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1、新型管材及其在给水工程中的应用武汉大学薛英文1、镀锌钢管的淘汰及新型给水管材的出现镀锌钢管应用在建筑物内供水管道上已有近百年的历史，我国长期使用镀锌钢管的原因主要有：1）镀锌钢管质地坚硬，刚度大，适用于易撞击的环境，例如常用的室内明装管道；2）镀锌钢管及配件市场供应完善；3）施工经验成熟，易于配套成龙，水管敷设过程完成快速；4）总体价格便宜。镀锌钢管作为一种给水主材广泛地应用于工农业及建筑内部各供水管道及消防管道。但由于镀锌钢管管材自身的缺陷，在使用中易产生锈蚀、结垢和滋生细菌等，上述现象的直接恶果是对自来水的基本三要素保证不了（流量、压力、水质均保证不了），从而对水质造成严重的二次污染，表现
2、为水样大肠肝菌及细菌总数严重超标，出现黄水、黑水、红水等现象，水质恶化；另一方面因锈蚀渗漏破坏了用户的居住及工作环境，干扰正常生活，影响人们的生活质量，并导致水资源的巨大浪费。世界上不少发达国家早在十多年前已规定，建筑中不准使用镀锌钢管，香港水务局在1995年起已明确规定，新建筑中不得使用镀锌钢管，旧建筑物内原的管道亦必须限期改造；上海也已规定，凡1998年5月1日起设计的施工图和1998年10月1日起开工的住宅、多层住宅和多层公共建筑，其室内的给水管道，禁止设计、使用镀锌钢管，推广使用塑料给水管。随着人们居住环境和生活品质的提高，对水的使用提出了更高的要求，迫切要求一种新型的绿色环保替代产品
3、出现。同时，由于镀锌钢管要消耗大量的钢材，浪费大量能量，不利于国家以塑代钢的环保政策。为此，进入90年代，建设部大力推广塑料及复合材料管材，传统的镀锌钢管将逐步退出历史舞台。建筑塑料给水管材蓬勃发展随着我国有机化学工业发展以及中央和地方对化学建材的推广应用的重视，各种建筑塑料给水管材纷纷在建筑市场登台亮相，其中塑料给水管材主要有低塑性硬聚氯乙烯管（UPVC）、氯化聚氯乙烯管（CPVC）、高密度聚乙烯管（HDPE）、交联聚乙烯管（PEX）、聚丙烯管（PP-R）、聚丁烯管（PB）、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯管（ABS）等，复合管材有铝塑复合管、涂塑钢管、钢塑复合管、塑复铜管、孔网钢带塑料复合管等，金属
4、管材有铜管、不锈钢管等，在铝矾土资源丰富的省，开发研制成功铝合金供水管，也是一种新型管材。所有这些新型给水管材的出现，为我们采用适合的给水管材提供了更多的选择，使我们可以根据建筑物的功能、性质、规格、档次进行适当的选用。2、建筑塑料管材的分类1）、硬聚氯乙烯UPVC管硬聚氯乙烯管是PVC树脂在一定温度下添加铅、锡、镭、汞等金属化合物作为稳定剂熔融而成，管道初次使用有重金属析出。荷兰海牙水厂对A、B、C、D几个厂家生产的UPVC管进行了一小时的铅渗析实验，实验条件为：管长4m,流速为0.67m/h，从实验结果可以看出，铅析出量随着时间的延长，浓度会减小，但水温和pH值对铅渗析量有很大影响，pH值
5、为中性时，渗析量最小；pH值减小或增加都将加大管材的铅渗析量；水温越高,管网中水停留时间越长,铅的渗析量越大。建筑用UPVC管，管材外径由20至315,工作压力为1.02.5MPa。连接方式小口径为承插式粘接，大口径为承插胶圈连结。供水温度不高于40C。由于UPVC开发早，采用原料全部国产，造价低，国内市场较大。2）、高密度聚乙烯HDPE管高密度聚乙烯管是由80级以上聚乙烯挤出而成，管材寿命长、无毒、韧性好，有较好的疲劳强度和抗冲击性能，脆化温度可达-70C。管材规格为20至65,连结方式为热熔焊接。室外大口径管采用热熔对接，长距离管线无接口，施工安装极为方便。高密度聚乙烯管适用于输送温度不高
