同層排水墊層內(nèi)管材問題研究

1中國航空規(guī)劃建設(shè)發(fā)展有限公司 北京 100120；2身份證號(hào)碼：420300197505020311

摘要：高密度聚乙烯（HDPE）與硬聚氯乙烯（P V C）塑料管相比，具有管壁厚、噪音小，抗沖擊，阻流小，生產(chǎn)節(jié)能，焊接牢固等特點(diǎn)。在國外高密度聚乙烯塑料管已普遍在建筑上用作排水管。歐盟是世界上高密度聚乙烯管材管件產(chǎn)銷量最高的地區(qū)，2012年消費(fèi)量達(dá)1844萬噸。美國2012年HDPE管材產(chǎn)量167萬噸，。我國在1996年，北京凱賓斯基飯店首次采用HDPE管作為排水管材，到了2010年，已將這種管材作為建筑排水管在全國4萬個(gè)項(xiàng)目進(jìn)行了應(yīng)用。本文主要針對降板同層排水進(jìn)行兩種管材的探討。

關(guān)鍵詞：高密度聚乙烯；硬聚氯乙烯

一、PVC管材的生產(chǎn)制造工藝

PVC管材的配方是要是根據(jù)管材的不同用途而變得不同，其配方之中的各種原輔料之間的配比也是不同的?？偟膩碚f，PVC排水管材的配方就是以PVC粉末（主要是PVC SG-5）為主，在配以熱穩(wěn)定劑、潤滑劑、加工改性劑，填料等等通過一定的配比配合而成。再根據(jù)管材的使用環(huán)境和所需要的各種不同的性能，再加入于各種不同的助劑，但是大致的助劑就是這些。以下以UPVC排水管為例，進(jìn)行PVC管材的配方的分析：

表1、UPVC排水管材配方

名稱原料型號(hào)

PVC-C樹脂粉PVC-C

穩(wěn)定劑SMS305

潤滑劑PE蠟

加工助劑ACR-401

抗沖改性劑MBS

填料CaCO3

著色劑鉬鉻紅

二、PVC、PE管材的對比

在我國給水管網(wǎng)中應(yīng)用的塑料管主要是PVC管。近十年來，隨著PE管道在歐洲供水行業(yè)的發(fā)展應(yīng)用，PE管道才開始受到人們的關(guān)注。特別是近來PVC管受到環(huán)保方面的壓力，有關(guān)PVC管中重金屬鉛、鎘的含量是否超標(biāo)，這些都讓PE管越來越受到人們的關(guān)注。而這次，北京在PE管的應(yīng)用方面走在了全國的前列。

1.PVC、PE管材的現(xiàn)狀和發(fā)展

從上個(gè)世紀(jì)80年代初，國家大力推廣應(yīng)用PVC管，并制定了一系列的政策、制度、標(biāo)準(zhǔn)，也積累了不少經(jīng)驗(yàn)。發(fā)展到今天，已經(jīng)具備了完善的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)、檢測方法標(biāo)準(zhǔn)及檢測手段、施工工程技術(shù)規(guī)范等，從而統(tǒng)一了產(chǎn)品的規(guī)格尺寸和質(zhì)量指標(biāo)，實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品的互換性。這說明了PVC排水管道的發(fā)展已經(jīng)進(jìn)入了成熟期，產(chǎn)品質(zhì)量和施工質(zhì)量均有了保障，從而保證了PVC排水管道的使用效果。

而排水用PE管材的國際標(biāo)準(zhǔn)（ISO4427）直到2009年才正式發(fā)布。我國于1999年參照ISO4427編寫了國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T13663，并在2000年發(fā)布實(shí)施，但至今PE管件的標(biāo)準(zhǔn)、工程技術(shù)規(guī)范等仍在繼續(xù)完善之中。這說明國內(nèi)PE管材正處在市場上升期的階段。

