关于新型排水管材应用的研究探讨

　　 一、概况
　　根据建设部《关于发布化学建材技术与产品的公告》精神，应用于排水的新型管材主要是塑料管材，其主要品种包括：聚氯乙烯管（PVC－U）、聚氯乙烯芯层发泡管（PVC－U）、聚氯乙烯双壁波纹管（PVC－U）、玻璃钢夹砂管（RPMP）、塑料螺旋缠绕管（HDPE 、PVC－U）、聚氯乙烯径向加筋管（PVC－U）等。HDPE管由于其特殊的结构与性能，较小的投资，在排水管领域内备受青睐。因此对新型排水管材的研究以HDPE管为主。
　　研究的主要内容包括：新型排水管材的内容及分类；物理力学指标；工程应用研究；施工安装、使用与维护管理等。期间进行了资料收集、工艺应用计算及研究、学习参观考察、产品理化性能测试、施工安装、使用与维护管理等研究工作，而且经过努力，顺利地将HDPE管、PVC－U等新型排水管材进行了工程的推广应用，取得了较好的效果，为在q市推广使用新型排水管材开了个好头，赢得了良好的社会效益和环境效益。
　　 二、项目的目的、意义及内容
　　 1. 项目的目的、意义
　　目前，国内排水管材大多数采用钢筋混凝土管，钢筋混凝土管作为排水管使用存在着许多弊端：
　　（1）理化性能不稳定，使用寿命短；
　　（2）综合经济指标高；
　　（3）其生产不符合节能环保政策。
　　因此，淘汰混凝土管，推广使用塑料管材作为其更新换代产品更加具有重要的意义。高密度聚乙烯中空壁缠绕管（简称HDPE）作为塑料管材中的佼佼者由于其特殊的结构与性能，较小的设备投资，在排水管领域内越来越受到青睐。
　　目前随着全国各地城市基础建设投资力度的不断加大，新型管道生产企业的不断涌现以及生产能力的不断扩大，必然会在全国掀起“管道革命”的热潮。建设部即将出台政策法规，在全国范围内禁止使用水泥管作为排水、排污管道。因此市场对复合管材的需求将急剧增大。
　　q市的经济发展水平一直居于省的龙头地位。城市基础建设投资的力度呈加速态势。这为q市的城市建设水平以及新型建材的开发、推广、使用水平提出了更高的要求。因此，开发新型排水管材并尽快地进行推广使用，提高技术及经济性指标，满足可持续发展方针的需要，早日为q乃至全国的城市建设发挥其应有的作用，具有非常重要的意义。
　　 2. 研究内容
　　（1）新型排水管材的内容及分类
　　（2）物理力学指标
　　（3）工程应用研究
　　（4）施工安装、使用与维护管理
　　 三、国内外发展现状
　　上海市早在1998年以沪建材98第0511号文规定：淘汰水泥管（混凝土管），推广使用塑料管。北京市为迎接2008年奥运会，正准备淘汰水泥排水管，并计划在“十五”期间总投资2800亿元用于市政建设，其中800亿用于市政排水管网建设及污水处理。西方发达国家早在上个世纪八十年代已开发出了替代产品－塑料管材，并极力推广使用。HDPE由于其特殊的中空壁结构，使得管材比重减轻，环刚度增强，而且设备投资也较小，因此在排水管领域内越来越受到青睐。特别是在德国、韩国和日本，大口径排水管中，HDPE缠绕管的使用率分别为60％，75％和90％。韩国政府今年又拨款一兆四千亿韩元，用于HDPE中空壁缠绕管替换水泥管的工程。因此，本课题以HDPE中空壁缠绕管作为研究重点。
　　 四、主要内容
　　 （ 1 ）排水管材的分类
　　市政工程用排水管按其管材特性可分为刚性管和柔性管（塑料管）两大类。
　　刚性管包括铸铁管、混凝土管、陶制管等，均为传统材料制作的管道，优点是刚性好，环刚度较高，但防腐性能差，用作排污管道需做特殊防腐处理，使用寿命一般为10~20年不等。最大的缺点是易破碎（铸铁管除外），渗漏严重，易造成二次污染。
　　塑料排水管按其管壁结构可分为实壁塑料管和结构塑料管两大类。实壁管有硬聚氯乙烯管、玻璃钢夹砂管和PE管，结构壁管分为单/双壁波纹管、加筋管和缠绕管三大类。
　　 （ 2 ）物理力学指标
　　 管材特性：
　　（1）结构独特，强度高，抗压耐冲击
　　（2）内壁平滑，摩阻低，过流量大
　　（3）耐腐蚀，无毒无污染，环保性突出
　　（4）连接方便，接头密封好，无渗漏
　　（5）重量轻，施工快捷，降低费用
　　（6）埋地使用寿命达五十年以上
　　 管材物理性：（见下表）

