常用给水管材比选及聚乙烯管材施工问题分析

常用给水管材比选及聚乙烯管材施工问题分析建材发展导向2010年01月水利水电常用给水管材比选及聚乙烯管材施工问题分析粱滨摘要本文对常用建筑给水管材的选用进行探讨,重点分析了新型给水管材的比选,并结合工程实践对聚乙烯管材施工中常见问题进行分析并提出解决方案关键词建筑给水管材选用施工1前言随着新型塑料管材的推广应用,给水管材的选择性越来越广目前常用的给水管材有传统的镀锌钢管,球墨铸铁管塑料给水管材包括硬聚氯乙烯管UPVC,聚乙烯类管PE,PEX,聚丁烯管PB,改性聚丙烯管PPRPPC及金属一塑料复合管包括铝塑复合管PAP,涂塑钢管,钢塑复合管,塑复铜管,孔网钢带塑料复合管等与传统给水管材相比,新型塑料给水管及复合管材具有重量轻,便于运输安装,管道内壁光滑阻力系数小,防腐性能好,对水质不构成二次污染,使用寿命长等共性同时,新型给水管材在施工工艺,适用条件,敷设方式等方面与传统管材相比又存在很大差别,选材及施工不当往往容易产生质量问题本文结合工程实践,就常用给水管材的选用进行探讨,同时以聚乙烯管材为例,对施工中常见问题的成因及解决问题方法提出一点建议,供同行参考2常用给水管材比选目前在建筑给水中常用的给水管材主要有镀锌钢管,球墨铸铁管,PPR管,UPVC管,聚乙烯类管及复合给水管等,其中UPVC管材由于其在卫生指标方面的缺陷性,在生活给水管领域使用率呈下降趋势镀锌钢管,球墨铸铁管等传统管材存在使用寿命短,水头损失大,容易结水垢影响水质,质量重不便安装等缺点,但由于其施工工艺成熟,施工人员操作相对规范,加上人们的使用习惯等因素,在许多工程中还是占有很大比重,例如厦门水务集团承建的市政给水工程中基本都采用球墨铸铁管材与传统管材相比,新型塑料给水管材及复合管材的优点是十分明显的,但由于施工人员对新型管材施工工艺掌握不到位,且这些新型管材对施工人员技术水平要求较高,施工人员素质参差不齐,造成使用过程中常常出现渗漏,爆管等现象,增加维修成本,这是新型给水管材推广中使人感觉安全可靠性不高的主要原因之一随着人们对新型给水塑料管材性能的深入了解以及施工人员素质的提高,新型塑料给水管材必将得到更广泛的应用并逐步取代传统管材新型给水管材的选用应注意从以下几个方面进行比较耐温耐压能力线性膨胀系数,膨胀力热传导系数及保温抗水锤能力壁厚,重量,水力条件安装连接方式价格管材尺寸范围寿命原材料来源卫生指标耐腐蚀性施工难易程度1常用给水塑料管的优缺点比较如表1管材优点缺点抗震性鞍差,在使用过程中,会有抗腐蚀能力强,易于粘合,价廉,质地坚UPVC单体和添加剂渗出,不适用UPVC硬,安装方便于热水输送,接头粘合技术要球较高,固化时间较长连接可靠,低温抗冲击性,抗应力开裂苯,汽油,四氯化碳等有机溶剂列性,耐化学腐蚀性好,耐老化,使用寿命聚乙烯有一定得影响有机溶PE如果渗入聚乙烯内,会出现溶胀长,耐磨性好,可挠性好,可采用顶管,定向钻孔等方式施工现象,其物理性能就下降,其耐压性,耐温度变化性能较差耐温性能好,抗蠕变性能好,耐腐蚀,无只能采用金属件连接,不能回收PEX毒重复利用具有较好的抗冲击性能,耐温性能和抗在同等压力,介质和温度条件下,PPR蠕变能力,重量轻,耐腐蚀,无毒,可回管壁最厚,线性膨胀系数大,抗禁收,保温性能好,采用热熔连接外线能力差易弯曲成形,完全消除氧渗透,线胀系PAP管壁厚薄不均匀数