柳州威立雅水务有限公司 545006
摘要：给水管网由给水管道、配件和附件组成，管道和配件材料选用时应综合考虑管网内的工作压力、外部荷载、管材供应情况等因素。本文结合当今时代的需求，主要对给水管道影响材料的主要因素进行了分析，并且为了更好的保障给水管道的通畅性，对给水工程管材的选择也进行了探讨。
关键词：给水工程设计；管道；材料
前言
水管及零件是安装给水管网的主要材料，选用时应综合考虑管网中所承受的压力、敷设地点的土质情况、施工方法和可取得的材料等因素。输配水管网的造价占整个给水工程投资的大部分，一般约为60%~80%。正确的选用管道材料，对工程质量、供水的安全可靠性及维护保养均有很大关系。因此，给水工程技术人员必须重视和掌握水管材料的种类、性能、规格、使用经验、价格和供应情况，才能做到合理选用水管材料，做出正确的设计。
1 影响给水管道材料选择的主要因素
管道材料的选用是根据所输送介质的操作条件（如温度、压力）及其在该条件下的特性决定的。材料选择不当，会造成浪费或埋下事故隐患。一般来说管材的选择需要考虑三个方面的内容：一是耐久性：也即是管道必须要有足够的机械强度，具有抵抗管内压力和管外荷载作用的能力，并且对于土壤和地下水有优良的抗腐蚀性能，同时还要具有良好的气密性和抗震性能；二是施工和管理：主要是指管道接口施工简单，具有良好的气密性，管道切断和开孔容易，且运输方便；三是经济：选择管材应价格便宜，市场供应充足，维护管理费用低廉。具体来说，影响给水管道材料选择的因素主要包括以下几个方面的内容：
1.1伸长率
伸长率又称断后伸长率，是对钢的塑性的一种度量。钢的抗拉强度和屈服强度是由钢的化学成分和轧制工艺所决定的。管线选材时，应选用屈服强度较高的钢种，以减少钢的用量。但并非屈服强度越高越好，屈服强度太高会降低钢的韧性。
同一种钢材，虽然最低屈服强度满足了规定要求，但若不限定最大抗拉应力值，则往往同种管材性能差异很大，影响焊接性能和质量。抗拉强度与标准规定值超过太多的钢韧性降低、延伸率降低，影响制管成形质量，并且给焊接工艺和焊料选择都带来困难，使焊接性能不稳定，焊口韧性降低。
1.2应力加强系数
管道在内压、自重、外载和热膨胀等载荷的作用下，在弯管、三通等薄壁管件上将产生局部应力集中。许多学者在研究柔性系数的同时，研究了与之关联的应力加强系数。弯管的应力加强系数是指弯管在弯矩作用下的最大弯曲应力和直管受同样弯矩时的最大弯曲应力的比值。
根据卡曼理论，弯管的轴向应力加强系数可用下式求得[1]：
1.3管件的连接方式
管件的配套和配件的性能影响着管材性能的发挥，给水管道设计如果忽略了管件连接的配套选用问题，不仅会增加投资成本，也会增大管道施工难度。并且由于管道配件生产需要大量模具，并且周期较长，因此大多企业不愿配齐管件配套设备，如：预应力混凝土管安装需要采用钢管做弯头连接，如果对钢管内外防腐设计不重视，将会极大的降低管道使用寿命及安全性。
1.4管道施工环境
管内介质的性质、温度和压力温度，是选择管道材料选择的主要依据。也即是管材选用时，首先须满足管内介质的压力和温度的要求，然后再根据管内介质的性质决定选用什么样的管材。
1）根据不同工作压力和温度选用管材：在不同的温度条件下，随着输送介质温度的升高，工作压力就会相应降低，因此，选用管材时应注意不同介质温度下管材的工作压力值，以确保管道的安全运行。
2）根据管内输送介质的性质选用管材：根据管内输送的介质的性质选用管材时，取决于介质对管材的影响，如腐蚀、磨损等。只有管材能够抵抗介质对其影响时，才能保证管道安全可靠的运行[2]。
2给水工程设计中的管道材料分析
2.1金属管材
1）钢管：给水管道常用的是焊接钢管和无缝钢管。前者适用于大、中口径管道；后者适用于中、小口径管道。钢管的特点是：耐高压，耐振动，重量较轻，管材及管配件易加工；但刚度小，易变形，承受外荷载的稳定性差，易腐蚀，但钢管价格较高。在给水管道系统中，钢管一般作为大、中口径，高压力的输水管道，特别适用于地形复杂的地区。采用钢管时，应特别注意防腐蚀，除了内壁衬里、外壁涂层外，必要时还应作阴极保护。
