建筑同層排水系列：支管材料的選用＊

關文民 段先湖 胡亞男

（1寧波世諾衛(wèi)浴有限公司 浙江 寧波 315514）（2咸陽陶瓷研究設計院 陜西 咸陽 712000）（3 中國建筑裝飾協(xié)會廚衛(wèi)工程委員會 北京 100028）

前言

住宅衛(wèi)生間以及淋浴房都是需要地漏的，地漏需要與排水管相聯(lián)接。因此，在同層排水系統(tǒng)中，排水橫支管是必須存在的。衛(wèi)生間內(nèi)的排水橫支管，在大多數(shù)情況下，是敷設在回填層內(nèi)，使得管道的應用發(fā)生了較大的變化。因此，對于同層排水橫支管的材料研究，便提上了日程。

下面筆者就從同層排水橫支管與排水立管的材料配套性、回填層管道敷設對材料的要求、塑料材料壽命、土建回填材料及結(jié)構(gòu)處理這幾方面，對同層排水橫支管材料的選擇進行介紹。

1 同層排水橫支管與排水立管的材料配套性

衛(wèi)生間排水立管的材料，經(jīng)過多年的實踐，目前已經(jīng)成熟使用，材料以鑄鐵、高密度聚乙烯（HDPE）、聚氯乙烯（PVC）和聚丙烯復合壁管（PP）為主。

在條件允許的情況下，考慮到施工和聯(lián)接的一致性，排水橫支管應盡可能與立管采用相同的材料。如果不一致，就需要處理不同管材間的聯(lián)接方式。

在國家標準安裝圖集《12S306：住宅衛(wèi)生間同層排水系統(tǒng)安裝》上，規(guī)定了不同材料間的聯(lián)接方式，如圖1所示。

然而，這種聯(lián)接方式是否可以任意應用呢？下面就以DN110的HDPE管道與鑄鐵管道的聯(lián)接在夏天施工的情況為例進行分析。

橡膠材料，目前執(zhí)行的國家標準是GB／T 21873－2008《橡膠密封件給、排水管及污水管道用接口密封圈材料規(guī)范》，其中對于橡膠材料在70℃且24h下的永久壓縮變形的要求為20%，即恢復到原始厚度的95%為合格。目前市場上的不銹鋼卡箍內(nèi)的橡膠圈的壁厚約為4mm（如圖1所示）。

圖1 外徑相等的塑料管與鑄鐵管不銹鋼卡箍聯(lián)接

對于HDPE來說，其線性熱膨脹系數(shù)為200×10－6。由于金屬的線膨脹系數(shù)12.2×10－6與橡膠有數(shù)量級上的差別，其影響在此忽略不計。長度的變化，與溫度和尺寸成正比，即：式中：ΔL——線性尺寸變化值；

K——線性膨脹系數(shù)，HDPE材料為200×10－6／K；

L——線性尺寸；

C1——變化后的溫度；

C0——初始溫度，在本處標準溫度為23℃。

如果在夏季溫度為35℃時施工，施工預緊力對橡膠壓縮以20%來計，其不銹鋼箍的內(nèi)徑，可以按下述方法計算：塑料管外徑在23℃時為110，在35℃時的外徑為：

HDPE管道外徑＝L＋KL（C1－C0）＝110＋110（3 5－23）×200×10－6＝110.264mm

壁厚為4mm的密封橡膠，被不銹鋼箍壓縮20%進行預緊后，其厚度為：

此時，不銹鋼箍的內(nèi)徑為：

塑料管外徑＋2倍橡膠密封圈壁厚＝110.264＋2×3.2＝116.664mm

在冬季溫度為0℃施工時，橡膠密封件的密封壓力變形可以按下述方法計算：

塑料管外徑在23℃時為110mm，在0℃時外徑尺寸為：

HDPE管道外徑＝L＋KL（C1－C0）＝110＋110（0－23）×200×10－6＝109.494mm

此時，不銹鋼箍的內(nèi)徑表面與塑料管外徑表面的距離為：

（不銹鋼箍的內(nèi)徑－塑料管外徑）÷2＝（116.664－109.494）÷2＝3.585mm

橡膠老化后，其恢復后的總高度為：

此時，橡膠的壓緊密封變形＝（密封件壓縮后的厚度－密封件老化后的自由厚度）／密封件老化后的自由厚度＝（3 .8－3.585）÷3.8＝5.66%。

從上述計算可以得出如下結(jié)論：對于DN110的HDPE管道的塑料材料，與鑄鐵管道對接聯(lián)接，如果僅采用國家標準中規(guī)定的辦法施工，夏季施工后的密封壓緊變形到冬季就會降低約15%。如果10%密封壓縮變形是臨界值，那么在夏季施工并驗收的項目，到冬季就難以保證不漏水。

