建筑與排水常用管材分析論文

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摘要：近些年來,建筑給排水的最大熱點是新型管材的廣泛。傳統的鍍鋅鋼管和普通排水鑄鐵管由于易銹蝕、自重大、運輸施工不便等原因被取而代之。,建筑給排水常用管材主要有塑料管,金屬管和復合管三種。現在就常用管材的一些特性,優缺點,使用范圍做一簡要論述。

關鍵詞：建筑給排水管材塑料管金屬管復合管

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1.塑料管

塑料管是合成樹脂加添加劑經熔融成型加工而成的制品。添加劑有增塑劑,穩定劑,填充劑,潤滑劑,著色劑,紫外線吸收劑,改性劑等。

常用塑料管有:硬聚氯乙烯管(PVC-U),高密度聚乙烯管(PE-HD),交聯聚乙烯管(PE-X),無規共聚聚丙烯管(PP-R),聚丁烯管(PB),工程塑料丙烯晴-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)等。

塑料管的原料組成決定了塑料管的特性。塑料管的主要優點:

(1).化學穩定性好,不受環境因素和管道內介質組分的,耐腐蝕性好。

(2)．導熱系數小,熱傳導率低,絕熱保溫,節能效果好。

(3).水力性能好,管道內壁光滑,阻力系數小,不易積垢,管內流通面積不隨時間發生變化,管道阻塞機率小。

(4)．相對于金屬管材,密度小,材質輕,運輸,安裝方便,靈活,簡捷,維修容易。

(5)．可彎曲或具有冷彎性能,可采用盤管供貨方式,減少管接頭數量。

其主要缺點:

(1).力學性能差,抗沖擊性不佳,剛性差,平直性也差,因而管卡及吊架設置密度高。

(2).阻燃性差,大多數塑料制品可燃,且燃燒時熱分解,會釋放出有毒氣體和煙霧。

(3).熱膨脹系數大,伸縮補償必須十分強調。

所以,在推廣塑料管的同時,還需要技術克服其缺點。

1.1塑料管性能

1.1.1物理性能：

塑料管的物理性能和鋁塑復合管,鋼管,銅管比較見表1:

表1物理性能

單位

PVC-U

PE

PE-X

PP

PB

ABS

PAP

鋼

銅

密度

g/cm

1.50

0.95

0.95

0.90

0.93

1.02

7.85

8.89

導熱系數

w/mk

0.16

0.48

0.40

0.24

0.22

0.26

0.45

50

400

熱膨脹系數

mm/m°C

0.07

0.22

0.15

0.16

0.13

0.11

0.36

0.012

0.018

彈性模量

MPa

3000

600

600

900

350

2500

210000

110000

拉伸強度

MPa

40

25

>25

28

17

40

700

150

硬度

R

120

70

100

60

230HB

使用溫度

°C

0-60

-60-60

-60-95

-20-95

-20-95

-20-80

-60-95

注:PAP(PEX-AL-PEX)表示鋁塑復合管,交聯鋁塑復合管為XPAP。

塑料管的物理性能影響管道的方式,用途,補償措施和管道保溫等方面。如:

(1).PVC-U、PP、ABS、PAP的力學性能相對較高,被視為“剛性管”,明裝較好。反之,PE、PE-X、PB作為“柔性管”適合暗敷。

(2).塑料管的使用溫度及耐熱性能決定了PVC-U,PE,ABS,PAP僅能用于冷水管,而PE-X,PP,PB,XPAP則可作為熱水管。當建筑物有熱水供應系統且冷熱水采用統一管材時耐熱性能成為主要指標。

(3).塑料管因熱膨脹系數高,在塑料管路中尤其是作為熱水管,采用柔性接口，伸縮節或各種彎位等熱補償措施較多。其中以PE,PP等聚烯烴類為最。施工安裝時如果對此沒有足夠重視,并采取相應技術措施,極易發生接口處因伸縮節而拉脫的。

