摘要:热镀锌钢管作为主要供水管材已经淘汰,针对取而代之的是诸多新型给水管材,本文针对新型管材产生原因、优缺点、应用场合、施工特点及造价情况,进行了归纳和总结,以便设计及施工人员参考。
关键词:供水管材;选用;施工
中图分类号:TU991.04文献标识码:A文章编号:1006-4311(2010)11-0090-02
0引言
近年来,由于镀锌钢管存在部分缺陷,在使用中易产生腐蚀、生锈、结垢、泄漏及堵塞等弊病,从而对水质造成严重的二次污染,微观上表现为水样大肠肝菌及细菌总数严重超标,宏观上出现“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,影响人们生活质量,并导致水资源的巨大浪费。一直采用热镀锌钢管作为主要供水管材已经淘汰,针对取而代之的是诸多新型给水管材。本文针对新型管材产生原因、优缺点、应用场合、施工特点及造价情况,进行了归纳和总结。
1新型给水管材种类
在有机化学工业的发展推动和国家政策支持下,使得大批新型给水塑料管材及复合材料管材相继涌现,主要给水管材种类如下:
1.1 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。国外水厂曾对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Φ20至Φ315,工作压力为 1.0~2.5MPa。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40℃。由于UPVC开发早,采用原料全部国产,造价低,国内市场较大。
1.2 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-70℃。管材规格为Φ20至Φ65,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于60℃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。
1.3 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-70℃~110℃。管径为Φ14~Φ63。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6~8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。
1.4 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Φ20~Φ110。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水系统。②耐热保温性能好。PP-R管最高使用温度95℃,瞬间温度可达110℃,长期使用温度为70℃,可作热水供应系统管材,其导热系数为0.21W/m・℃,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。
1.5 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/m・K,保温性能好,在长期连续工作压力下,输送水温可达95℃。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Φ20~Φ63,压力等级为1.0~3.2MPa,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,为热熔连接。
1.6 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,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,还具有高抗冲、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Φ50~Φ160,采用粘接连接。
1.7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。下面仅对常见的几种加以说明。①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Φ14~Φ32,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。②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Φ1~Φ150。以铜配件丝扣连结,使用水温为50℃以下,多用作建筑给水冷水管,价格较贵。③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Φ50~Φ500,法兰连结,主要用于市政、化工和油田管网,价格较贵。④涂塑钢管。涂塑钢管是在钢管内壁融溶一层厚度为0.5~1.0mm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Φ15~Φ100。
1.8 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Φ15~Φ160。
2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:①耐温耐压能力;②线形膨胀系数、膨胀力;③热传导系数及保温;④抗水锤能力;⑤壁厚、重量、水力条件;⑥安装连接方式;⑦价格;⑧管材尺寸范围;⑨寿命;⑩卫生指标;耐腐蚀性;施工难易度。
3各管材的应用范围及应用比较
众多给水管材的出现,给用户和工程设计带来了极大的便利,但由于各种给水管材因其在性能、尺寸范围及安装施工工艺等方面有其相应的特点,有各自的适用范围,同时由于给水系统中管道所处部位不同,而在施工安装中有不同特点。一般将其分为三个方面:
3.1 室内给水系统主干管:属给水系统的主要组成部分,包括系统内的横干管及立管,这部分管道多敷设在吊顶、管道井、管窿内,采用支架固定,无需埋设。管径一般在φ32-φ90mm范围内,要求有高品质的耐久性、外观持久性、无腐蚀、无结垢、无泄漏、低噪声、卫生、寿命长、安装方便的管材。一般对工作压力要求:冷水20℃、1.6MPa以下;热水:70℃、1.6MPa以下,但塑料热水管管材及管件一般应采用最低公称压力为2.0MPa,主要因为塑料管材、件承压能力随温度升高而下降。这部分管材在施工中一次性安装,用量大,是给水管道的主干管,适合这一部分管材的塑料管有:硬聚氯乙烯(UPVC),交联聚乙烯(PEX),聚丙烯(PP-R、PP-C),聚丁烯(PB),丙烯晴-丁二烯一苯乙烯(ABS);复合管材有涂塑钢管、钢塑复合管、孔网钢带塑料复合管。
UPVC管价格便宜,安装施工方便,但使用中有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<0.05mg标准,PB管(聚丁烯)有较好的高温耐久性,性质稳定,同时低温条件抗弯曲性能,抗脆裂性能和抗冲能力较强,重量轻,壁薄,水力条件最好,伸缩性和抗蠕变性好,有一定抗紫外线能力,安装连接方式多样,适用不同环境,同时能够再生,是一种好的管材,但目前国内还没有有PB树脂原料,依靠进口,价格较高。PP-R管耐温性能好,重量轻,强度好,耐腐蚀,无毒,可回收,采用热熔连接,但其管壁较厚。PEX管耐温性能好,抗蠕变好,重要轻,强度好,耐腐蚀,无毒,但施工中没有同材质管件,需与金属管件连接,应有较好的施工质量作保障,主要在无接头的地暖中应用较多,管径都在φ32以下,无较大口径的管。ABS管强度大,低温环境不破裂,耐冲击,不含任何添加剂,色彩不能改变,管件和管材必经同时采用ABS材料,粘接固化时间较长,粘结剂少了对连接不利,多了易污染水质,故工业上应用较多。涂塑钢管相对于钢塑复合管,在卫生条件、安装难易、价格上均具有一定的优越性,但相对于其他管材仍存在管材价格高,管材与管件内部涂塑层无法有效连接。以上各种管材,可同时用于冷、热水的管材有PP-R、PB、PEX、涂塑钢管、铝塑复合管,只用于冷水管材主要是UPVC、ABS、钢塑复合管、孔网钢带塑料复合管。
3.2 卫生间、厨房等配水支管:这部分管材管径在φ20-φ25mm,一般为埋墙或埋地暗装,接点多。这部分管道因卫生设备和用户装修标准的不同,安装程序上往往不由建筑施工方一次安装完成,而是用户自行在二次装修中完成这部分管道的安装。由于管道大多暗敷,对管材、管件、安装连接要求较高,但长期以来受市场管材质量的困扰以及安装施工人员素质良莠不齐等因素影响,这部分管道发生的问题最严重,影响人们的生活质量。适合这一部分管材的塑料管有:高密度聚乙烯(HDPE),交联聚乙烯(PEX),聚丙烯(PP-R、PP-C),聚丁烯(PB)等;复合管材有铝塑复合管、塑复铜管、涂塑钢管等。以上管材在实际应用中,PB、PP-R管材、管件性能最好,但在用于卫生间管道时,因为连接需要专用热熔、电熔工具,故适用于安装公司集中安装,不适用于用户分散购买安装,使用受到一定的限制,如果销售单位能够提供相应的配套服务,可有效地被散户接受。PEX管和铝塑复合管因可弯曲、不反弹,切割方便,安装工具简单,目前在卫生间内使用较多,但安装中需注意两个问题:一方面管材与管件采用夹紧安装方式,受人力因素影响较大,紧固性难以保障,同时对于热塑性管材和金属管件接头热膨胀系数差异大,容易松动,为解决这一问题,部分厂家已有专利管件出现配套使用或采用分水器配管法(保证管道中间无管件),仅在管道两端与分水器和用水器具连接处安装管件;另一方面管材强度比较弱,在施工中要特别注意受压变形而影响道流量和水力条件。涂塑钢管具有钢管的优点,又做到了供水水质好,但价格较高,施工不方便,不太适宜作卫生间支管,主干管应用较多。
3.3 给水引入管,室外给水主输水管这类管管径大,要求强度高、耐压好、密封性好、耐腐蚀、水力条件好、抗水锤能力强,安装简易,重量轻、寿命长。管径范围在DN50-200mm以上。适合这部分要求的管材有:HDPE管、孔网钢带塑料复合管、ABS、UPVC,涂塑复合管、钢塑复合管。这类应用由于强度及耐压要求高,全塑料的管材为达到要求,必以增加壁厚的方式来达到目的,但同时在耗材、内径、水力条件、重要性等方面受到影响。相对来说,复合管在这方面有一定的优势。孔网钢带塑料复合管以冷轧钢带和热塑性塑料为原料,以氩孤对接焊成型的多孔薄壁钢管为增强体,外层和内层双面复合热塑料的一种新型复合压力管材,由于多孔薄壁钢管增强体被包覆在热塑性塑料的连续相中,因此这种复合管具有钢管和塑料管各自的优点,又克服了一般复合管二者结合不紧的不足,具有刚性好,强度大,承压高,重要轻,膨胀量小,导热小,价格低廉的优点,适合于给水引入管、室外给水管和大、中型给水输入管道,同时调整钢带塑料复合管中钢带的厚度和塑料的耐温等级,可造出广泛耐温耐压管材,连接方式采用电热熔。不足之处在于:因超压或外力损伤时,快速修复较难;弯曲度比钢管小,须用25°、30°等多角度的管件作为弥补。涂塑钢管具有塑料和钢的优点,但其材料主要以钢管为主,价格比孔网钢带复合管偏贵,HDPE管、ABS、UPVC管属于纯塑料型管材,价格便宜,但无法克服塑料管强度低的缺点,在室内明装、室外地质条件好无沉降时可以考虑选用。
4结论
综上所述,新型建筑给水管材在选用及施工时应考虑:①管材耐压能力,特别应注意温度的变化会改变管道承压能力这一事实;②塑料管的线性膨胀系数比金属管的线怀膨胀系数大得多,明装管道注意设温度补偿装置;③采用夹紧式安装的管道,应注意金属接头与管道匹配,施工安装应由专业人员进行,保证质量。并注意季节变换、冷热水更替时管材与管件易出现渗漏现象。不适于暗装;⑤采用热熔式或电熔合连接的管材和管件,应注意一是使用专用、合格工具进行;二是由专业或经专门培训过的人员安装;三是管材、管件应采用同一厂家的,严禁不同厂家产品混用,除非厂家特殊注明;⑤给水系统中管道所处部位不同在施工安装中有不同特点,应根据管材的性能选用管道及连接方式。
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