塑料管材在水改工程中的选择与应用.doc

水改工程中塑料管材的选择与应用摘要近年来城市配水管网改造力度不断加大，在管材的选择上，塑料管材因其具备水力条件好、耐腐蚀、重量轻及能较好地避免二次污染等诸多优势，得到了广泛应用。本文从各类塑料管材的工艺特点、理化性能、连接方式和市场价格等方面进行了对比分析，并就塑料管材在施工应用中的注意事项提出了若干建议。关键词塑料管材；配水管网改造；选型；应用处理措施1、引言城市早期形成的配水管网，由于受原有管道材质及安装工艺的制约，管网质量良莠不齐，甚至成为影响城市供水安全的瓶颈。因此，供水行业对配水管网的改造力度正在不断加大。在近年的各类水改工程中，一些新型优质的塑料管材因其具有力学性能好（降低输水能耗520%）、使用寿命长（3050年）、耐腐蚀性强、重量轻（仅为金属管的1/61/10）和运输安装方便等诸多优点，愈来愈受到供水行业的亲睐，自上世纪80年代伊始，尤其是90年代后期以来，各类塑料管材在城市水改工程中得到广泛应用。据有关数据统计，目前各类塑料管材的应用面已占到城市供水管网总长的50%以上。当前材料工业的迅速发展，一方面使得各类塑料管材层出不穷，让供水行业有了更大的选择空间；另一方面由于其材料性质不尽相同，生产工艺各有特点，适用范围也有所差异，性价比有高有低，供水企业常常因此面临选型难的问题。本文针对目前应用较为广泛的部分塑料给水管材，从材料理化性能、工艺发展及实际应用等方面进行了分析比较，并就施工应用中应当注意的若干问题提出了相关建议，供业内人士参考。2、几种常用塑料管材之比较与其他管材相比，塑料管材性能优异、原料丰富、质量可靠、造价经济，目前已批量进入市场的塑料给水管材，包括PVC管（聚氯乙烯）、UPVC管（硬聚氯乙烯）、PE管（聚乙烯）、PEX管（交联聚乙烯）、PP管（聚丙烯）、PPR管（三型聚丙烯）、PB管（聚丁烯）、ABS管（工程塑料）、FRP（玻璃钢夹砂管）、PVC/FRP复合管（内衬PVC）等多个门类和多种规格。这些塑料管材具备重量轻、水力性能好、导热系数低、绝缘性能好、耐腐蚀和施工安装维修方便等共性，但同时也存在一定的差异，各有优缺点。2.1PVC（聚氯乙烯）管PVC给水管国内从上世纪80年代初开始生产和应用，也是应用最早和一度风靡市场的给水管材，产品规格齐全。后受加工工艺影响及其他新型管材的冲击，PVC管逐步淡出给水市场。2.1.1主要优点：PVC与各种助剂相容性好，在生产过程中可加入价格低廉的填料，且加工过程中的能耗低，生产成本低；管壁光滑，不结腐蚀瘤，输水效率高，可降低输水能耗20%左右；管道连接多采取粘结剂粘合，易于安装和维修；加工良好的PVC管道，使用寿命长达50年以上。2.1.2主要缺点：早期产品添加有大量的增塑剂，而增塑剂易挥发和溶出，有一定的气味和毒性（指游离态的氯乙烯单体）；目前的产品虽几乎不含增塑剂，但 “阴影”犹在、风光不再；加工过程中主要使用铅盐稳定剂、有机锡和钙锌复合稳定剂等三种热稳定剂，其中铅盐稳定剂原应用普遍，但后来遭遇“禁铅”令（关于公布第四批禁止和限制使用建材产品目录的通知和关于发布建设部推广应用和限制禁止使用技术的公告两个文件明文限制用于饮用水管材），从而动摇了PVC管材的市场根基，使得许多无铅无毒级的PVC管材也不再为给水市场所认同；抗冲击强度相对其他塑料管材要低；由于市场成熟，一些低成本、低质量的PVC管材进入市场，鱼目混珠，市场声誉大受影响。