6、于60C的介质，主要用于市政供水系统、建筑给水系统、纯净水、化工、医药、造纸、农业改水工程用管及电线电缆导管。3）、交联聚乙烯PEX管交联聚乙烯管是由聚乙烯、硅烷、过氧化物、抗氧化剂混合反应而成的一种聚合物,通过化学反应,聚合物大分子链间原有的范德华力被化学共价键所取代,原来低强度、线性的聚乙烯转化为高强度、网状的交联聚乙烯。交联聚乙烯管具有卫生无毒,耐高温、高压,重量轻等优点,使用温度在-70C110C。管径为14至63。管道连结采用夹紧式铜接头或PP卡套配件连结。工程造价相对较高，约为UPVC的1.5倍，由于PEX管弯曲半径为68倍管外径，且耐热性能好，经常作为地板辐射采暖管的首选管材。4
7、）、三型聚丙烯PP-R管聚丙烯属聚烯烃类,分子由碳、氢元素组成,具有良好的耐热性及较高的强度,但其熔融粘度低,低温时易脆化，经多次改进，先后开发出均聚聚丙烯PP-H、嵌段共聚聚丙烯PP-B、最后采用气相共聚法使聚乙烯（PE）和聚丙烯（PP）的分子链均匀地聚合，形成无规共聚聚丙烯PP-R（三型聚丙烯），克服了聚丙烯熔融粘度低、易脆化的缺点。PP-R管的设计方法与传统镀锌管材相同，为串联系统，管径有20110。三型聚丙烯（PP-R）除具有普通塑料管特点外，还具有如下优点：（1）无毒、卫生。从原料生产,制品加工到使用均不会对人体及环境造成污染,该管材可用于冷、热水系统、采暖系统、空调冷凝管系统及纯净
8、水系统。（2）耐热保温性能好。PP-R管最高使用温度95C，瞬间温度可达110C，长期使用温度为70C，可作热水供应系统管材，其导热系数为0.21W/mC，仅为钢管的二百分之一,具有较好的保温性能。（3）管道连结安装简便、可靠。由于PP-R管材、管件采用同一原料加工而成,一体化热熔连结管材、管件,经过热熔,连结部位配件和管材融为一个整体,强度大于管材本身强度,永久消除漏水隐患。热熔连结采用专用工具,几秒种完成一个接头,操作方便、安全可靠。（4）原料可回收。生产及施工中废品可回收利用,直接利用于再生产管材、管件。5）、聚丁烯PB管聚丁烯管是1-丁烯单体通过等规立构聚合反应而生成,管材性能与交联聚
9、乙烯管相似,但相对强度更高，有更高的耐蠕变性和高温下的性能保持性，导热系数为0.24W/mK，保温性能好，在长期连续工作压力下，输送水温可达95C。例如美国塑料管件研究所评价为在常温下PB管设计水压为6.9MPa,因而世界较发达国家广泛使用PB管材。但由于世界范围内聚丁烯树脂生产厂家少，供应紧张，PB管价格昂贵。国内管材规格常见为2063，压力等级为1.03.2MPa，建议热水管系统采用不小于2.0MPa压力等级管材。连结方式同PP-R管，为热熔连结。6）、聚氯乙烯芯层发泡PSP管PSP管是三层共挤成型的硬聚氯乙烯层发泡管，主要应用于室内外排水管、排污管。PSP管不仅具有传统PVC管的优点,还
10、具有高抗冲击、隔音、阻燃、绝热、热稳定性好等其它PVC管无法比拟的特性,是目前世界上发达国家广泛使用并取代铸铁管、PVC管的理想材料。主要规格有50160,采用粘接连接。7）、复合管材复合管材是以金属管材为基础,内、外焊接聚乙烯、交联聚乙烯等非金属材料成型,具有金属管材和非金属管材的优点。目前市场较普遍的有铝塑复合管、铜塑复合管、钢塑复合管、涂塑复合管、钢骨架PE管等。F面仅对常见的几种加以说明。 铝塑复合管。铝塑复合管是中间为一层焊接铝合金，内外各一层聚乙烯，经胶合层粘结而成的五层管子，具有聚乙烯塑料管耐腐蚀性好和金属管耐压高的优点，铝塑复合管按聚乙烯材料不同分为两种：适用于热水的交联聚乙烯