2）铸铁管：铸铁管主要有两种：灰口铸铁管和球墨铸铁管。前者耐腐蚀性比钢管强，但由于质地较脆，抗冲击和抗震能力较差，已被逐步淘汰；后者耐腐蚀性较钢管强，重量比灰口铸铁管轻，抗冲击和抗震能力比灰口铸铁管强，价格低于钢管但高于灰口铸铁管。
2.2塑料管
给水系统常用的塑料管有硬质聚氯乙烯管（UPVC）、高密度聚乙烯管（PE）、聚丙烯管（PP）、玻璃钢管（GRP）等。各种塑料管的共同优点是：表面光滑，重量较轻，耐腐蚀性能优良。但不同的塑料管也存在各自不同的缺点。如UPVC管材质地较脆，强度不如钢管；PE管刚度和强度均有限，且易老化。另外，塑料管价格偏高。尽管塑料管存在一些不足，但其优点显著，目前塑料管在国际供水管道中的应用已占25％左右（按长度计），在新铺设的管道中约占70％左右（按长度计），其中用得最多的主要是管径小于200mm的管道。但是大、中口径管道中，GRP管道应用也日益广泛。GRP管不仅重量轻、表面光滑、耐腐蚀性能优良，而且强度也高，但价格是影响其市场竞争力的主要因素。此外由于在玻璃钢结构层中的玻璃纤维有可能游离至水中，故一般适用于大、中口径的浑水输水管，而在配水管网中应用较少[3]。
2.3混凝土管材
混凝土管道有三种：自应力钢筋混凝土管，预应力钢筋混凝土管和预应力钢筒混凝土管。
自应力钢筋混凝土管一般仅用于农村及中、小城镇给水，口径较小。
预应力钢筋混凝土管主要特点是：}价格低，耐腐蚀性能优于钢管，抗震能力比灰口铸铁管强，管壁较光滑，但重量大，运输与安装不便。预应力钢筋混凝土管用于大、中口径管道。
预应力钢筒混凝土管是在管芯中间夹一层厚约1.5mm左右薄壁钢管，然后在环向绕一层或两层预应力钢丝。它兼具钢管和预应力钢筋混凝土管某些优点，如水密性优于钢筋混凝土管，耐腐蚀性优于钢管，但重量较大，运输、安装不便。
2.4金、塑复合管材
为了利用金属的高强度和塑料的耐腐蚀性能，近年来金属和塑料复合管材日渐增多，主要有：PVC衬里钢管；PE衬里钢管；PE粉末树脂衬里管；铝塑复合管；铝合金衬塑管等。这些复合管材基本上是小口径管道，大多用于室内给水管道。随着材料科学技术的发展，新管材还在不断涌现，如为克服UPVC管质地较脆的弱点，目前已研究开发了耐冲击性UPVC管材。
结语
总的来说，管道材料的选择，取决于管道承受的水压、外部荷载、地质及施工条件、市场供应情况等。按照给水工程设计和运行的要求，给水管道应具有良好的耐压力和封闭性，管道材料应耐腐蚀，内壁不结垢、光滑、管路畅通，使管网运行安全可靠，水质稳定，节省输水能量。此外给水工程管道设计应坚持节能环保、经济适用的原则，并要注意管材的安全可靠性。对于给水管材的选用要因地制宜，如长距离大水量输水系统，若所需压力较低，可采用现浇钢筋混凝土低压渠道；建筑小区及街坊内部应优先考虑采用UPVC管；穿越障碍物等特殊地段时，可考虑采用钢管等。只有立足现实条件和需求，着眼于未来的发展，才能更为合理的选用新型管道材料，才能保障给水管道工程质量。
参考文献：
[1]刘小曲.如何预防和减少市政给水管道爆管现象[J].城市建设理论研究（电子版），2011（03）.
[2]邱锡贵.浅议给排水管材的选取与运用[J].中华民居（下旬刊），2013（04）.
[3]任开宇.论给水管道材质的选择[J].城市建设理论研究（电子版），2011（16）.
作者简介：胡晓（1975.4-），男，广西柳州人，助理工程师，从事工程前期咨询工作。
论文作者:胡晓
论文发表刊物:《基层建设》2017年第22期
论文发表时间:2017/11/21
标签：管道论文; 管材论文; 钢管论文; 材料论文; 应力论文; 预应力论文; 钢筋混凝土论文; 《基层建设》2017年第22期论文;