小耐温性能好,可在2O一95之间安全使用,使用寿命长,能长期承受高负荷而PB不变形,抗蠕变能力强,高柔韧性,有一原料依靠进口,价高定抗紫外线能力,安装连接方式多样,适用不同环境,能够再生从以上表格中可以看出,由于管材不一,它们的性能特点也各异我们在设计,选材,安装时,应充分了解其性能特点,这样才能保证管道设计的合理性及管道安装质量的可靠性以福建地区为例,目前埋地给水管主要采用球墨铸铁管,镀锌钢管,PE管及孔网钢带塑料复合管其中镀锌钢管由于在防腐工艺及材料质量等方面常常出现施工质量问题,采用已较少,而PE管及孔网钢带塑料复合管以其优越的特性占有率不断提高PE管主要用于管径160MM以内,1OMPA工作压力以内自水管,其经济性优于孔网钢带塑料复合管而对于管径大于200MM的给水管材,多采用孔网钢带塑料复合管,其经济性更优对于高层建筑给水立管及水泵房出水管,从管材的线性伸缩性及施工便捷性考虑,建议采用钢塑复合管目前工程中也仍有采用UPVC管材的,特别在农村等较偏远地区其市场占有率还很高,主要原因是UPVC管价格便宜,安装施工方便UPVC管使用中有UPVC单体和添加剂渗出,故使用中应注意其铅含量要达到生活饮用水规定的005MG标准室内给水支管考虑其经济性及安装便捷性,目前最常用的管材是PPR管,也可采用PEX及PAP管材,UPVC管也还有采用,但基于上述原因在此不予推荐使用直饮水系统采用较多的是PB管,不锈钢管及铜管,其管材价格都较高在新型给水管材中,适用于地板下采暖管道系统的管材有PB管,PEX管和PAP管,可同时用于冷,热水的管材有PPR,PB,PEX,PAP管,只用于冷水管材主要是UPVC,PE,钢塑复合管,孔网钢带塑料复合管以下是本人根据工程实践经验,考153水利水电建材发展导向2010年01月虑各类管材的经济性及安全可靠性,对常用建筑给水管材适用推荐表见表2表2常用给水管材适用推荐表敷设场所推荐管材室外埋地给水管PE管,孔网钢带塑料复合管室外立管及水泵房出水管钢塑复合管入户支管PPR管户内冷水管PPR管户内热水管PPR管直饮水管PB管地板采暖管PEX管,PAP管以上推荐只是在一般情况下适用的管材,对于单体建筑,由于其设计条件不同,使用要求也不一样,选用管材也不能概而论这就要求设计人员对各类给水管材的特性具有深入的了解,同时还要了解市场情况根据不同使用条件选择最合适的管材例如PPR管材在各方面性能都是一种好的管材,但由于PPR管材生产设备简单,价格较贵的PPR原料与普通PP原料在一般情况下不易区分,目前市场上造假现象严重伪劣假冒的PPR管材管件以极低价格充斥市场,其结果是在23年或更短时间就出现爆管,渗漏等大量问题此外,在选用新型给水塑料管时,还应特别注意以下几个问题一1塑料管的线性膨胀系数比金属的线性膨胀系数大得多线膨系数值见表3,其线性变形主要表现在管道轴向方向上的膨胀延长和水平方向上的弯曲,管道伸缩长度可按以下公式121计算LTL0【1ATO65ATSO1ATG2式中I_管道伸缩长度,M卜一计算温差,热水管按管道内水温最大温差变化值计算,冷水管按公式2计算确定线胀系数,RRDM1,取值见表3I管道长度,MTS管道内水的最大变化温度差,T一管道外空气的最大变化温度差,表3各种材质给水管的0【值,单位M/M钢铸铁1铜LUPVCPPRLHDPEPEXPB对于明装或非埋设型暗装塑料给水管,当直线距离