11、铝塑复合管和适用于冷水的高密度聚乙烯铝塑复合管。铝塑复合管规格为1432,采用夹紧式铜配件连结，主要用于建筑内配水支管和热水器管，价格较贵。钢塑复合管。钢塑复合管是由镀锌管内壁置一定厚度的UPVC塑料而成，因而同时具有钢管和塑料管材的优越性。管材规格为15150。以铜配件丝扣连结，使用水温为50C以下，多用作建筑给水冷水管，价格较贵。钢骨架PE管。钢骨架PE管是以优质低碳钢丝为增强相，高密度聚乙烯为基体，通过对钢丝点焊成网与塑料挤出填注同步进行，在生产线上连续拉膜成型的新型双面防腐压力管道。管径为50500,法兰连结，主要用于市政、化工和油田管网，价格较贵。涂塑钢管。涂塑钢管是在钢管内壁融溶一
12、层厚度为0.51.0mm的聚乙烯（PE）树脂、乙烯丙烯酸共聚物（EAA）、环氧（EP）粉末、无毒聚丙烯（PP）或无毒聚氯乙烯（PVC）等有机物而构成的钢塑复合型管材，它不但具有钢管的高强度、易连接、耐水流冲击等优点，还克服了钢管遇水易腐蚀、污染、结垢及塑料管强度不高、消防性能差等缺点，设计寿命可达50年。主要缺点是安装时不得进行弯曲，热加工和电焊切割等作业时，切割面应用生产厂家配有的无毒常温固化胶涂刷。主要规格有15100。8）、铜管铜管具有高强度，高可塑性等优点，同时不含有害物质，纯净、天然，抗锈蚀能力强，不污染环境，热胀冷缩系数小，抗高温环境，防火，在北方更能抗严寒气候，适合输送热水，抗老
13、化，防腐蚀，不会被有机物软化，不会被有害气体或液体渗透。纯净的紫铜管能杀灭水中的军团症等细菌，使用寿命长，管材及其配件在国内市场上均可买到。缺点是软水可引起铜管内部锈蚀出现“铜绿水”，价格较贵，废料值偏高，易被盗窃。主要规格有15160。3、管材性能比较由于各种建筑给水管道的材质不一样，它们的性能也各异，新型建筑给水管材大多采用热塑性塑料材料制成，故在考察和选用新型管材的时候，应注意从以下几个方面进行比较：耐温耐压能力；线形膨胀系数、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；卫生指标；耐腐蚀性；施工难易度。表1各种塑料管材的优缺点比较表
14、管材优点缺点UPVC抗腐蚀力强，易于粘合，价廉，质地坚硬。有UPVC单体和添加剂渗出，不适用于热水输送，接头粘合技术要求高，固化时间较长。HDPE韧性好，较好的疲劳强度，耐温度性能较好，质轻，可挠性和抗冲性能好。熔接需要电力，机械连接，连接件大。PEX耐温性能好，抗蠕变性能好。只能用金属件连接，不能回收重复利用。PB耐温性能好，良好的抗拉、抗压强度，耐冲击，低蠕变，高柔韧性。国内还没有PB树脂原料，依赖进口，价高。PP-R耐温性好。在同等压力和介质温度的条件下，管壁最厚。CPVC耐温性最好，抗老化性能好。价高，仅适用于热水系统。PEX-AI-PEX易弯曲成形，完全消除氧渗透，线膨胀系数小。管壁厚薄不均匀。ABS:强度大，耐冲击。耐紫外线差，粘接固化时间较长。表2各种塑料管材的耐温性能比较表管材长期使用温度（C）短期使用温度（C）软化温度（C）UPVC40HDPE6080121PB9095124ABS608094PP-R、PP-C6090140PEX9095133CPVC9095125PEX-AI-PEX6090133PE-AI-PE90,3.36PNPEX1.0/95C,1.6/常温1.22.53.55.6ABS1.03.8/h48PB1.62.5/冷水，1.0/热水PP-R,PP-C2.0/常温，0.6/75C20C,11h,16MPa80C,48h,4.8MPa80C,1