2.兩種管材力學(xué)性能對比

⑴材料常溫下的強(qiáng)度對比

PVC材料短期、長期強(qiáng)度均低于于PE材料。（如性能表比較）

⑵最小要求強(qiáng)度（MRS）和安全系數(shù)（C）的對比

理論和實(shí)際經(jīng)驗(yàn)都說明，PVC的MRS和安全系數(shù)均略高于PE，即長期使用的強(qiáng)度和安全性略高于PE。從而同為75mm的管材，采用PVC原料比采用PE原料生產(chǎn)的管材壁厚薄得多，這是由于由于PE材料常溫下強(qiáng)度和長期強(qiáng)度都不如PVC高，只能通過加大壁厚來增加強(qiáng)度。若取相同壁厚，則PE管達(dá)不到使用要求的強(qiáng)度。若取相同的管徑，則PVC管材可輸水通徑較PE管大。而國內(nèi)的廠家為了降低成本，在PVC管材內(nèi)加了添加劑，這樣使管材的各種性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于HDPE管材。

3.壽命比較

高密度聚乙烯（HDPE）是極性大分子，比PVC較為穩(wěn)定，因此比較不容易受環(huán)境的影響。

4.施工技術(shù)難度和造價(jià)

多年的使用數(shù)據(jù)表明，UPVC的整個(gè)施工費(fèi)用為主要的材料的8%～10%，與PE管材相比，施工費(fèi)用大體相當(dāng)。由于PE管的安裝有工具，避免了PVC這種膠粘的形式，在管道以后使用中大大避免了漏水的隱患。

5.趨勢

綜上所述，目前在國內(nèi)應(yīng)用的塑料管道仍然是以UPVC管為主，是有其歷史原因和科學(xué)道理的。但是縱觀國際上塑料管的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)及發(fā)展情況，PE管的發(fā)展速度明顯快于UPVC。而人們對于建筑質(zhì)量要求的日趨提高，以及國家的宏觀政策和市場環(huán)境將刺激PE管材、管件的發(fā)展，前景十分廣闊，預(yù)計(jì)在未來幾年內(nèi)的用量將逐步超過UPVC管。

6.PE管的優(yōu)越性

（1）PE管材材質(zhì)無毒，不腐蝕，不結(jié)垢，可有效的提高管網(wǎng)水質(zhì)；PE管道具有良好的耐水錘壓力的能力，與管材一體的熔接接頭及PE管對地下運(yùn)動(dòng)和端荷載的有效抵抗能力，大大提高供水的安全可靠性。

（2）PE排水管專用材料近幾年來得到很大發(fā)展，PE材料早期得不到發(fā)展的一個(gè)重要原因就是由于其的不經(jīng)濟(jì)性。然而高性能的聚乙烯管材專用料開發(fā)出來之后，增強(qiáng)了PE管的使用優(yōu)勢，擴(kuò)大了PE管的應(yīng)用領(lǐng)域。

（3）PE管具有很好的柔韌性和可熔接性使其鋪設(shè)時(shí)更加方便經(jīng)濟(jì)和更加安全可靠。PE管的鋪設(shè)速度快，損壞費(fèi)用和維護(hù)費(fèi)用低，只要接頭良好就可承受軸向負(fù)荷而不發(fā)生泄漏和脫開。因此在鋪設(shè)時(shí)在接合處和彎曲處不需要進(jìn)行費(fèi)用不小的錨點(diǎn)，支墩，費(fèi)用可降低。PE管道具備獨(dú)特的柔韌性，其斷裂伸長率均超過500%，彎曲半徑可以達(dá)到管道直徑的20～25倍，還有優(yōu)良的耐刮傷痕的能力。PE管對于管道基礎(chǔ)的適應(yīng)能力強(qiáng)，一方面對于管道筆直度的要求降低，另一方面鋪設(shè)后管基發(fā)生變化，也不容易損壞。

三、PVC管材埋在墊層內(nèi)

左圖為PVC管材施工時(shí)照片，右圖為施工完成以后管道漏水漏至下層屋面的照片。

PVC由于材料性能及連接方式上的缺陷，導(dǎo)致PVC并不是降板同層排水中理想的管材，并且后期會(huì)給業(yè)主造成損失。

四、HDPE管材埋在墊層內(nèi)

HDPE管材埋在衛(wèi)生間墊層內(nèi) HDPE管材在墊層中的大樣圖

HDPE管材由于在歐洲應(yīng)用70年以上，并且全部采用同層排水形式。歐洲企業(yè)把管材和技術(shù)引進(jìn)中國以后，因?yàn)镠DPE管道的特性特別適合同層排水的排水形式，所以高檔住宅大面積的開始采用HDPE同層排水系統(tǒng)。

