ISO 21138-32020 塑料管道系统用于非压力地下排水和下水道 - 未塑化聚（氯乙烯）（Pvc-U） 聚丙烯（Pp）和聚乙烯（Pe）的结构化壁管道系统 - 第3部分不平滑的管道和配件外表面 B型标准立项发展报告

塑料管道系统用于非压力地下排水和下水道-未塑化聚（氯乙烯）（PVC-U）、聚丙烯（PP）和聚乙烯（PE）的结构化壁管道系统-第3部分：不平滑的管道和配件外表面B型标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:Plasticspipingsystemsfornon-pressureundergrounddrainageandsewerage—Structured-wallpipingsystemsofunplasticizedpoly(vinylchloride)(PVC-U),polypropylene(PP)andpolyethylene(PE)—Part3:Pipesandfittingswithnon-smoothexternalsurface,TypeB摘要本报告旨在系统阐述国际标准ISO21138-3:2020《塑料管道系统用于非压力地下排水和下水道-未塑化聚（氯乙烯）（PVC-U）、聚丙烯（PP）和聚乙烯（PE）的结构化壁管道系统-第3部分：不平滑的管道和配件外表面B型》的立项背景、技术内容及行业发展意义。随着城市化进程的加速与环境保护要求的提升，非压力地下排水与下水道系统对管道材料的耐腐蚀性、结构强度、施工便捷性及长期服役寿命提出了更高标准。结构化壁管道系统，特别是外表面不平滑的B型管道，因其在提高土-管相互作用、增强环刚度及优化材料分布方面的显著优势，成为国际工程实践的优选。本报告首先追溯了该标准的立项起源，分析了国际标准化组织（ISO）在塑料管道领域的标准体系构建。核心部分详细解读了标准的技术要求，包括对未塑化聚氯乙烯、聚丙烯和聚乙烯等热塑性材料的关键性能指标，以及对管道与配件外表面不平滑结构、尺寸、连接方式及测试方法的规范。报告还深入介绍了主导修订工作的核心机构——德国标准化学会（DIN）及其下属欧洲标准化委员会（CEN/TC155）的卓越贡献。结论部分总结了该标准的国际适用性与技术先进性，并展望了未来在智能管网、绿色材料应用及全球技术协同方面的发展趋势。关键词：ISO21138-3；结构化壁管道；非压力排水；PVC-U；PP；PE；外表面不平滑；标准化Keywords:ISO21138-3;Structured-wallpipes;Non-pressuredrainage;PVC-U;PP;PE;Non-smoothexternalsurface;Standardization1.引言：标准立项背景与研究意义全球范围内的基础设施建设，特别是城市排水与雨水管理工程，正面临前所未有的挑战。传统的混凝土或金属管道系统因重量大、易腐蚀、接头密封性差以及施工效率低下等问题，逐渐被高性能塑料管道系统所取代。塑料管道系统，凭借其卓越的耐化学腐蚀性、轻质高强、水流阻力小以及连接密封可靠的特点，已成为现代非压力地下排水和下水道工程的主导选择。在众多塑料管道产品中，结构化壁管道因其独特的几何结构而脱颖而出。通过在管壁中设计筋肋、波纹或中空层，结构化壁管道能够在减少材料用量的同时，显著提高环刚度，从而增强管道抵抗外部土压和交通荷载的能力。本标准所关注的“B型”管道，其显著特征是外表面为非平滑结构。这种设计旨在最大化管道与周围回填材料的机械互锁作用，有效防止管道在软土地基或不均匀沉降条件下的纵向位移和浮动，同时通过优化管壁截面提高径向承载力。