不飽和樹脂排水管道系統應用現狀

胡浩然　尹青亞　李　靜河南建筑材料研究設計院有限責任公司（450002）

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不飽和樹脂排水管道系統應用現狀

胡浩然尹青亞李靜
河南建筑材料研究設計院有限責任公司（450002）

摘要:介紹了不飽和聚酯樹脂的發展歷程和應用領域，對比了樹脂成品排水溝與傳統排水系統的性能差異，綜述了不同類別的不飽和樹脂排水管道在城鎮交通、市政設施方面的應用現狀，以及不飽和樹脂基材若干改性技術，提出了相關企業在發展過程中應注意的幾點問題。

關鍵詞:不飽和聚酯；排水管道；城鎮交通；市政設施；改性技術；企業發展

不飽和聚酯樹脂(unsaturated polyester resins)指由不飽和二元酸(或酸酐)與二元醇縮聚而成的含有酯鍵和非芳香族不飽和雙鍵的線性低聚物，屬于熱固性樹脂。在引發劑作用下，通常能與苯乙烯等有聚合能力的單體發生交聯反應，生成三維網狀結構的體型聚合物，從而具有黏結性和強度。不飽和聚酯樹脂是現代復合材料中最早的聚合物基品種，1940年，美國成功制成不飽和聚酯、玻璃纖維軍用飛機雷達罩，不飽和樹脂及其復合材料開始受到工業界關注。二戰后，不飽和樹脂及其復合材料迅速擴展到民用領域，如汽車、船艇、風力發電機部件，節能、防腐、排水管道設備，冷卻塔、波形瓦、食品生產設備，門窗、潔具、運動器材等，已成為國民經濟建設不可缺少的重要材料[1]。

1不飽和樹脂排水管道特性

不飽和樹脂排水管道系統主要由管道溝體、上層蓋板、備品附件組成。管道溝體以樹脂聚合物替代水泥作為膠黏劑，以天然礦物、玻璃纖維等為增強材料，屬于新型樹脂混凝土。重量僅相當于傳統水泥的25%(密度2.1~2.3 kg/dm3)，安裝不需大型設備和專用工具。不飽和樹脂排水管道具有無毛孔(表面光滑)、無滲透(吸水率＜0.05%)、耐化學腐蝕(pH值3~9范圍適用)、抗壓及抗折強度高(＞90 N/mm2和22 N/mm2)、韌性好(彈性模量25~35 kN/mm2)、耐久性好(抗老化免保養)、節能環保(與其他礦物兼容,可搭配雨水回收系統)、機械加工性能好(能耐受切割、鉆孔、鑿刻)等優點[2]。

表1不飽和樹脂成品排水溝與傳統排水系統的性能對比

不飽和樹脂排水管道主要用于戶外，可防止積水對鋪裝材料和構筑物造成損壞，減小公眾雨天出行的安全隱患，屬于典型的“線性排水”系統。與傳統的“點式排水”相較，具有如下優點:外觀簡潔統一，易于清理維護；線性連續截水，排水效率高；管道不易堵塞，使用壽命長；不需四面找坡，易于施工；埋地深度淺，開挖量小，不與其他埋地管線沖突。

2不飽和樹脂排水管道應用現狀

專家指出，過去5年間(2011~2014)，不飽和樹脂產品的市場需求已進入穩定的飽和狀態，未來該產業新的增長點首先是城市排水管網和玻璃鋼沼氣池等系統化設施，其次是玻璃鋼漁船、玻璃鋼儲油罐、集成衛浴等產品[3]。近年來，我國幾乎每個大城市在夏季暴雨來襲時都曾遭受洪澇之災，排水不暢已成為當前城市建設中一個非常棘手的問題。因此，城市建設的重點將從“地面”轉向“地下”,以不飽和聚酯樹脂混凝土為主體的排水設施將成為市政基礎建設的重點。