五、兩種管材的材料性能對比表

項(xiàng) 目HDPE實(shí)壁管PVC-U管

承壓能力在現(xiàn)有技術(shù)水平和國家標(biāo)準(zhǔn)中，采用標(biāo)準(zhǔn)尺寸比SDR為14的PE管最大公稱壓力可達(dá)40kg/cm2。國際標(biāo)準(zhǔn)中，當(dāng)公稱外徑大于90mm時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)尺寸比為11的PVC-U管最大公稱壓力為25 kg/cm2。

原料成分

及產(chǎn)品外觀PE管是由100%單一純原料粒料（即使在加入碳黑及抗氧化劑時(shí)，也是由原料中聚合而成）經(jīng)擠壓加工制成，不加入任何填充劑、增塑劑，管體表面光滑潔凈、切口光潔均勻，且保證長期不發(fā)生龜裂現(xiàn)象。PVC-U管由PVC粉滲入填充劑（如石粉）、穩(wěn)定劑等經(jīng)擠壓加工制成。石粉的可塑性及穩(wěn)定劑的加入量對管材的性能會(huì)發(fā)生影響。

密 度hdPE管為0.92—0.96 g/cm2，較輕，僅為PVC密度的3/4。PVC-U管為1.4g/cm2，較重。但由于PVC管材的壁厚較低，導(dǎo)致管道不及HDPE管材。

耐沖擊強(qiáng)度PE管的耐沖擊強(qiáng)度特別優(yōu)異，為PVC管的6倍，重物直接壓過管體時(shí)，管材也不會(huì)破裂。PVC-U管耐沖擊性不好，如遭受重物直接沖擊會(huì)破裂。

抗拉強(qiáng)度，MPa48～5032

屈服強(qiáng)度，MPa≥4022

拉伸彈性模量，MPa≥3000850～1000

彎曲彈性模量，GPa3.20.8

管壁粗糙度，μm900.22～0.47

常用溫度極限PE管的軟化點(diǎn)在121°C，脆化點(diǎn)在-80°C，其常用溫度限制在-40°C～100°C之間，又因其優(yōu)秀的低溫脆性，尤其適合在較寒冷的地區(qū)使用。PVC-U管的維卡軟化點(diǎn)為80°C，脆化點(diǎn)為-18°C其常用溫度限制在0°C～30°C之間，冬天溫度在5°C以下時(shí)，有脆裂的危險(xiǎn)。

阻燃性HDPE管屬緩燃性物料，但在缺氧狀況下，不會(huì)引起燃燒，故埋在地下的管線無論是輸送燃?xì)?、水，還是做電纜套管，均可安全使用。PVC管屬自熄性物料，其在著火點(diǎn)燃一段時(shí)間后會(huì)自行熄滅，故可作為室內(nèi)外給排水管線。

衛(wèi)生性能HDPE塑料為隋性無極性物料，在加工時(shí)不添加任何含鉛類重金屬鹽穩(wěn)定劑，故不含任何毒性，且對一般酸堿均不發(fā)生作用，是輸送飲水的最佳材料。PVC—U管在加工過程中需要加入必要的穩(wěn)定劑、填充劑、潤滑劑、著色劑等添加劑，其中的含鉛、砷、鎘、錫的化合物長期累積會(huì)對健康不利。PVC組織中含有氯元素，且在焚燒過程中產(chǎn)生致癌物二惡因，會(huì)對人體健康和環(huán)境有不利影響。

連接性能HDPE管的連接通常采用熱熔連接、電熱熔連接，熔接安全可靠，熔接強(qiáng)度可達(dá)100%。其中以電熱熔連接法最為快捷且安全可靠，不受人為因素影響，故此在燃?xì)夤艿乐衅渌B接方法是無法代替的。PVC管常使用粘接劑連接、膠圈連接、法蘭連接，這幾種連接方法都受一定的人為因素影響。

耐候性HDPE管由單純原料制成，且加入可過濾陽光紫外線的碳黑，故其耐候性極佳。PVC管內(nèi)含有石粉及具有揮發(fā)性的增塑劑，長時(shí)間曝曬會(huì)發(fā)生裂解、硬脆、老化。

