摘要：近年来，随着我国各项经济的稳步增长，城镇化进程的不断深入，市政基础设施建设的规模得到了不断的扩大，城市排水事业作为城市的重要基础设施也在不断扩大和完善。在排水管网的建设过程当中，排水管道材料的选择，愈发受到广泛关注。传统的排水管材由于在市政排水管网应用中存在一些缺点，已难以适应城市快速发展的需要。因此，近年来出现了许多新型管材，因其具有更加经济、安全等特点，具有广阔的应用前景。
关键词：新型管材；市政排水管网；设计；运用
1、排水管材选用原则
排水管材的选用需要遵序排水安全性和经济性原则。由于城市排水管道的主要功能是用来收集和输送城市污水，所以选用的排水管材首先应该具有耐腐蚀、密封性能好、强度高、使用寿命长的特点，这样才能延长管道使用寿命，同时防止在污水的输送过程中发生二次污染。此外，还应考虑其经济成本。为了实现排水管道经济最优的目的，需综合考虑排水管道工程的一次性经济成本和运行经济成本。例如，选择综合造价较低的管材，可以减少一次性经济成本；选择过流能力高的管材，可以降低运行过程中的运行成本。另外，还应该结合具体的工程特点，考虑采购方便、施工和运输便捷等因素综合选择。
2、新型管材在市政排水管网运用
2.1 HDPE管
HDPE管的主要原料为聚乙烯树脂，采用挤出或缠绕成型工艺制成的用于无内压作用的热塑性塑料圆管。根据管道规格的不同，管壁结构也有所差别。根据管壁结构的不同，HDPE管可分为双壁波纹管和缠绕管两种类型。1）HDPE双壁波纹管HDPE双壁波纹管由聚乙烯树脂同时挤出波纹外壁和一层光滑内壁一次熔结挤压成型，管壁截面为双层结构，其内壁光滑平整，外壁为等矩排列的具有梯形中空结构的管材。HDPE双壁波纹管相比传统管材具有以下优点，如重量轻，强度大，不易破损，运输安装方便，环刚度较高，一般为4kN/m 2～8 kN/m 2，可以承受一定的荷载，能满足市政道路上使用的承载条件；管内壁光滑，粗糙系数小，水力条件好，过流能力大；耐腐蚀性强，使用寿命长；多采用柔性承插接口，也可采用热缩带连接，安装连接简便；由于双壁波纹管的管壁结构特殊，在同等直径和达到同样环刚度的条件下，这种管道用料最省。但由于很难制作出环刚度较高的大管径HDPE双壁波纹管，故HDPE双壁波纹管一般多用于中小管径。2）HDPE缠绕管HDPE缠绕管是近年来出现的一种新工艺，它是经过特殊的挤出缠绕成型工艺加工而成的结构壁管，产品由内层为PE层、中间层为经涂塑处理的金属钢带层、外层为PE层的三层特殊结构构成。该管道制作工艺可以使管道强度大大提高，环刚度普遍可以达到8kN/m 2，还可以根据施工实际情况要求将管道环刚度提高到10kN/m 2～12kN/m 2，最大可达20kN/m 2。因该管道制作需采用缠绕工艺，故管径普遍偏大，管道内径尺寸普遍大于800mm，最大可达3000mm。该管材具有一般塑料管材耐腐蚀、重量轻、施工方便等优点，还有一般塑料管材所不具备的高环刚度。但HDPE缠绕管由于其特殊的生产工艺，决定了其管道密封性能方面存在一定的缺陷，施工当中如果回填不当，管道变形不能得到有效控制，可能在变形处产生裂缝；同时管材价格相对塑料管及混凝土管要高出一些，会导致工程总投资增加。
2.2玻璃钢管
所谓的玻璃钢管是玻璃钢纤维缠绕增强热固性树脂管的简称，主要以玻璃纤维作为增强材料，以树脂为基体制成，其强度大，环刚度高，耐腐蚀性强，使用寿命长，抗老化性强；内壁光滑，粗糙系数小，过水能力强；安装连接简单，通常采用双“O”形橡胶圈柔性接口；管道单节长度大，重量比钢筋混凝土管轻，施工安装操作简便，有较为成熟的施工安装及验收规范。随着玻璃钢管的普及应用，又出现了玻璃纤维缠绕增强热固性树脂夹砂管，简称夹砂玻璃钢管（RPMP管），这种管道从性能上提高了管材刚度，降低了成本。夹砂玻璃钢管几乎具有所有塑料管材的优点，属建设部推广应用的新型排水管材，但其高昂的价格制约了该种管材了推广应用。
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2.3聚氯乙烯（PVC-U）管
