房建給排水PE管熱熔工藝研究

趙小虎

(中鐵十八局集團(tuán) 北京中鐵大都工程有限公司, 北京100162)

1 工程概況

武漢·1818中心二期工程由中鐵十八局集團(tuán)公司北京中鐵大都工程有限公司承建，項(xiàng)目小市政生活給水系統(tǒng)、消防供水系統(tǒng)管材及配件大量采用SDR21系列PE50-PE250聚乙烯管材料。主要工程量：小區(qū)小市政生活給水系統(tǒng)、消防供水系統(tǒng)。室外供水管鋪設(shè)給水PE管2165 m；管徑包括：DN50、DN63、DN110、DN160、DN200、DN225、DN250等型號(hào)，管路接頭選用熱熔連接。由于小區(qū)生活給水、消防供水系統(tǒng)分為兩個(gè)系統(tǒng)在市政管網(wǎng)進(jìn)行接駁，管路復(fù)雜，管道分支極多且工期緊張，對(duì)施工質(zhì)量尤其接頭連接質(zhì)量要求十分嚴(yán)格。

由于本工程小市政的生活給水系統(tǒng)、消防供水系統(tǒng)要與市政供水系統(tǒng)接駁，市政供水系統(tǒng)的供水壓力一般為0.4～0.6MPa，因此，項(xiàng)目選用SDR21型給水PE管，既能滿足壓力需求并留有一定的富余空間，又能最大程度節(jié)約成本。

2 PE管材的特點(diǎn)

PE管目前已經(jīng)成為國際上應(yīng)用最為成熟的塑料壓力管之一，廣泛應(yīng)用在生活給水管道、消防供水管道、燃?xì)廨斔凸艿赖阮I(lǐng)域[1]。PE管具有高韌性、可繞性，在施工中對(duì)于管路管溝中的不均勻沉降適應(yīng)力非常好，可繞過一些障礙物，能夠有效抵抗壓力產(chǎn)生的環(huán)向應(yīng)力及軸向抗沖擊力，可減少管材及配件的工程量，降低其材料費(fèi)用和安裝費(fèi)用。給水PE管道采用專用的聚乙烯原料，實(shí)現(xiàn)接口與管材一體化。具有安裝工藝簡單、連接可靠、抗開裂、耐化學(xué)腐燭、潔凈衛(wèi)生、耐磨、流通性好、可撓性優(yōu)越、可回收利用等特點(diǎn)。實(shí)際施工經(jīng)驗(yàn)證明了PE管材在施工中優(yōu)異的性價(jià)比[2]。

PE管道具有多種規(guī)格、多種壓力等級(jí)，能夠滿足多種類型的壓力管道的使用要求如表1所示。

PE管道連接采用熔接技術(shù)，其接口和管材本身為同種材質(zhì)。實(shí)驗(yàn)表明，PE管材熱熔或電熔接頭的抗拉強(qiáng)度及爆破均高于管材本身，接頭不會(huì)由于回填土或活載荷的作用斷開。由高密度聚乙烯管材組成的供水系統(tǒng)可安全使用50年以上，具有使用壽命長的特點(diǎn)[3]。

3 PE管熱熔連接工藝

熱熔連接是將PE管端頭在一定的溫度下加熱使之成為粘滯流體狀物質(zhì)，在對(duì)焊機(jī)焊接壓力的作用下，使管材原料相互擴(kuò)散并連接，經(jīng)冷卻達(dá)到焊接目的。PE管一般采用傳統(tǒng)的開挖施工，還可采用非開挖技術(shù)如頂管、襯管、裂管、定向鉆孔等方式進(jìn)行施工[4]。但接頭施工大部分采用熱熔連接工藝，如在武漢·1818中心二期工程生活給水系統(tǒng)及消防供水系統(tǒng)施工中就有廣泛的使用。

PE管道施工流程如下：

管線測量→管線清表→管溝開挖→墊層施工→PE管熱熔安裝→閥門安裝→井室砌筑安裝→管道試壓→管溝回填→消毒清洗→管道標(biāo)識(shí)→驗(yàn)收[5]。