较长时一般大于10M,应考虑采用伸缩节或折角自然补偿方式,这是塑料管与金属管的一个最重要的差异在设计及施工安装时应予以充分重视2虽然塑料管的线性膨胀系数是金属管的几至十几倍,但其膨胀力却只有金属管的几十分之一,同时有良好的抗里变性能故给水塑料管道暗埋敷设时,由于受水泥砂浆的摩擦阻力,塑料管线性膨胀会受约束而蠕变为径向变化,其胀缩不会将嵌实并经固化的水泥砂浆崩裂,因此管外径DN32MM的塑料管道适宜嵌墙暗设或暗设在楼板找平层内3塑料给水管材的抗紫外线能力普遍较低,在阳光直射情况下使用寿命大大降低,往往2,3年就出现爆管,渗漏等问题,给用户生产,生活造成极坏影响,有时甚至造成极大经济损失特别是在室外水表箱管道与箱体连接处,常常有部分管道暴露在阳光下,很容易造成爆管现象故塑料给水管应避免阳光直154射,在设计施工及工程验收时应特别注意4室内明装采用浅色透明或半透明塑料管材,当用水量较小,自来水无余氯情况下,管内会生长藻类,管壁发绿,影响水质故即使非阳光直射的明装浅色透明管道也应做遮光处理,或采用深色管道3聚乙烯管材常见问题分析新型给水管材由于常常出现渗漏,爆管等施工质量问题,造成人们对新型管材的使用心存疑虑其实任何管材都存存其优劣性,出现质量问题的原因虽然各不相同,但究其原因都是LF1J没有严格按照规范要求施工造成的对于新型给水管材,由J施工人员对规范要求理解不足,施工中违规操作现象严重,所以更易出现质量问题下面就以埋地聚乙烯给水管施工为例,就经常出现的质量问题进行分析31埋地PE给水管常见质量问题1PE管材选用不合格原料加工,管材质量不能达到设计要求2PE管连接不能达到规范要求,管道连接处出现渗漏等质量问题3管道回填等不按规范要求施工,造成爆管等质量问题32问题成因及解决办法1目前市场上PE管材生产厂家为了价格上恶性竞争,很大一部分厂家在生产过程中采用原料掺假有的采用添加冉生料来生产,或用PE80原料冒充PE100原料,其结果是管材质量根本达不到设计要求,如果不进行专业检查很难检验出问题要确保施工质量,一一定要先从源头上把好材料关国家相关质检部门应加强PE生产厂家的管材质量抽检工作,对不合格厂家坚决禁止其入市监理单位对进场的各类管材应按批次在使用前取样送检,必须由专业检查单位检测确认质量合格后才能使用最重要的是建设单位在选择管材时不能只重视材料价格的比选,应选择国内信誉良好,知名度高的大型管材生产厂商,应及时了解管材原料的价格,对明显低于正常价格的管材拒绝使用2PE管材,管件以及管道附件的连接采用热熔连接热熔对接,热熔承插连接,热熔鞍形连接或电熔连接电熔承插连接,电熔鞍形连接或机械连接锁紧型和非锁紧型承插式连接,法兰连接,钢塑过渡连接公称外径大于或等于63MM的管道不得采用手工热熔承插连接聚乙烯管材,管件不得采用螺纹连接和粘接口J对于埋地PE给水管,最常采用的是热熔对接要掌握好PE管材的热熔对接技术,首先应了解PE管材的热接原理聚乙烯是一种具有非极性的长链分子结构的材料,这些长链分子总是互相贯穿,彼此重叠或缠结在一起,形成无规则的线团结构长链分子间存在着强大吸引力,从而使聚乙烯表现出良好的力学特性聚乙烯材料随温度的变化而表现出许多不同的性能和力学行为,按照其行为表现,一般把它分成三种状态结晶态,高弹态和粘流态嗍随着温度升高,聚乙烯从结晶态坚硬的固体转变成高弹态橡皮状弹性体,再到粘流态粘性流体在结晶态下,