2.2UPVC（硬聚氯乙烯）管UPVC管自1983年列入国家“七五”科技攻关项目以来得到了迅速推广应用，是目前国内塑料给水管材的主导产品，其市场占有率约在50%以上。主要应用于DN400mm以下的给水管道。2.2.1主要优点：与PVC一样，在加工过程中具有良好的相容性，可添加不同的添加剂，使其具有满足不同要求的物理和化学性能；管材耐化学腐蚀，具有自熄性和阻燃性，耐老化性好，且内壁光滑，不导热不导电，可应用于高腐蚀性水质的管道输送；改进后的耐冲击型管材的耐冲击强度和拉伸强度甚至优于铸铁管；可采取承插式连接、粘结剂粘结，易于安装和维修；具有价格优势，市场占有率高，且积累了较多的使用经验。2.2.2主要缺点：管材韧性低、硬度高，线膨胀系数大，适用温度范围较窄；非耐冲击型管材的抗低温冲击强度较低；与PVC管材一样，一度受到“禁铅”问题的困扰，在用于给水用途时需慎加甄别。2.3PE（聚乙烯）管PE管在国内原主要应用于燃气管道工程，近年来逐步进入给水市场。其应用规格一般在DN16400之间，有高密度（HDPE）、中密度（MDPE）和低密度（LDPE）之分，供水行业一般选用高、中密度PE管。为防止紫外线对管道材质进行光降解，管材在加工过程中添加有炭黑材料，管材呈深灰至黑色。2.3.1主要优点： PE是无毒塑料，不含重金属添加剂，用于供水卫生条件好，不结垢，不滋生细菌；柔韧性好，抗冲击强度高，耐强震和扭曲，其柔韧性、抗冲击能力均高于 UPVC；其中HDPE管具有较高的强度和刚度，MDPE管除耐压强度高外，还具有良好的柔性和抗蠕变性能；PE是一种热塑性塑料，可多次加工成型，可采用电熔焊接、热熔对接及承插方式连接，比较方便；其独特的电熔或热熔连接方式使接口强度高于管材本体，保证了接口的安全可靠，优于粘结方式。2.3.2主要缺点：市场价格相对较PVC、UPVC等管材要高；管材结构单一，线膨胀系数大，保温性能相对较差，因此在受到较大温差影响时，易发生纵向回缩且回缩长度较大；受热时易膨胀，且其性能随着温度的升高而下降，长时间工作温度不宜超过40，一般仅用于冷水管道；因表面色深易吸热，日照环境下易老化，影响其使用寿命，因此不宜室外明敷。2.4PEX（交联聚乙烯）管PEX管国内从1996年开始引进生产。交联聚乙烯是通过化学方法或物理方法将聚乙烯分子的平面链状结构改变为三维网状结构，从而优化聚乙烯分子的理化性能。供水行业现多用于小口径管道，市面常见规格为DN1663。2.4.1主要优点：与PE管一样无毒、无味，但耐热性及热强度、耐热老化性、电绝缘性和稳定性等均高于PE管；其独特的耐温性能（适用温度为70100）和抗振动、耐冲击等优势，使其成为室内冷热水管网的推荐管材；导热系数低，热量损失小，具备优良的隔热性能；使用寿命长，可安全使用50年以上；属于无污染环境的绿色环保管材，不含任何毒素，焚烧后也不释放有害物质，符合当前的材料环保趋势。2.4.2主要缺点：市面现有规格较少，多为小口径；连接方法多采用夹紧式铜制接头或卡环式铜制接头，较为单一；市场价格高，不利于推广。2.5 PPR（三型聚丙烯）管PPR管材国内从1997年开始引进生产，也是一种新型绿色环保材料。三型聚丙烯是第三代改性聚丙烯，即采用气相共聚法使PE在PP分子链中随机地均匀聚合，使其具有较好的抗冲击性能、耐温性能和抗蠕变性能。