序号	项 目	单 位	性能指标
1	密度	G／cm3	0.94—0.96
2	热膨胀系数	Cm/cm℃	11×10-5
3	抗拉强度（230）	Mpa	21—24
4	弹性模量	Mpa	552—758
5	软化温度	℃	126
6	脆化温度	℃	-70

　　 （ 3 ）工程应用研究
　　 用途：
　　HDPE中空壁缠绕管的主要用途可包括：
　　（1）水利工程、自来水工程输水
　　（2）市政工程雨水、污水排放
　　（3）工业废水排放、小区排水
　　（4）盐业输卤、渔业输水
　　（5）矿井、建筑物内通风系统
　　（6）电线、电缆护套
　　我们研究的重点主要是用于市政工程的雨污水排水管。
　　 工程推广与应用
　　研究伊始，我们便致力于开展HDPE中空壁缠绕管的工程推广与应用的工作，作了大量的调查研究和推广论证工作。一年多来，经过主管部门、业主、设计院和生产厂家的共同努力，我们顺利地将HDPE管、PVC－U等新型排水管材进行了工程的推广应用，在h湾改造工程、砂土路改造工程的k路、a路、t路、g路采用了HDPE管；在砂土路改造工程中的y路、h采用了PVC－U管，都取得了较好的效果，为在q市推广使用新型排水管材开了个好头，赢得了良好的社会效益和环境效益。
　　 （ 4 ）施工安装、使用与维护管理
　　由于HDPE管材本身的特性，以及推广初始阶段不为大多数人所了解，HDPE排水管在施工安装、使用与维护管理的许多方面都与传统管材有较大出入，带来了许多新的问题，同时也给人们对HDPE管材的接受和使用带来了心理疑虑和障碍，主要包括：
　　1.管道之间的连接，即接口形式；
　　2.管道与检查井的连接；
　　3.沟槽开挖与基础处理；
　　4.回填与管道抗浮；
　　5.管材环刚度的确定与选用；
　　6.相关标准与技术规程的不尽完善，等等。
　　根据我们对HDPE管的研究以及在推广使用过程中的总结，针对以上各方面内容，特提出以下几点：
　　1. 管道之间的接口形式建议使用密封胶圈柔性接口，不推荐使用热缩套连接。
　　2.由于材料的收缩率不同，HDPE管道与砖混检查井的连接处易导致渗漏，建议采用防水翼环，防水翼环可与不同管径的HDPE短管连接好后，直接用水泥砂浆浇注成砌块，在砌检查井时可根据流水底高，直接砌入，省时省力。从远期考虑，应注重塑料预制检查井的应用研究与推广。
　　3.在地下水位较高、流沙等不良地基处施工，应开挖一段、施工一段并迅速回填，注意防止管道的上浮、偏移与下窝，一旦发生，必须返工。
　　4.目前管道的规格一般仅有4KN/M2、8KN/M2两种，规格系列不够丰富，应进一步细分，以节省成本，提高管材的价格竞争力。
　　5. 应尽快出台相关的国家标准与技术规程，以利推广。
　　 五、原材料及环境保护
　　高密度聚乙烯中空壁缠绕管的主要原料是PE（聚乙烯），原料可以全部国产化。
　　本项目在生产中无废水、废气、烟尘排放，无振动，车间内噪音在80dB以下，厂房外噪音60dB以下，不对环境造成污染。
　　 六、市场预测
　　城市排水设施是现代化城市不可缺少的重要基础设施，是城市正常运转的必要条件，城市排水设计水平的高低是一个城市现代文明的重要标志。
　　与发达国家甚至国内先进城市相比，q市的城市排水设施水平较为落后，主要体现在管材的使用上。虽然q市的排水体制是雨污分流制，但在管材的使用尤其是新型管材的使用上，却非常保守。近年来虽然q市排水基础建设项目较多，但所应用的管材却仍多为陶瓷管、混凝土管，鲜见新型管材的工程应用。这与q市飞速发展的经济状况是极不相称的。因此，应借鉴国内外先进城市的做法，逐步淘汰水泥管（混凝土管），大力推广使用新型管材。
　　根据《国家化学建材产业“十五”计划和2015年发展规划纲要》：塑料管的推广应用主要以UPVC和PE塑料管为主，并大力发展其它新型塑料管。2005年，在全国新建、改建、扩建工程中，建筑排水管道70%采用塑料管，建筑给水和热水供应管道60%采用塑料管，电线护套管80%采用塑料管，建筑雨水排水管道50%采用塑料管城市供水管道（DN400mm以下）50%采用塑料管，村镇供水管道70%采用塑料管，城市排水管道30%采用塑料管，城市燃气管道（中低压管）20%采用塑料管。
　　根据《q市市政建设“十五”计划及2010年发展规划》：“十五”期间，q市新、翻建市区雨、污水管道的投资为3.1亿元；2006~2010年，将新建、翻建雨、污水管网约100km，投资为6.07亿元。另外随着全国城市排水建设、污水处理及中水回用等投资力度的不断加大，q市本地以及全国市场对新型排水管材的需求将急剧增大，市场前景极为广阔。
　　 七、技术经济比较
　　中空壁缠绕排水管与与水泥排水管相比较：
　　具有寿命长、无渗漏、通流量大、施工方便、工种综合费用节省等优势，列表分析如下：
　　1）以Ф600mm管为例，性能比：

