塑料管材在水改工程中的選擇與應用.doc

水改工程中塑料管材的選擇與應用摘要近年來城市配水管網(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，得到了廣泛應用。本文從各類塑料管材的工藝特點、理化性能、連接方式和市場價格等方面進行了對比分析，并就塑料管材在施工應用中的注意事項提出了若干建議。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性能好（降低輸水能耗520%）、使用壽命長（3050年）、耐腐蝕性強、重量輕（僅為金屬管的1/61/10）和運輸安裝方便等諸多優(yōu)點，愈來愈受到供水行業(yè)的親睞，自上世紀80年代伊始，尤其是90年代后期以來，各類塑料管材在城市水改工程中得到廣泛應用。據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計，目前各類塑料管材的應用面已占到城市供水管網(wǎng)總長的50%以上。當前材料工業(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，適用范圍也有所差異，性價比有高有低，供水企業(yè)常常因此面臨選型難的問題。本文針對目前應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)展及實際應用等方面進行了分析比較，并就施工應用中應當注意的若干問題提出了相關(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、造價經(jīng)濟，目前已批量進入市場的塑料給水管材，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復合管（內(nèi)襯PVC）等多個門類和多種規(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，但同時也存在一定的差異，各有優(yōu)缺點。2.1PVC（聚氯乙烯）管PVC給水管國內(nèi)從上世紀80年代初開始生產(chǎn)和應用，也是應用最早和一度風靡市場的給水管材，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。2.1.1主要優(yōu)點：PVC與各種助劑相容性好，在生產(chǎn)過程中可加入價格低廉的填料，且加工過程中的能耗低，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，使用壽命長達50年以上。2.1.2主要缺點：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、風光不再；加工過程中主要使用鉛鹽穩(wěn)定劑、有機錫和鈣鋅復合穩(wěn)定劑等三種熱穩(wěn)定劑，其中鉛鹽穩(wěn)定劑原應用普遍，但后來遭遇“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)布建設部推廣應用和限制禁止使用技術(shù)的公告兩個文件明文限制用于飲用水管材），從而動搖了PVC管材的市場根基，使得許多無鉛無毒級的PVC管材也不再為給水市場所認同；抗沖擊強度相對其他塑料管材要低；由于市場成熟，一些低成本、低質(zhì)量的PVC管材進入市場，魚目混珠，市場聲譽大受影響。2.2UPVC（硬聚氯乙烯）管UPVC管自1983年列入國家“七五”科技攻關(guān)項目以來得到了迅速推廣應用，是目前國內(nèi)塑料給水管材的主導產(chǎn)品，其市場占有率約在50%以上。主要應用于DN400mm以下的給水管道。2.2.1主要優(yōu)點：與PVC一樣，在加工過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性能；管材耐化學腐蝕，具有自熄性和阻燃性，耐老化性好，且內(nèi)壁光滑，不導熱不導電，可應用于高腐蝕性水質(zhì)的管道輸送；改進后的耐沖擊型管材的耐沖擊強度和拉伸強度甚至優(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；具有價格優(yōu)勢，市場占有率高，且積累了較多的使用經(jīng)驗。2.2.2主要缺點：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度較低；與PVC管材一樣，一度受到“禁鉛”問題的困擾，在用于給水用途時需慎加甄別。2.3PE（聚乙烯）管PE管在國內(nèi)原主要應用于燃氣管道工程，近年來逐步進入給水市場。其應用規(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。為防止紫外線對管道材質(zhì)進行光降解，管材在加工過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： PE是無毒塑料，不含重金屬添加劑，用于供水衛(wèi)生條件好，不結(jié)垢，不滋生細菌；柔韌性好，抗沖擊強度高，耐強震和扭曲，其柔韌性、抗沖擊能力均高于 UPVC；其中HDPE管具有較高的強度和剛度，MDPE管除耐壓強度高外，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、熱熔對接及承插方式連接，比較方便；其獨特的電熔或熱熔連接方式使接口強度高于管材本體，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：市場價格相對較PVC、UPVC等管材要高；管材結(jié)構(gòu)單一，線膨脹系數(shù)大，保溫性能相對較差，因此在受到較大溫差影響時，易發(fā)生縱向回縮且回縮長度較大；受熱時易膨脹，且其性能隨著溫度的升高而下降，長時間工作溫度不宜超過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管國內(nèi)從1996年開始引進生產(chǎn)。交聯(lián)聚乙烯是通過化學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，市面常見規(guī)格為DN1663。2.4.1主要優(yōu)點：與PE管一樣無毒、無味，但耐熱性及熱強度、耐熱老化性、電絕緣性和穩(wěn)定性等均高于PE管；其獨特的耐溫性能（適用溫度為70100）和抗振動、耐沖擊等優(yōu)勢，使其成為室內(nèi)冷熱水管網(wǎng)的推薦管材；導熱系數(shù)低，熱量損失小，具備優(yōu)良的隔熱性能；使用壽命長，可安全使用50年以上；屬于無污染環(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)，符合當前的材料環(huán)保趨勢。2.4.2主要缺點：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；市場價格高，不利于推廣。2.5 PPR（三型聚丙烯）管PPR管材國內(nèi)從1997年開始引進生產(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，市面常見規(guī)格為DN20160。