同層排水墊層內管材問題研究

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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，生產節能，焊接牢固等特點。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銷量最高的地區，2012年消費量達1844萬噸。美國2012年HDPE管材產量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4萬個項目進行了應用。本文主要針對降板同層排水進行兩種管材的探討。

關鍵詞：高密度聚乙烯；硬聚氯乙烯

一、PVC管材的生產制造工藝

PVC管材的配方是要是根據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。總的來說，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。再根據管材的使用環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

PVC-C樹脂粉PVC-C

穩定劑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

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

1.PVC、PE管材的現狀和發展

從上個世紀80年代初，國家大力推廣應用PVC管，并制定了一系列的政策、制度、標準，也積累了不少經驗。發展到今天，已經具備了完善的產品標準、檢測方法標準及檢測手段、施工工程技術規范等，從而統一了產品的規格尺寸和質量指標，實現了產品的互換性。這說明了PVC排水管道的發展已經進入了成熟期，產品質量和施工質量均有了保障，從而保證了PVC排水管道的使用效果。

而排水用PE管材的國際標準（ISO4427）直到2009年才正式發布。我國于1999年參照ISO4427編寫了國家標準GB/T13663，并在2000年發布實施，但至今PE管件的標準、工程技術規范等仍在繼續完善之中。這說明國內PE管材正處在市場上升期的階段。

2.兩種管材力學性能對比

⑴材料常溫下的強度對比

PVC材料短期、長期強度均低于于PE材料。（如性能表比較）

⑵最小要求強度（MRS）和安全系數（C）的對比

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

3.壽命比較

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

4.施工技術難度和造價

多年的使用數據表明，UPVC的整個施工費用為主要的材料的8%～10%，與PE管材相比，施工費用大體相當。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，目前在國內應用的塑料管道仍然是以UPVC管為主，是有其歷史原因和科學道理的。但是縱觀國際上塑料管的應用經驗及發展情況，PE管的發展速度明顯快于UPVC。而人們對于建筑質量要求的日趨提高，以及國家的宏觀政策和市場環境將刺激PE管材、管件的發展，前景十分廣闊，預計在未來幾年內的用量將逐步超過UPVC管。

6.PE管的優越性

（1）PE管材材質無毒，不腐蝕，不結垢，可有效的提高管網水質；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管對地下運動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展，PE材料早期得不到發展的一個重要原因就是由于其的不經濟性。然而高性能的聚乙烯管材專用料開發出來之后，增強了PE管的使用優勢，擴大了PE管的應用領域。

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

三、PVC管材埋在墊層內

左圖為PVC管材施工時照片，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，導致PVC并不是降板同層排水中理想的管材，并且后期會給業主造成損失。

四、HDPE管材埋在墊層內

HDPE管材埋在衛生間墊層內 HDPE管材在墊層中的大樣圖

HDPE管材由于在歐洲應用70年以上，并且全部采用同層排水形式。歐洲企業把管材和技術引進中國以后，因為HDPE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。

五、兩種管材的材料性能對比表

項 目HDPE實壁管PVC-U管

承壓能力在現有技術水平和國家標準中，采用標準尺寸比SDR為14的PE管最大公稱壓力可達40kg/cm2。國際標準中，當公稱外徑大于90mm時，標準尺寸比為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，也是由原料中聚合而成）經擠壓加工制成，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，且保證長期不發生龜裂現象。PVC-U管由PVC粉滲入填充劑（如石粉）、穩定劑等經擠壓加工制成。石粉的可塑性及穩定劑的加入量對管材的性能會發生影響。

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，導致管道不及HDPE管材。

耐沖擊強度PE管的耐沖擊強度特別優異，為PVC管的6倍，重物直接壓過管體時，管材也不會破裂。PVC-U管耐沖擊性不好，如遭受重物直接沖擊會破裂。

抗拉強度，MPa48～5032

屈服強度，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管的軟化點在121°C，脆化點在-80°C，其常用溫度限制在-40°C～100°C之間，又因其優秀的低溫脆性，尤其適合在較寒冷的地區使用。PVC-U管的維卡軟化點為80°C，脆化點為-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，有脆裂的危險。

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

衛生性能HDPE塑料為隋性無極性物料，在加工時不添加任何含鉛類重金屬鹽穩定劑，故不含任何毒性，且對一般酸堿均不發生作用，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對健康不利。PVC組織中含有氯元素，且在焚燒過程中產生致癌物二惡因，會對人體健康和環境有不利影響。

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，熔接強度可達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，故此在燃氣管道中其它連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管內含有石粉及具有揮發性的增塑劑，長時間曝曬會發生裂解、硬脆、老化。

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

六、管道埋在墊層內與管材特性的關系。

1.拉伸彈性模量、彎曲彈性模量、抗拉強度，屈服強度這四個參數值說明管道的柔韌性，這四個數值HDPE管道遠遠超過了PVC管材。在墊層內管道需要承壓，需要承受軸向與環向的應力，管材的柔韌性約好，越能適應在墊層內的環境。

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。

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

七、結論

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%，而且有繼續增長的趨勢。在歐洲，HDPE管道是可以安裝在混凝土樓板內的。所以對比各種材料性能來說，HDPE的綜合性能高于PVC管材，以后將做國內建筑中大量應用。

上接第393頁

（5）回填紅土每層虛鋪厚度不得大于30㎝；

（6）要嚴格控制回填土的質量、含水量及分層厚度，確保壓實度達到設計要求。

表1溝槽回填土作為路基的最小壓實度

由路槽底算起的深底范圍（cm）道路類別最低壓實度（%）

重型擊實標準輕型擊實標準

≤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）路基土方壓實度標準按城市支路標準執行。

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

（9）填至路面時進行路面整平碾壓。

三、結束語

小區排水管道施工，施工現場地質情況復雜，施工難度大，在施工前，只有通過制定周密的施工方案，找出施工中的關鍵點和難點，才能使得施工起來井然有序，保證施工質量和安全，通過項目施工人員的努力，嚴格按照規程規范施工，同時根據現場的不同情況，靈活調整技術方案，保證了施工的順利進行，得到監理和業主的好評，通過該工程，大大改善的小區居民的生活環境，提高了公司的聲譽，為以后公司在安哥拉承攬更多的工程創造了有利條件。

參考文獻：

[1]GB50268-97，給水排水管道工程施工及驗收規范[s]

作者簡介：

蔡齊海（1978年10月），男，漢族，籍貫：重慶市江北區，學位：大學專科，研究方向：給排水。