下面就PE管道熱熔連接的工序及注意事項(xiàng)進(jìn)行總結(jié)如下：

(1)管材檢查及下料。管材的圓度應(yīng)當(dāng)高于標(biāo)準(zhǔn)值，下料時(shí)端頭應(yīng)預(yù)留不小于2cm削切長度。

(2)打開焊機(jī)，必須使用與焊機(jī)配套電源，電源的電壓變化應(yīng)控制在±10%的范圍內(nèi)，焊機(jī)應(yīng)設(shè)置接地保護(hù)線；檢查焊機(jī)加熱板表面，表面要沒有污垢、保證清潔、不能有明顯的劃痕和凹凸不平[6]。

(3)將待焊管材用焊機(jī)夾具夾緊。

(4)打開機(jī)架，將銑刀放置到位，鎖緊旋鈕銑刀。

(5)清潔連接端，啟動(dòng)銑刀，閉合夾具，對(duì)管材端頭進(jìn)行銑削。必須切削干凈管材端頭的雜質(zhì)和氧化層，保證兩對(duì)接端面平整、光潔。

(6)將銑刀從機(jī)架上取下，并將夾具恢復(fù)至閉合狀態(tài)，檢查所要熱熔的管道兩端的間距，間距均不得超過0.3 mm。在取下銑刀的過程中，要輕拿輕放、控制好銑刀和管道端面的距離，避免與管道端面發(fā)生碰撞，如果發(fā)生碰撞并破壞了管道端面，則要對(duì)管道端面進(jìn)行重新銑削；已經(jīng)銑削好的端面要注意保持清潔，加工過程中不要用手觸摸，以免形成污染，影響熱熔質(zhì)量[7]。

(7)檢查熔接好的管材的同軸度，錯(cuò)位量不得超過管壁厚度的±10%。當(dāng)錯(cuò)位量超出規(guī)定時(shí)，應(yīng)重新銑削直到合格。

(8)放入加熱板。加熱板的溫度應(yīng)控制在210 ℃±10 ℃。注意加熱板的紅指示燈是否閃亮。當(dāng)加熱板燈亮后需等待10分鐘左右，使加熱板的溫度均勻以保證整體管件受熱，確保質(zhì)量合格。

(9)加熱完畢，取出加熱板，迅速連接管材加熱面，升壓至熱熔壓力并保壓。熱熔是管道接頭焊接的關(guān)鍵質(zhì)量控制點(diǎn)，在進(jìn)行熱熔的過程中，管道及管件接頭熱熔部位應(yīng)該在規(guī)定的壓力之下進(jìn)行連接。由于聚氯乙烯塑料材料導(dǎo)熱性能差，所以管道接口的冷卻速度比較緩慢，這就導(dǎo)致了接口焊縫的機(jī)械強(qiáng)度和耐壓強(qiáng)度的形成時(shí)間比較長，因此，焊縫的冷卻過程必須要在規(guī)定的壓力、溫度等條件下進(jìn)行。PE管接頭溫度只有在整體冷卻到正常溫度后才能達(dá)到其最大耐壓強(qiáng)度，所以在接頭冷卻期間要注意保護(hù)接頭及管道，要防止其他外力碰撞管道、管件，從而導(dǎo)致使管道、管件的軸線偏差，影響接頭的熱熔質(zhì)量[8]。

4 PE管熱熔問題總結(jié)及處理方法

(1)焊環(huán)過高。此問題由于熱熔時(shí)壓力過高，加熱溫度過大，加熱時(shí)間過長造成。相應(yīng)解決辦法即使熱熔時(shí)壓力及溫度在規(guī)定的范圍內(nèi)，加熱時(shí)間嚴(yán)格按照要求進(jìn)行。

(2)焊環(huán)過低。其產(chǎn)生原因與焊環(huán)過高恰好相反，是由于熱熔時(shí)壓力低、溫度低、加熱時(shí)間沒有達(dá)到要求導(dǎo)致的。解決的辦法就是要嚴(yán)格按照規(guī)定的加熱時(shí)間、熱熔溫度計(jì)熱熔壓力進(jìn)行操作。