(4).由于導熱系數低,塑料管的絕熱保溫性能優良進而可減少保溫層的厚度甚至無需保溫。當不同塑料管之間絕熱性的比較除導熱系數外,還同它們各自的管壁厚度有關。

1.1.2承壓性能:

承壓性能所涉及的是在一定條件下塑料管材能夠承受的內壓力和恒壓下的破壞時間。從而確定與之有關的設計參數以及對管材的質量進行評價和監控。一般進行兩項試驗:液壓試驗和長期高溫液壓試驗。各種管材的承壓性能見表2

表2

管材

工作壓力/MPa

試樣試驗壓力/MPa

接頭密封試驗/MPa

爆破壓力/MPa

UPVC

1.6

42/h

De≤90，4．2PN

De＞90，3．36PN

PEX

1.0/95℃

1.6/常溫

1.2

2.5

3.5

5.6

ABS

1.0

3.8/h

4～8

PB

1．6～2．5／冷水

1.0/熱水

PP-R

PP-C

2.0/常溫

0.6/75℃

20℃，11h，16MPa

80℃，48h，4.8MPa

80℃，170h，4.2MPa

HDPE

1.0/熱水

1.6/冷水

1.1.3衛生性能:

理化衛生指標。其中PE,PE-X,PP,PB和ABS易達標。而PVC-U管材在生產時應使用無毒PVC樹脂和衛生及穩定劑才能滿足衛生性能的要求。

1.2給水塑料管的

結構形式單一,材料品種眾多且性能各異.常用給水塑料管的特點列表如下:

表3

品種

優點

缺點

連接方式

PVC-U

抗腐蝕力強，易于粘合，價廉，質地堅硬

有UPVC單體和添加劑滲出，不適用于熱水輸送；接頭粘合技術要求高，固化時間較長

粘合、螺紋

HDPE

韌性好，較好的疲勞強度，耐溫度性能較好；質輕，可撓性和抗沖性能好

熔接需要電力；機械連接，連接件大

擠壓夾緊、熱熔合、電熔合

PEX

耐溫性能好，抗蠕變性能好

只能用金屬件連接；不能回收重復利用

擠壓夾緊

PB

耐溫性能好，良好的抗拉、壓強度，耐沖擊，低蠕變，高柔韌性

國內還沒有PB樹脂原料，依賴進口，價高

擠壓夾緊、熱熔合、電熔合

PP-R

耐溫性好

在同等壓力和介質溫度的條件下，管壁最厚

熱熔合

ABS

強度大，耐沖擊

耐紫外線差，粘接固化時間較長

粘合、螺紋、電熔合

一般情況聚氯乙烯管由于價格低廉,在不考慮水質,在冷水供水系統屬于首選管材,而當溫度較高時,可選用聚乙烯管或交聯聚乙烯管、聚丙烯管、聚丁烯管。

1.3排水塑料管的應用

材質單一:硬聚氯乙烯

結構形式多樣:芯層發泡管,空壁管,螺旋管,芯層發泡螺旋管,空壁螺旋管。

其存在的一些:

(1).熱膨脹系數大,需設置伸縮補償裝置來解決。

(2).剛度小,平直性差,需加密管卡、支架、吊架來解決。

(3).耐熱性差,軟化溫度低,需限制排水溫度,限制使用場所和控制與熱源的距離來解決。

(4).阻燃性差,在穿越樓板、上人屋面的屋面板、防火墻、管道井井壁處需設置阻火圈和防火套管來解決。

(5)抗機械沖擊性差,需強化施工技術,精心施工來解決。

(6)隔聲性差,塑料管的噪聲大于鑄鐵管,管道明裝且管道位置靠近臥室時,問題尤為突出。降噪的方式,提高管道材質的隔聲效果,芯層發泡管空壁管是基于這一思路而開發的；降噪的另一方式是改變水流條件,螺旋管是基于這一思路而開發的。將兩種方式結合起來的思路是芯層發泡螺旋管和空壁螺旋管的開發。

相同條件下,不同結構形式的排水塑料管,其噪聲測定結果:

普通管>芯層發泡管>空壁管>螺旋管

排水塑料管的應用是在取代普通排水鑄鐵管的工作上進行的。,排水塑料管已可在建筑高度為100m以下的建筑物內使用,但各地區的進展很不平衡。當建筑高度大于、等于100m的高層建筑和不適宜采用排水塑料管的場合,可采用柔性抗震排水鑄鐵管。

2.金屬管

2.1鍍鋅鋼管

鍍鋅鋼管的被取代既不意味金屬管被取代,也不意味鍍鋅鋼管在整個建筑給水領域被取代。

鍍鋅鋼管由于價格低廉、性能優越,防火性能好,使用壽命長等優點,還將在消防給水系統,尤其是自動噴水滅火系統中應用.而塑料管(承壓小)則不應在消防給水系統和生活-消防,生產-消防共有系統中應用。

2.2銅管

金屬管中最具優勢的是銅管,銅管應用較久,優點較多,管材和管件齊全,接口方式多樣,較多的應用在熱水管路中,目前存在的主要問題在于銅的折出量容易超標。

2.3鑄鐵管

給水鑄鐵管與鋼管相比有不易腐蝕、造價低、耐久性好等優點，適合于埋地敷設。缺點是質脆、重量大、長度小等。連接方式一般采用承插連接。

卡箍式鑄鐵排水管是一種新型的建筑用排水管材，60年代開始進入國際市場，經過幾十年的推廣和應用，這種管材已得到國際上的普遍認可。這種管材與傳統的承插式鑄鐵排水管道相比有許多優點，是一種更新換代產品，但由于這種管材及配件價格相對較貴，所以在國內一直未能得到普及推廣。

2.4其它:

不銹鋼管也受到工程技術人員的青睞,有關方面正從減少壁厚,降低價格方面著手,以利于推廣。

鋁合金管是鋁廠向給排水行業推出的新品種。

鍍鎳鋼管是和鍍鋅鋼管性質最近,而耐腐蝕性能遠遠超過鍍鋅鋼管的新穎管材,在解決了降低鍍層費用和管材斷口處施工現場上鎳工藝后,有望在一定范圍內得到采用。

涂塑鋼管則是在金屬管材中前景看好的一種管材,且管道布置和敷設、接口方式和施工安裝均與鍍鋅鋼管相同,是這種管材最容易被接受。由于其涂層薄、價格低,也最容易被推廣。

3.復合管:

復合管包括襯鉛管、襯膠管、玻璃鋼管。復合管大多是由工作層(要求耐水腐蝕)、支承層、保護層(要求耐腐蝕)組成。

復合管一般以金屬作支撐材料，內襯以環氧樹脂和水泥為主，它的特點是重量輕、內壁光滑、阻力小、耐腐性能好；也有以高強軟金屬作支撐,而非金屬管在內外兩側,如鋁塑復合管，它的特點是管道內壁不會腐蝕結垢，保證水質；也有金屬管在內側,而非金屬管在外側,如塑覆銅管,這是利用塑料的導熱性差起絕熱保溫和保護作用。

根據金屬的材料可分為:

(1).鋼塑復合管

(2).不銹鋼-塑復合管,塑覆不銹鋼管

(3).塑覆銅管

(4).鋁塑復合管，交聯鋁塑復合管

(5)襯塑鋁合金管

應該說復合管材是管徑≥300mm以上給排水管道最理想的管材。它兼有金屬管材強度大,剛性好和非金屬管材耐腐蝕的優點。但它又是目前較緩慢的一種管材。這是因為：（1）.兩種管材組合在一起比單一管材價格偏高。(2).兩種材質熱膨脹系數相差較大,如粘合不牢固而環境溫度和介質溫度變化又較劇烈,容易脫開,而導致質量下降。

復合管的連接宜采用冷加工方式,熱加工方式容易造成內襯塑料的伸縮、變形乃至熔化。一般有螺紋、卡套、卡箍等連接方式。

由于復合管尚屬新型管材，我國還未有統一的設計、施工及驗收規范。設計及施工人員往往套用鍍鋅管的工藝來進行設計與施工，故在此不作一一贅述。