如果排水立管與排水橫支管采用不同的材料，除了參照國家標準的方法，還應該采取更可靠的技術措施。

2 塑料材料壽命與老化

所謂塑料材料的壽命，主要是考慮塑料材料的老化問題。我們所稱的老化，不僅僅是塑料材料分子的斷裂問題，還涉及到材料中添加劑揮發(fā)的問題?？傊灰S著時間的推移，影響材料的物理化學性能的因素，都應該考慮在內(nèi)。

塑料材料分子的老化斷裂，主要跟溫度和紫外線的作用有關，當然在某種程度上也跟微生物的作用有關聯(lián)。對于衛(wèi)生間內(nèi)的排水管道，紫外線的作用基本上可以忽略不計。

溫度會影響分子鏈的長度和結(jié)構(gòu)，但需要一個相對較長的時間。對于類似于U－PVC這種需要塑化劑作為主要輔助料的材料來說，溫度的影響是相當大的。這種材料中添加的塑化劑相對容易揮發(fā)。以U－PVC材料為例，PVC本身是非常脆的材料，只有在加入塑化劑后才能夠進行塑料產(chǎn)品的生產(chǎn)與加工。國外的研究成果表明，U－PVC材料如果在混凝土中完全固化，在5年左右時間內(nèi)可能會出現(xiàn)由于塑化劑的揮發(fā)而出現(xiàn)接口聯(lián)接問題。

圖2是某城市火車站的雨水管，可以明顯看到接口脫開的問題。對于類似于HDPE這樣的不需要添加劑的材料，就不需要考慮添加劑揮發(fā)對于強度及結(jié)合強度的影響。

因此，對于埋地敷設的管道，由于可能產(chǎn)生因熱膨脹系數(shù)不同而產(chǎn)生較大的拉伸和擠壓的力。因此，就應該根據(jù)實際情況采取相應的技術措施。當技術措施不成熟時，應盡量避免使用依賴塑化劑的塑料材料，尤其是那些塑化劑容易揮發(fā)的材料。

3 土建回填材料及結(jié)構(gòu)處理

在過去傳統(tǒng)的隔層排水中，排水支管是從上到下穿過樓板的，一般在樓板之上留有一個相對較大的空間，即從樓板的底面到橫支管的垂直距離，按照國家建筑標準圖集10S406《建筑排水塑料管道安裝的要求》，隔層排水支管空間如圖3所示。

圖3 隔層排水排水支管空間

當管道長度超過2.2m時，要求加膨脹伸縮節(jié)；長度小于2.2m時，默認從樓板下表面到橫支管之間的長度變形可以抵消溫度對于管道熱變形的影響。

但是，對于同層排水來說，情況已經(jīng)完全不同。以國家標準圖集《12S306：住宅衛(wèi)生間同層排水系統(tǒng)安裝》中的大降板衛(wèi)生間同層排水的作法為例，如圖4所示。

從圖4可以看出，埋地的管道，由于受到回埋材料的限制，豎向的支管是難以發(fā)生任何變形，以彌補管道的伸縮所產(chǎn)生的外力。由于埋地層不允許使用膨脹伸縮節(jié)，導致管道的聯(lián)接接口會受到非常大的拉伸和壓縮的力。如果僅按國家標準執(zhí)行，不采取任何其它可靠的技術措施，那么采用了需要依賴塑化劑的塑料，尤其是添加容易揮發(fā)的塑化劑的材料，風險將會非常大。

對于地面敷設情況，如果能夠在管道兩側(cè)采用剛性架空，或采用磚架空，使得管材能夠有空間進行微量伸縮，也是可以應用PVC材料類這種依賴塑化劑的塑料材質(zhì)。當回填結(jié)構(gòu)過度復雜，難以進行架空提供變形時，就應該采用HDPE這種不添加塑化劑的材料。

不添加塑化劑的塑料進行安裝聯(lián)接時，例如HDPE材料，往往采用對焊的工藝進行聯(lián)接。由于不添加塑化劑，焊口不涉及塑化劑揮發(fā)的問題，其材質(zhì)性能與母材是相同的。

如圖5所示，將兩段HDPE材料焊接在一起進行拉伸試驗，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，由于焊接接口有更多的材料，其強度甚至高于非接口部分。即材料受到拉伸破壞后，接口還依然完好。

4 結(jié)論

因此，對于埋地敷設的管道，選用HDPE類材料，只要施工方法得當，其使用壽命就會更加可靠。