從上表中可以看出，HDPE管材的絕大部分性能指標(biāo)均優(yōu)于PVC管材，只有密度PVC管材是大于HDPE管材。

六、管道埋在墊層內(nèi)與管材特性的關(guān)系。

1.拉伸彈性模量、彎曲彈性模量、抗拉強(qiáng)度，屈服強(qiáng)度這四個(gè)參數(shù)值說明管道的柔韌性，這四個(gè)數(shù)值HDPE管道遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了PVC管材。在墊層內(nèi)管道需要承壓，需要承受軸向與環(huán)向的應(yīng)力，管材的柔韌性約好，越能適應(yīng)在墊層內(nèi)的環(huán)境。

2.連接方式：HDPE管材為熱熔連接，PVC管材為膠粘，這兩種連接方式很明顯，熱熔要優(yōu)于膠粘。熱熔連接是把管材兩端加熱到一定溫度，然后熔合在一起的分子級連接。膠粘實(shí)際上是把PVC管道的外壁涂上膠水，用膠水把管道連接。所以熱熔連接更牢固。

生產(chǎn)管材的原料：PVC-U管道的成本中，原料價(jià)格占70%左右，企業(yè)通過減小壁厚、大量添加碳酸鈣等方式來降低產(chǎn)品成本，造成產(chǎn)品質(zhì)量低劣。

七、結(jié)論

以國外為例，在歐美國家，大部分在使用HDPE管材，特別在排水領(lǐng)域，歐洲市場每年HDPE管用量為85%左右，而在美國則超過70%，而且有繼續(xù)增長的趨勢。在歐洲，HDPE管道是可以安裝在混凝土樓板內(nèi)的。所以對比各種材料性能來說，HDPE的綜合性能高于PVC管材，以后將做國內(nèi)建筑中大量應(yīng)用。

上接第393頁

（5）回填紅土每層虛鋪厚度不得大于30㎝；

（6）要嚴(yán)格控制回填土的質(zhì)量、含水量及分層厚度，確保壓實(shí)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

表1溝槽回填土作為路基的最小壓實(shí)度

由路槽底算起的深底范圍（cm）道路類別最低壓實(shí)度（%）

重型擊實(shí)標(biāo)準(zhǔn)輕型擊實(shí)標(biāo)準(zhǔn)

≤80快速路及主干路9598

次 干 路9395

支 路9092

>80～150快速路及主干路9395

次 干 路9092

支 路8790

>150快速路及主干路8790

次 干 路8790

支 路8790

（7）路基土方壓實(shí)度標(biāo)準(zhǔn)按城市支路標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。

（8）檢查井周邊采用打夯機(jī)夯實(shí)，回填土碾壓時(shí)振動(dòng)碾不要太靠近檢查井，大型機(jī)械不能碾過檢查井，地下管線以上70cm土方要人工夯實(shí)以保護(hù)地下管線

（9）填至路面時(shí)進(jìn)行路面整平碾壓。

三、結(jié)束語

小區(qū)排水管道施工，施工現(xiàn)場地質(zhì)情況復(fù)雜，施工難度大，在施工前，只有通過制定周密的施工方案，找出施工中的關(guān)鍵點(diǎn)和難點(diǎn)，才能使得施工起來井然有序，保證施工質(zhì)量和安全，通過項(xiàng)目施工人員的努力，嚴(yán)格按照規(guī)程規(guī)范施工，同時(shí)根據(jù)現(xiàn)場的不同情況，靈活調(diào)整技術(shù)方案，保證了施工的順利進(jìn)行，得到監(jiān)理和業(yè)主的好評，通過該工程，大大改善的小區(qū)居民的生活環(huán)境，提高了公司的聲譽(yù)，為以后公司在安哥拉承攬更多的工程創(chuàng)造了有利條件。

參考文獻(xiàn)：

[1]GB50268-97，給水排水管道工程施工及驗(yàn)收規(guī)范[s]

作者簡介：

蔡齊海（1978年10月），男，漢族，籍貫：重慶市江北區(qū)，學(xué)位：大學(xué)?？?，研究方向：給排水。