。3.1塑料管材選用的基本原則市場(chǎng)上可供選擇的塑料管材種類較多，供水企業(yè)因此頗費(fèi)躊躇。結(jié)合城市供水現(xiàn)代化的總體要求來(lái)看，除應(yīng)滿足阻力小、能耗低、耐腐蝕、重量輕等要求外，在選擇管材時(shí)還應(yīng)遵循以下基本原則：3.1.1必須符合飲用水衛(wèi)生要求。材料應(yīng)用的安全性是為市場(chǎng)所接受的前提，PVC管材受“禁鉛”影響而淡出市場(chǎng)即為明證。從滿足供水安全性和提高水質(zhì)保障率的角度來(lái)看，“六無(wú)”是選材時(shí)必須首先遵循的原則，即材料本身無(wú)毒、無(wú)味；添加劑無(wú)無(wú)重金屬、且在一定溫度條件下無(wú)溶解、無(wú)揮發(fā)；回收時(shí)無(wú)污染。3.1.2具有必要的強(qiáng)度和韌性。在水改工程中，管材管件有的埋設(shè)于地下，有的明敷于室內(nèi)外，其施工條件和運(yùn)行環(huán)境各異，因此對(duì)管材的強(qiáng)度和韌性的要求也有所不同。考慮到施工安裝及維修維護(hù)的簡(jiǎn)便性，在同一區(qū)域的水改工程中，通常會(huì)選用同一材質(zhì)的管材管件，因此材料的強(qiáng)度和韌性必須達(dá)到較高要求。3.1.3有利于節(jié)約建設(shè)投資。盡量選擇國(guó)內(nèi)生產(chǎn)廠家較多、生產(chǎn)成本相對(duì)較低的管材，擴(kuò)大可選范圍，以利節(jié)省投資。3.1.4有較為成熟的實(shí)際應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)。這樣有利于控制施工安裝質(zhì)量，降低管網(wǎng)漏損率和故障發(fā)生率。3.2選用管材的幾點(diǎn)建議3.2.1從性價(jià)比、市場(chǎng)常備規(guī)格及應(yīng)用技術(shù)的成熟性等方面綜合考慮，建議在水改工程中首選UPVC（無(wú)鉛型）、PE（HDPE）、PPR等三類管材管件。3.2.2不同的口徑的管道，改造時(shí)宜結(jié)合不同的施工、運(yùn)行環(huán)境選用不同的管材。以下選擇可供參考：DN100400優(yōu)先考慮采用PE（HDPE）管，其次是UPVC管；DN50100優(yōu)先考慮PE（HDPE）管、PPR管，其次是UPVC管；DN50以下建議首選PE管，但小口徑入戶管道因多為明敷，宜選用抗紫外線強(qiáng)度較高的UPVC管。3.2.3經(jīng)常遭遇低溫凍害的地區(qū)，應(yīng)優(yōu)先考慮選用保溫節(jié)能型的PPR管。這樣雖然一次性投入相對(duì)較高，但降低了后期運(yùn)行的維修維護(hù)成本。3.2.4有條件的地方，也可適當(dāng)選用市場(chǎng)價(jià)格較高的PB管、PEX管，有針對(duì)性地在施工安裝及新型管材的應(yīng)用與研究方面作些積累和探索。4、施工應(yīng)用過(guò)程中應(yīng)注意的幾個(gè)環(huán)節(jié)4.1存儲(chǔ)堆放塑料管材雖然有一定的抗壓抗拉強(qiáng)度，但限于材料本身的特性，在存儲(chǔ)堆放時(shí)，切不可長(zhǎng)時(shí)間堆碼太高，特別是部分薄壁的承插口粘合管材。以免在外力作用下造成承插口變形，在粘結(jié)時(shí)局部間隙變大，降低其剪切強(qiáng)度，形成管網(wǎng)漏損的隱患。