因此，ISO21138-3:2020的立项与发布，对于统一全球范围内此类先进产品的技术要求、测试方法与质量评定，具有里程碑式的意义。该标准的立项背景源于塑料管道工业的全球化发展需求。随着跨国工程项目的增多，各国对管道产品的互换性、兼容性和性能可靠性提出统一要求。旧版标准（如ISO21138-3:2007等）已无法完全涵盖新材料、新工艺及更严格的环保法规。例如，对再生塑料的使用要求、对更高环刚度等级的界定、以及更严苛的长期静水压强度测试方法，亟需在标准中予以明确。因此，国际标准化组织/塑料管、阀门和配件技术委员会（ISO/TC138）启动了对该标准的修订工作，旨在整合最新科技成果，消除国际贸易技术壁垒，推动行业技术进步。2.标准技术内容深度解析ISO21138-3:2020作为结构化壁管道系统标准体系的一部分，其技术内容严谨、全面，涵盖了从原材料选择到最终产品性能验证的全过程。2.1适用范围与材料要求标准明确规定，本文件适用于非压力地下排水和下水道系统，利用重力流或低压力状态输送生活污水、工业废水及雨水。其核心对象是“B型”管道与配件，即外表面具有不平滑结构的制品。对于材料，标准指定了三种主要热塑性塑料：未塑化聚氯乙烯、聚丙烯和聚乙烯。每种材料均需符合其对应的材料标准（如ISO1452系列、ISO8772、ISO24036等），并对材料的物理力学性能、热稳定性、耐化学性及抗紫外线老化能力提出了明确要求。特别是针对材料的长期性能，标准引入了基于ISO9080的蠕变破裂模型分析方法，确保材料在50年设计寿命内保持结构完整性。2.2管壁结构与几何特性“B型”管道的技术核心在于其外表面设计。标准详细描述了外表面不平滑结构的类型，包括但不限于：封闭式波纹、螺旋波纹、加强筋、网状结构或带有凸起的表面。这些结构不仅是为了增加外观摩擦力或抗压性，其关键作用体现在三个方面：1.增强土-管相互作用：不平滑外表面显著提高了管道与回填材料（如砂、碎石）之间的咬合力，使管道与周围土壤形成一个复合结构，共同承担外部荷载。这在大直径、深埋管道中尤为关键。2.优化应力分布与环刚度：通过螺旋缠绕或长筋肋结构，管壁的截面模量得到有效提升，使得同等壁厚下环刚度远高于平滑壁管道。3.材料节约与轻量化：标准化设计允许在保持高环刚度的同时，减少原材料消耗。例如，通过计算确定筋肋的高度、间距和形状，实现结构效率最大化。标准对管道的内径、外径、壁厚（包括结构层和衬层厚）、长度及承插口尺寸进行了严格公差规定，确保与配套附件的兼容性。2.3性能测试与验证方法为确保产品长期可靠，标准规定了一系列严格的测试程序。主要测试项目包括：*环刚度：按照ISO9969标准，在规定变形速率下测量管道抵抗径向变形的能力。标准根据应用需求，对SN2、SN4、SN6.3、SN8、SN10等多个环刚度等级进行了划分。*冲击性能：采用落锤冲击试验（ISO3127）验证管道在低温（如0℃或-5℃）下的抗冲击韧性，评估其抵御施工和运营过程中意外撞击的能力。*长期静水压强度：通过进行长达10000小时的内部水压试验（ISO1167），并利用外推法预测50年使用寿命下的安全系数。*密封性能：针对管道和接头的密封性，进行按照ISO13263或ISO13261标准的水压密封试验和负压试验，确保系统在最大工作压力和地下水压下的零泄漏。*抗沉降与纵向位移试验：专门测试评价B型管道的特殊性能，模拟不均匀沉降工况下管道与土体间的相互作用。2.4安装与应用指导标准不仅明确了产品指标，还提供了安装指南，强调回填材料的颗粒级配、压实度以及管道基础的平整度。指出正确的安装是发挥B型管道性能优势的关键前提。