2.5.1主要優(yōu)點： PPR也是無毒塑料，適宜用于飲用水管道，不會形成二次污染；其導熱系數(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50年，且可回收，不會造成環(huán)境的污染，符合當前的材料應用趨勢。2.5.2主要缺點：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，長期工作溫度不宜超過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;市場價格高于PE管材。2.6PB（聚丁烯）管PB管是目前世界上最先進的冷熱水和暖氣管材之一。市面常見規(guī)格多為DN1028的小口徑管道。2.6.1主要優(yōu)點：PB是一種半結(jié)晶熱塑性塑料，無毒無味、重塑性強，且化學穩(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，導熱率較小，適用溫度范圍較大，其長期使用溫度為90，隔熱性能優(yōu)于PPR管；耐壓性能和抗蠕變能力極強，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，抗拉強度高。2.6.2主要缺點：由于PB樹脂供應量小且價高，國內(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所通常需采取防火措施；原材料主要依賴于進口，管材市場價格昂貴。3、塑料管材選用的原則及建議從上述對比分析不難看出，各類塑料管材雖具備較多的共性，但總的來說還是各有優(yōu)缺點，因此在應用過程中應因需、因地、因時制宜，有針對性地加以選擇。結(jié)合城市配水管網(wǎng)改造工程對管材管件的需要來看，其工程內(nèi)容主要是更新改造老舊管網(wǎng)，其特點一是多為DN400以下的中小口徑管道，二是需與其他不同材質(zhì)的管材進行對接，三是要求運輸、安裝方便，四是對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)改造工程中的應用前景十分廣闊。3.1塑料管材選用的基本原則市場上可供選擇的塑料管材種類較多，供水企業(yè)因此頗費躊躇。結(jié)合城市供水現(xiàn)代化的總體要求來看，除應滿足阻力小、能耗低、耐腐蝕、重量輕等要求外，在選擇管材時還應遵循以下基本原則：3.1.1必須符合飲用水衛(wèi)生要求。材料應用的安全性是為市場所接受的前提，PVC管材受“禁鉛”影響而淡出市場即為明證。從滿足供水安全性和提高水質(zhì)保障率的角度來看，“六無”是選材時必須首先遵循的原則，即材料本身無毒、無味；添加劑無無重金屬、且在一定溫度條件下無溶解、無揮發(fā)；回收時無污染。3.1.2具有必要的強度和韌性。在水改工程中，管材管件有的埋設于地下，有的明敷于室內(nèi)外，其施工條件和運行環(huán)境各異，因此對管材的強度和韌性的要求也有所不同?？紤]到施工安裝及維修維護的簡便性，在同一區(qū)域的水改工程中，通常會選用同一材質(zhì)的管材管件，因此材料的強度和韌性必須達到較高要求。3.1.3有利于節(jié)約建設投資。盡量選擇國內(nèi)生產(chǎn)廠家較多、生產(chǎn)成本相對較低的管材，擴大可選范圍，以利節(jié)省投資。3.1.4有較為成熟的實際應用經(jīng)驗。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選用管材的幾點建議3.2.1從性價比、市場常備規(guī)格及應用技術(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，改造時宜結(jié)合不同的施工、運行環(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，宜選用抗紫外線強度較高的UPVC管。3.2.3經(jīng)常遭遇低溫凍害的地區(qū)，應優(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較高，但降低了后期運行的維修維護成本。3.2.4有條件的地方，也可適當選用市場價格較高的PB管、PEX管，有針對性地在施工安裝及新型管材的應用與研究方面作些積累和探索。4、施工應用過程中應注意的幾個環(huán)節(jié)4.1存儲堆放塑料管材雖然有一定的抗壓抗拉強度，但限于材料本身的特性，在存儲堆放時，切不可長時間堆碼太高，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)時局部間隙變大，降低其剪切強度，形成管網(wǎng)漏損的隱患。4.2施工準備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，影響粘結(jié)質(zhì)量。4.2.2管材粘結(jié)口應保持干凈，不得有灰塵、油污等污物，如有應及時清理干凈，必要時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，因此在進行基礎(chǔ)處理時必須預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，導致接口破漏。在施工安裝時，必須嚴格按照工程技術(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，回填土應按規(guī)定的壓實系數(shù)壓實，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，因無法按規(guī)程對基礎(chǔ)進行處理，且在鉆進施工時本身會產(chǎn)生一定的拉伸變形，應考慮安裝伸縮節(jié)或補償器。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)劑進入管內(nèi)殘留污染，應保證均勻涂抹，其插口端可適當涂厚，這樣在推進進可擠壓到管外；在與法蘭或其他材料進行粘結(jié)時，其承插口粘結(jié)應保持一定的固化時間，特別是UPVC管材的固化時間一般應達到2448小時。4.4.2采用熱熔電熔方式連接的管材，其熱膨脹程度較大，如長時間曝曬會導致安裝前管身溫度大于環(huán)境溫度，增加其運行后的縱向回縮量，因此夏秋季施工時必須做好遮陽工作，減少太陽的直接曝曬，必要時可選擇在早晚間敷設，適當降低安裝與運行過程中的溫差。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，其接口處是最薄弱也是最關(guān)鍵的部位，因此連接試應根據(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，不宜采取單一的對接方式。如PE管與金屬管連接時，可采用鋼塑過渡接頭；UPVC管可采用柔性的活接頭；套筒連接方式也可根據(jù)實際情況加以應用，等等。從發(fā)展的趨勢來看，部分管材原有的粘結(jié)連接方式，以后會逐步過渡到柔性接口方式。5、結(jié)語塑料管材在同等口徑條件下，其水力學性能遠遠優(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，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用，市場前景廣闊。但塑料作為分子材料，其本身的特性應引起重視，尤其是