(3)焊環(huán)兩邊高低不等。因被焊的管件、管道屬于不同的品牌或不同的批次，所以管件、管道所要求的加熱溫度和加熱時(shí)間有差異，導(dǎo)致所熱熔的管件、管道的端面的熔融的程度有差異，進(jìn)而導(dǎo)致管件、管道的對(duì)中超出允許偏差的范圍，軸線發(fā)生相對(duì)偏移，使得管件、管道熔融對(duì)接之前就產(chǎn)生了質(zhì)量隱患。此現(xiàn)象多出現(xiàn)于管子與管件(如彎頭、三通等)的熱熔接口。實(shí)際操作中，應(yīng)當(dāng)觀察管件的端頭熔融程度是否理想，并使設(shè)備兩個(gè)夾具的中心線重合，保持管材對(duì)中，選用同品牌同批次的材料。

(4)焊環(huán)成溝狀凹陷。原因是熱熔對(duì)接的過程中熔料溫度未能達(dá)到要求，切換時(shí)間太長。實(shí)際操作中要核查加熱板的溫度是否達(dá)到要求，加快操作過程，降低操作過程中切換所占用的時(shí)間。

(5)接口錯(cuò)位。原因是熔融對(duì)接前管件、管道的對(duì)中未達(dá)到要求，錯(cuò)位超出偏差允許范圍。實(shí)際操作中，技術(shù)人員嚴(yán)格控制管件、管道的的偏移量，材料加熱要進(jìn)行對(duì)中檢查，對(duì)接前要進(jìn)行對(duì)中核查，做到兩查進(jìn)而保障同軸度。

(6)虛焊。虛焊是嚴(yán)重且最容易發(fā)生的質(zhì)量問題，原因有兩點(diǎn)：①焊機(jī)夾具行程不夠，焊接前進(jìn)行試碰，在夾具行程桿上應(yīng)看到不小于20 mm的行程余量。若行程余量不夠，雖焊接后外觀良好，但內(nèi)在熔接不徹底，會(huì)出現(xiàn)虛焊。這是熱熔對(duì)焊中不易察覺的問題，故現(xiàn)場施工人員及技術(shù)人員在每次焊接之前應(yīng)當(dāng)要注意，夾具行程桿都要預(yù)留出一定的行程余量。②夾具在對(duì)接時(shí)的速度太快。管件、管道經(jīng)過加熱板的加熱后進(jìn)行連接，若在此過程中夾具操作的速度太快，就會(huì)造成部分熔融聚乙烯被擠壓到管件的內(nèi)外壁兩側(cè)，使接頭部分融合不夠充分產(chǎn)生縫隙，形成虛焊。因此，現(xiàn)場施工人員控制焊機(jī)的速度應(yīng)緩慢而均勻，使兩管件接頭熔接部分充分熔合，達(dá)到施工質(zhì)量要求。

5 結(jié)語

實(shí)踐表明，以PE管為主體的給排水系統(tǒng)較好地解決了傳統(tǒng)系統(tǒng)中的腐燭和漏水問題，更加證明了PE管給排水系統(tǒng)質(zhì)量可靠、運(yùn)行安全、維護(hù)便捷、工藝簡單、性價(jià)比高。同時(shí)，熱熔工藝適合PE管材料的直埋、暗埋、明敷等所有敷設(shè)要求。但施工過程中，PE管缺乏簡單有效的無損檢測的手段，無法直觀反映其熔接質(zhì)量，目前主要憑借焊環(huán)判斷接口質(zhì)量或者抽取一定數(shù)量接口進(jìn)行破壞性試驗(yàn)，因此施工前應(yīng)進(jìn)行焊接試驗(yàn)，確定各品種規(guī)格的PE管焊接參數(shù)，制定工藝指導(dǎo)書并對(duì)施工作業(yè)人員進(jìn)行詳細(xì)的技術(shù)交底。施工人員應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格依照相應(yīng)的施工流程、施工工藝、注意事項(xiàng)等進(jìn)行管道的安裝作業(yè)，具體操作人員、技術(shù)人員、質(zhì)檢人員應(yīng)當(dāng)對(duì)焊接的質(zhì)量進(jìn)行嚴(yán)格把關(guān)，尤其是對(duì)焊環(huán)的外觀進(jìn)行嚴(yán)格把關(guān)，并進(jìn)行規(guī)定數(shù)量的破壞性試驗(yàn)，從而保障焊接質(zhì)量。