供水行业目前多用于小口径管道，市面常见规格为DN20160。2.5.1主要优点： PPR也是无毒塑料，适宜用于饮用水管道，不会形成二次污染；其导热系数只有钢管的1200，具有良好的保温和节能性能，属保温节能产品，可节约保温材料；具有较高的抗冲击强度；多采用热熔和电熔连接两种连接方式，安装方便，且是材料本体永久性的连接，接口安全可靠；使用寿命可达50年，且可回收，不会造成环境的污染，符合当前的材料应用趋势。2.5.2主要缺点：熔融粘度低，存在一定的低温脆性缺陷；由于聚丙烯本身的分子特性，其耐高温性能较差，线膨胀系数较大，长期工作温度不宜超过70，不宜用作热水管道；与PE管一样，抗紫外线能力较差，不宜室外明敷;市场价格高于PE管材。2.6PB（聚丁烯）管PB管是目前世界上最先进的冷热水和暖气管材之一。市面常见规格多为DN1028的小口径管道。2.6.1主要优点：PB是一种半结晶热塑性塑料，无毒无味、重塑性强，且化学稳定性好，具有极好的抗腐蚀能力，不受微生物侵蚀，有利于水质保持；具有良好的耐温性能，导热率较小，适用温度范围较大，其长期使用温度为90，隔热性能优于PPR管；耐压性能和抗蠕变能力极强，同等工作压力条件下其管壁最薄，质量更轻；具有极好的韧性和耐冲击力，抗拉强度高。2.6.2主要缺点：由于PB树脂供应量小且价高，国内生产PB管材的厂家不多；PB属于易燃材料，安装加工或使用的场所通常需采取防火措施；原材料主要依赖于进口，管材市场价格昂贵。3、塑料管材选用的原则及建议从上述对比分析不难看出，各类塑料管材虽具备较多的共性，但总的来说还是各有优缺点，因此在应用过程中应因需、因地、因时制宜，有针对性地加以选择。结合城市配水管网改造工程对管材管件的需要来看，其工程内容主要是更新改造老旧管网，其特点一是多为DN400以下的中小口径管道，二是需与其他不同材质的管材进行对接，三是要求运输、安装方便，四是对管材的使用寿命有较高的要求。因此塑料管材完全可以满足以上需要，在配水管网改造工程中的应用前景十分广阔。3.1塑料管材选用的基本原则市场上可供选择的塑料管材种类较多，供水企业因此颇费踌躇。结合城市供水现代化的总体要求来看，除应满足阻力小、能耗低、耐腐蚀、重量轻等要求外，在选择管材时还应遵循以下基本原则：3.1.1必须符合饮用水卫生要求。材料应用的安全性是为市场所接受的前提，PVC管材受“禁铅”影响而淡出市场即为明证。从满足供水安全性和提高水质保障率的角度来看，“六无”是选材时必须首先遵循的原则，即材料本身无毒、无味；添加剂无无重金属、且在一定温度条件下无溶解、无挥发；回收时无污染。3.1.2具有必要的强度和韧性。在水改工程中，管材管件有的埋设于地下，有的明敷于室内外，其施工条件和运行环境各异，因此对管材的强度和韧性的要求也有所不同。考虑到施工安装及维修维护的简便性，在同一区域的水改工程中，通常会选用同一材质的管材管件，因此材料的强度和韧性必须达到较高要求。3.1.3有利于节约建设投资。尽量选择国内生产厂家较多、生产成本相对较低的管材，扩大可选范围，以利节省投资。3.1.4有较为成熟的实际应用经验。这样有利于控制施工安装质量，降低管网漏损率和故障发生率。3.2选用管材的几点建议3.2.1从性价比、市场常备规格及应用技术的成熟性等方面综合考虑，建议在水改工程中首选UPVC（无铅型）、PE（HDPE）、PPR等三类管材管件。