3.主导修订机构介绍：德国标准化学会与国际标准化组织的协作ISO21138-3:2020的制定与修订工作，是在国际标准化组织的框架下，由塑料管、阀门和配件技术委员会（ISO/TC138）负责。其中，德国标准化学会（DIN）及其下属的欧洲标准化委员会/塑料管道系统技术委员会（CEN/TC155）在该标准的起草、论证与最终成型过程中扮演了至关重要的领导角色。德国标准化学会（DIN）作为德国国家标准化主管机构，是国际标准化活动的核心参与者和领导者之一。其在塑料管道领域的深厚积累，源于德国长达数十年的塑料管道研发与工程实践。德国在20世纪70年代就率先大规模采用波纹管等结构化壁塑料管道用于地下排水，积累了丰富的基础数据、失效案例与改进经验。DIN下属的“塑料管道系统”标准化委员会（NA119-05-02AA）汇聚了来自研究机构、知名企业（如道达尔能源石化、巴斯夫及德国本土管道制造商）、设计院和施工单位的顶尖专家。在本标准修订过程中，DIN的工作主要体现在以下几个方面：1.主导技术路线与框架修订：基于德国在工程塑料力学性能建模方面的优势，推动了管壁结构分类方法的科学化与参数化；强调了对不同塑料（特别是聚丙烯）长期蠕变特性的精细化测试要求。2.突破关键试验方法：DIN协调德国的科研机构，针对“不平滑外表面B型”管道特有的土-管界面力学行为，发展了无侧限抗剪强度模拟试验方法，并成功将其纳入标准附录。3.协调全球利益冲突：作为ISO/TC138的积极成员，DIN在国际会议上提出并解决了关于不同国家（如美国、中国、日本）对环刚度等级定义、连接方式以及再生塑料使用比例的分歧。例如，推动达成了共识：对于再生塑料，其性能必须与原生料一致，且成品性能应通过同等水平的测试验证。4.文本语言的精准性：确保标准英文文本能准确反映德文技术报告的严谨含义，消除歧义。通过DIN的出色组织与专业输出，ISO21138-3:2020不仅整合了欧洲既有标准（如EN13476-2）的成熟经验，还吸纳了北美和环太平洋地区的创新技术，成为真正意义上具有全球技术适用性的高标准文件。4.标准的行业影响与应用价值ISO21138-3:2020的发布，对塑料管道行业带来了深远的影响。*推动技术进步与产品创新：标准要求促进了生产企业加大对双壁波纹管、螺旋缠绕管等高性能产品的研发投入，并催生了如结构壁-壁层组合式缠绕管等新型产品。*降低工程成本：通过明确的性能等级要求，设计人员能够精准选用管道，避免了因性能过剩或不足而造成的浪费。标准化生产也使得大型工程的整体造价更低。*提升工程质量与安全性：严苛的测试标准确保了管道能抵御复杂地质条件下的荷载，有效预防了管道变形、坍塌、接口泄漏导致的道路塌陷和环境污染事故。*促进国际贸易：统一的国际标准消除了区域间技术壁垒，使得企业能够参照ISO标准，将产品便捷地出口至亚洲、欧洲、非洲及美洲市场。5.结论与展望综上所述，ISO21138-3:2020《塑料管道系统用于非压力地下排水和下水道-未塑化聚（氯乙烯）（PVC-U）、聚丙烯（PP）和聚乙烯（PE）的结构化壁管道系统-第3部分：不平滑的管道和配件外表面B型》是一份具有高度技术前瞻性、实践指导性和国际协调性的国际化标准。它不仅系统规范了外表面不平滑B型管道与配件的材料、结构、性能测试及安装要求，更深刻反映了现代地下基础设施建设对耐久性、环保性和经济性的综合诉求。展望未来，随着全球气候变化的加剧，极端降雨事件频发，城市内涝防治对排水系统的瞬时抢排能力和长期耐用性提出更高要求。未来的标准发展可能朝着以下方向演进：一是结合物联网与智能传感技术，将管道状态监测、数据采集与性能预警纳入标