	Ф600mm中空壁排水管（S≥8KN／m2）	Ф600mm水泥管
产品性质	柔性管	刚性管
使用寿命	50年以上	20年
产品价格	490元／m	146.9元／m
工程综合造价	2141.29元／m	2353.31元／m
结构	受一定外压会弹性变形，但不会破坏	铺土不平造成管子破损
运输施工	重量轻、连接方便、搬运简便，28.8kg／m	弯曲分歧困难，笨重（260kg／m），施工耗力耗财，费用昂贵
连接方式	收缩模连接，塑料焊接加工连接	凹凸企口结合用水泥
理化性能	耐冲击、耐腐蚀、不漏水，耐寒性高，耐磨性强、寿命长	重量重，耐冲击低，受压易破损、漏水，耐化学性能差
破损率	柔性管，无破损	15％
发展趋势	建设部大力推广使用，市场呈上升趋势	落后淘汰，面临禁止使用

　　（注：工程综合造价一栏数据由上海市政提供）
　　 八．结论与建议
　　1.与传统管材相比，新型塑料管材无论从技术性能指标、施工安装工艺还是综合经济比较，都是传统管材所不能比拟的。
　　2. 在各种新型管材层出的今天，应尽快地出台相应的规章条文，对新型管材进行推广使用，并限制使用传统管材。
　　3. 尽快地制订各种新型管材的行业规范及施工安装规范，以提高其技术及经济性指标，满足q市可持续发展方针的需要。