3.2.2不同的口径的管道，改造时宜结合不同的施工、运行环境选用不同的管材。以下选择可供参考：DN100400优先考虑采用PE（HDPE）管，其次是UPVC管；DN50100优先考虑PE（HDPE）管、PPR管，其次是UPVC管；DN50以下建议首选PE管，但小口径入户管道因多为明敷，宜选用抗紫外线强度较高的UPVC管。3.2.3经常遭遇低温冻害的地区，应优先考虑选用保温节能型的PPR管。这样虽然一次性投入相对较高，但降低了后期运行的维修维护成本。3.2.4有条件的地方，也可适当选用市场价格较高的PB管、PEX管，有针对性地在施工安装及新型管材的应用与研究方面作些积累和探索。4、施工应用过程中应注意的几个环节4.1存储堆放塑料管材虽然有一定的抗压抗拉强度，但限于材料本身的特性，在存储堆放时，切不可长时间堆码太高，特别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变形，在粘结时局部间隙变大，降低其剪切强度，形成管网漏损的隐患。4.2施工准备4.2.1使用粘结剂连接的管材，建议选用生产厂家提供的粘结剂，避免粘结剂与管材之间产生不良反应，影响粘结质量。4.2.2管材粘结口应保持干净，不得有灰尘、油污等污物，如有应及时清理干净，必要时可用丙酮等清洁剂清洁，防止污物影响粘结剂的软化溶解效果，造成管件运行中脱节。4.3基础处理PE、PPR等管材线膨胀系数大，在季节温差较大的地区，其纵向回缩量较大，因此在进行基础处理时必须预先考虑其管道回缩变形量。4.3.1夏秋季施工安装的管道，入冬后易因土壤表层温度急骤下降，管道产生冷缩，导致接口破漏。在施工安装时，必须严格按照工程技术规程要求，宜采用弧形人工砂基，其管底以下垫层部分的厚度不宜小于100mm，回填土应按规定的压实系数压实，以增大填埋土与管身之间的阻尼，减少回缩变量。4.3.2顶管施工地段，因无法按规程对基础进行处理，且在钻进施工时本身会产生一定的拉伸变形，应考虑安装伸缩节或补偿器。4.4安装连接4.4.1使用粘结剂连接的管材，为防止多余的粘结剂进入管内残留污染，应保证均匀涂抹，其插口端可适当涂厚，这样在推进进可挤压到管外；在与法兰或其他材料进行粘结时，其承插口粘结应保持一定的固化时间，特别是UPVC管材的固化时间一般应达到2448小时。4.4.2采用热熔电熔方式连接的管材，其热膨胀程度较大，如长时间曝晒会导致安装前管身温度大于环境温度，增加其运行后的纵向回缩量，因此夏秋季施工时必须做好遮阳工作，减少太阳的直接曝晒，必要时可选择在早晚间敷设，适当降低安装与运行过程中的温差。4.4.3塑料管材与各种金属管材及砼管等非金属管材连接时，其接口处是最薄弱也是最关键的部位，因此连接试应根据管道的受力状态、管道沿线工程地质条件等因素合理确定，不宜采取单一的对接方式。如PE管与金属管连接时，可采用钢塑过渡接头；UPVC管可采用柔性的活接头；套筒连接方式也可根据实际情况加以应用，等等。从发展的趋势来看，部分管材原有的粘结连接方式，以后会逐步过渡到柔性接口方式。5、结语塑料管材在同等口径条件下，其水力学性能远远优于其他金属管材或砼管，输水能力有很大提高，降低了输水能耗，在提高管网的技术状态和保障安全优质供水方面具备较大优势，因此塑料管材在城市配水管网改造工程中得到了广泛应用，市场前景广阔。但塑料作为分子材料，其本身的特性应引起重视，尤其是