聚乙烯分子链和链段被冻结,分子失去活动能力,在外力建材发展导向2010年01月水利水电作用下只能产生瞬时弹性变形,外力消除后能恢复原状随着温度升高,分子支链开始具有活动能力,但整个分子链仍不能运动,聚乙烯进入高弹态在外力作用下能产生较大变形,外力解除后能够缓慢恢复原状,这一阶段形变具有弹塑性特点当聚乙烯的温度逐渐接近粘流态时,大分子链的运动能力增强,分子间距离增大,在外力作用下整个分子位移而出现流动,整个分子链间相互滑动产生变形,称之为塑性形变这一阶段通过分子链滑移和解缠作用能够逐步恢复无规绕团形态,这过程称为松弛作用这种形变是不可逆的,温度降低后去掉外力,长链分子问依然可以保持这种重组状态PE管材热熔焊接正是在这种粘流态下进行的当温度继续升高到粘流态上限温度时,分子运动进一步加剧,引起聚乙烯分子的分解而破坏其性能可见热熔对接的温度是有一定范围的,温度控制不好就会造成焊接失败,严重影响管道连接质量一般推荐的聚乙烯PE80热熔接温度为2L0L0环境温度2O时,可见热焊接的温度范围较窄,在施工中应严格控制热熔对接是在管材连接界面两平面之间进行的,因此,其工艺的首要任务就是要把待连接的管材连接面施加足够的轴向压力,在把界面压平的同时将连接界面加热到粘流态对接时为了得到充足的熔料,避免把管材端部的熔料全部溢出,必须把压力降低到接近于零,使管材端面充分吸热所以在管道连接时需用两面平整,平行且温度一致的加热板,在达到熔接所需温度后,立即移开加热板,再立即给连接面施加一定压力,使其在此压力状态下冷却固化,形成牢固连接整个工艺过程可分为以下步骤材料准备一夹紧管材一切削一对中一加热一切换一熔融对接一冷却一铣削端面在管道对接过程中,常常出现的质量问题是由于施工人员对各个步骤的工艺要求不明确造成的切削的目的是切削掉管段端面的杂质和氧化层,以保证对接端面的平整光洁,这一步骤往往施工人员重视不足,造成管道连接质量的下降PE管材热熔对接的过程实际是一个加热一切换一熔融对接的过程,其中切换的周期越短越好,特别是在冬季及大风天气,切换过程过长会使热熔材料表明形成一层膜,对按时影响长链分子的重组从而影响连接质量熔融对接过程应始终处于熔融压力下进行,且熔融压力从零上升是一个平稳的过程,这也是影响对接质量的关键铣削端面必须在焊接管材完全冷却后进行,这也是施工人员往往忽视的地方连接质量的关键是对接过程中调整好温度,时间,压力三大参数,同时,环境温度,风速等外部条件也对参数变化产生影响任一工序的任一工艺参数的失控都可能导致焊接的失败为保证施工质量,应加强对施工人员的专业培训,同时应采用热熔对接焊机等专业机具进行施工3PE管材虽然具有良好的耐磨及抗冲击性,但与传统金属管材相比具有很大差异故PE管材在管沟回填时如果管底或管顶有石块等坚硬物接触,供水时会出现局部应力集中的现象,从而使管材寿命大大降低,在接触点出现爆管等现象此外,有些施工人员在管沟回填时直接用挖掘机等机械设备进行碾压,造成管道变形,供水后在不长的时间就出现爆管等问题这些质量问题都是施工人员野蛮施工造成的,主要也是施工人员对管材性能了解不足造成的,只有加强对施工人员的培训,同时在施工过程中加强监理,严格按规范进行施工这类问题都是能够避免的4结束语新型塑料给水管材具有金属给水管所没有的许多特性,具有广阔的发展空间同时随着新型管材的不断开发推广,使我们在给水管材的选择上具有了更大的灵活