在热塑性塑料排水管材中，PVC-U给水管材是未增塑的硬聚氯乙烯管材，受弯拉强度和弯曲模量值最高，具有较好的承受外部荷载的性能，耐化学腐蚀性好，不生锈，具有自熄性和阻燃性；耐老化性好；内壁光滑，很难形成水垢；质量轻，阻电性能良好，价格低廉；在相同的埋设条件下用料最省。PVC-U（管材）通常可用粘接剂粘接，也可用胶圈柔性连接。这种管材是国内推广使用最早的、目前使用量最大的塑料管材。但在实践中发现，线膨胀系数大，使用温度范围窄，不适用于热水输送；接头粘接技术要求高，固化时间较长，管材较脆，在受力不均匀的条件下容易爆管。
2.4交联聚乙烯（PE-X）管
交联聚乙烯是通过化学或物理方法，使普通聚乙烯的线性分子结构改性成三维交联网状结构，从而具有优良的温度适应性（-70℃～+110℃）、耐压性（爆破压力6MPa）、稳定性和持久性、而且具有无毒、不滋生细菌等优点。这种管材主要用于工业及民用冷热水、饮用水和地面辐射采暖管道上。国内PE-X管的供货规格在dn10～dn32mm之间。少量达dn63mm，但是交联聚乙烯原料需进口，只能用金属连接，不能回收重复利用。
2.5改性聚丙烯管
聚丙烯管（PP）虽然无毒，价廉，但抗冲击强度差，作为供水管材不理想。通过共聚合的方式使聚丙烯改性，提高了管材的抗冲击强度等性能。改性聚丙烯管有三种，即：均聚共聚聚丙烯管（PP-H）、嵌段共聚聚丙烯管（PP-B）、无规共聚聚丙烯管（PP-R）。此类管材柔软、易于安装、密封性好、耐腐蚀。管件的连接采用熔接方式。PP-R管是第三代改性聚丙烯管，是用无规共聚法使PE在PP分子链中随机地均匀聚合，比PP-B具有较好抗冲击性能、耐温度变化性能和抗蠕变性能。主要用于工业及民用冷热水管道和地面辐射采暖管道。目前国内产品规格在dn20～dn63mm之间。在同等压力和介质温度的条件下，管壁最厚。
2.6丙烯晴―丁二烯―苯乙烯ABS管
ABS管是丙烯晴-丁二烯-苯乙烯三种单体共聚物组成的热塑性塑料，具备质优耐用的特性。其中丙烯晴具有耐热性、抗老化性、耐化学性；丁二烯具有耐撞击性、高坚韧性、低温特性不变的性能；苯乙烯具有施工容易及管面光滑等特性。管件连接采用冷胶溶接法。一般用于化学工业输送腐蚀性流体，也可用于食品、医药、纯水制备和水处理装置等方面。适用的温度范围约为：-20℃～+110℃。但耐紫外线差，粘接固化时间较长。
3、管道设计关键--环刚度选择
市政排水管网通常铺设在道路地面之下，不会与外部车辆直接接触，但所受外压负载不可忽视。为了确保安全性，需合理设计环刚度，若是数值过小，则有可能发生管道变形或压屈失稳破坏；若是数值过大，则会造成成本太高、材料浪费。环刚度不仅取决于外压负载的情况，还取决于铺设后管道周围土壤（回填材料）。如果铺设情况较好，环刚度较低的管材也不会有很大变形；如果铺设情况不好，即使用环刚度较高的管材也可能变形过大和出现压屈失稳。合以往施工及设计经验，我们建议在设计塑料埋地排水管时尽量选择较高的环刚度。直径在500mm以下塑料埋地排水管：一般选择环刚度8kN/m2，只有在地质条件好又没有运输车辆负载的采用环刚度4kN/m2；直径在500-1200mm的塑料埋地排水管：尽量选择环刚度8kN/m2，如果选择环刚度8kN/m2以下的要经过结构设计计算，并严格控制铺设施工的质量；直径800mm以上的塑料埋地排水管：重要工程推荐使用环刚度较高（环刚度8kN/m2以上的）的金属增强复合缠绕管和玻璃钢夹砂管。如果使用环刚度较低（环刚度8kN/m2以下）的热塑性塑料管，务必要经过结构设计计算，并严格控制铺设施工的质量。同时，施工必须确保回填质量，主管区的回填土密实度不应小于95%；管道宽度以外次管区的回填土密实不应小于90%。
4、结语
目前，我国城镇化正处于快速发展时期，在城市排水管网建设中，应该优先选用节能环保、成本低廉、安全可靠的排水管材，改善城市排水管道系统的工作状态。随着我国科技水平的不断提高，新型管材生产工艺的不断成熟，新型管材一定会全面替代传统管材。
参考文献：
[1]张玉川，塑料埋地排水管及其在我国的发展前景，中国塑料，2001，15（3）：6-15.
[2]CECS164：2004埋地聚乙烯排水管道工程技术规程[S].
[3]CECS 129：2001埋地给水排水玻璃纤维增强热固性树脂夹砂管管道施工及验收规程[S].
论文作者:刘鑫
论文发表刊物:《基层建设》2018年第30期
论文发表时间:2018/11/14
标签：管材论文; 刚度论文; 管道论文; 聚丙烯论文; 塑料论文; 排水管论文; 聚乙烯论文; 《基层建设》2018年第30期论文;