4.2施工準(zhǔn)備4.2.1使用粘結(jié)劑連接的管材，建議選用生產(chǎn)廠家提供的粘結(jié)劑，避免粘結(jié)劑與管材之間產(chǎn)生不良反應(yīng)，影響粘結(jié)質(zhì)量。4.2.2管材粘結(jié)口應(yīng)保持干凈，不得有灰塵、油污等污物，如有應(yīng)及時(shí)清理干凈，必要時(shí)可用丙酮等清潔劑清潔，防止污物影響粘結(jié)劑的軟化溶解效果，造成管件運(yùn)行中脫節(jié)。4.3基礎(chǔ)處理PE、PPR等管材線膨脹系數(shù)大，在季節(jié)溫差較大的地區(qū)，其縱向回縮量較大，因此在進(jìn)行基礎(chǔ)處理時(shí)必須預(yù)先考慮其管道回縮變形量。4.3.1夏秋季施工安裝的管道，入冬后易因土壤表層溫度急驟下降，管道產(chǎn)生冷縮，導(dǎo)致接口破漏。在施工安裝時(shí)，必須嚴(yán)格按照工程技術(shù)規(guī)程要求，宜采用弧形人工砂基，其管底以下墊層部分的厚度不宜小于100mm，回填土應(yīng)按規(guī)定的壓實(shí)系數(shù)壓實(shí)，以增大填埋土與管身之間的阻尼，減少回縮變量。4.3.2頂管施工地段，因無(wú)法按規(guī)程對(duì)基礎(chǔ)進(jìn)行處理，且在鉆進(jìn)施工時(shí)本身會(huì)產(chǎn)生一定的拉伸變形，應(yīng)考慮安裝伸縮節(jié)或補(bǔ)償器。4.4安裝連接4.4.1使用粘結(jié)劑連接的管材，為防止多余的粘結(jié)劑進(jìn)入管內(nèi)殘留污染，應(yīng)保證均勻涂抹，其插口端可適當(dāng)涂厚，這樣在推進(jìn)進(jìn)可擠壓到管外；在與法蘭或其他材料進(jìn)行粘結(jié)時(shí)，其承插口粘結(jié)應(yīng)保持一定的固化時(shí)間，特別是UPVC管材的固化時(shí)間一般應(yīng)達(dá)到2448小時(shí)。4.4.2采用熱熔電熔方式連接的管材，其熱膨脹程度較大，如長(zhǎng)時(shí)間曝曬會(huì)導(dǎo)致安裝前管身溫度大于環(huán)境溫度，增加其運(yùn)行后的縱向回縮量，因此夏秋季施工時(shí)必須做好遮陽(yáng)工作，減少太陽(yáng)的直接曝曬，必要時(shí)可選擇在早晚間敷設(shè)，適當(dāng)降低安裝與運(yùn)行過(guò)程中的溫差。4.4.3塑料管材與各種金屬管材及砼管等非金屬管材連接時(shí)，其接口處是最薄弱也是最關(guān)鍵的部位，因此連接試應(yīng)根據(jù)管道的受力狀態(tài)、管道沿線工程地質(zhì)條件等因素合理確定，不宜采取單一的對(duì)接方式。如PE管與金屬管連接時(shí)，可采用鋼塑過(guò)渡接頭；UPVC管可采用柔性的活接頭；套筒連接方式也可根據(jù)實(shí)際情況加以應(yīng)用，等等。從發(fā)展的趨勢(shì)來(lái)看，部分管材原有的粘結(jié)連接方式，以后會(huì)逐步過(guò)渡到柔性接口方式。5、結(jié)語(yǔ)塑料管材在同等口徑條件下，其水力學(xué)性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于其他金屬管材或砼管，輸水能力有很大提高，降低了輸水能耗，在提高管網(wǎng)的技術(shù)狀態(tài)和保障安全優(yōu)質(zhì)供水方面具備較大優(yōu)勢(shì)，因此塑料管材在城市配水管網(wǎng)改造工程中得到了廣泛應(yīng)用，市場(chǎng)前景廣闊。但塑料作為分子材料，其本身的特性應(yīng)引起重視，尤其是