2.1城鎮交通方面

不飽和樹脂排水管道系統在城鎮交通方面的應用是非常重要的，也是取代水泥基混凝土管道、PVC、PB、PE、PP等脆性樹脂管道的未來市場走向。人流、車流量高的地點，如高速公路、城市道路、隧道、機場、碼頭、物流園區、集裝箱裝配區、重工業廠房等，對路面排水要求很高:排水系統必須能夠承受重載汽車等動態重量，必須確保大雨量降水情況下路面能迅速排水，設計、安裝、維護過程必須經濟可行[2]。目前，城鎮交通較多采用的不飽和樹脂排水管道系統有以下幾種:

1）一體式線性排水系統

專為瀝青和混凝土路面設計，適用于城市道路、機場、物流裝配區；溝體和蓋板均為樹脂混凝土材質，蓋板厚達13.5 cm，內部有鋼筋加強，可有效提高排水溝的抗側向沖擊力。一體化成型、防滑設計，車輛高速行駛中無蓋板移位或跳板現象。排水溝側壁附帶出水孔、間隔配套跌水井，能有效收集瀝青路面的層間水。

2）路緣石線性排水系統

特別適用于弧形交通路面的線性排水，如快速路、景觀路、車站。樹脂混凝土一體式結構,可有效結合路面排水和路緣石功能，取代傳統道路雨水口,節約部分管道施工費用。配備沉砂箱、檢修口、積水槽、垃圾井、保護蓋等，便于清理維護。

3）重承載線性排水系統

適用于城市道路、機場、物流裝配區、道路邊緣、小型車輛行駛區。溝體為樹脂混凝土材質、帶球墨鑄鐵護邊，蓋板為球墨鑄鐵材質、花紋樣式繁多，承載力最高可達900 kN。溝體間采用承插式連接方式，并留有5 mm打膠槽，可供特殊區域的二次防滲打膠。

4）有軌電車線路排水系統

專為城市軌道交通設計的大排量排水溝及構件[4]，具有鋼筋加固的聚合樹脂側內壁、加強型球墨鑄鐵護邊、延性鑄鐵格柵蓋板，承重等級可達D400，適應極端側向力，符合EN1433歐洲標準[5]；排水溝標準長度1.25 m，符合常規鐵軌間隙，相應的格柵蓋板標長0.5 m和0.75 m，由中央鍵控制其凸銷及4位螺母鎖定，還配備有防振松系統。格柵蓋板表層涂有環保水溶性涂料，固定用螺母和螺帽也經過防腐處理。排水溝通過橡膠絕緣片的熱浸鍍鋅鋼與鐵軌接合，橫向貫穿φ60~80 mm的排水孔，確保各級電氣絕緣與最佳的密封性。

2.2市政設施方面

市政設施是不飽和樹脂排水管道系統應用的另一熱點。房屋施工、花園道路和景觀美化項目對排水系統的要求相對個性化:部件構造應簡單明朗，便于雜工和技工快速安裝，外觀應具有持久吸引力，能夠協調從彎曲到整體的設置，使用壽命較長，能夠承受一定載荷，價格合理[6]。目前市政建設多采用的不飽和樹脂排水管道系統有以下幾種:

1）金屬蓋板線性排水系統

適用于人行道、自行車道、綠化帶、道路邊緣、小型車輛行駛區。溝體為樹脂混凝土材質，高強、抗凍、耐腐蝕。金屬蓋板有熱浸鍍鋅、不銹鋼材質，花紋樣式繁多。采用嵌入式扣合方式，不需螺母固定，便于隨時使用簡易工具清潔檢修。配備端蓋、淤泥箱、出口接頭等附件，出水口設置靈活，與市政雨水管道連接方便。

2）縫隙式線性排水系統

適用于廣場、幕墻、景觀、學校、醫院、小區，路面僅留若干縫隙，取代金屬蓋板設計?？p隙寬度僅15 mm，收水能力達到0.6 L/m，能與不同的硬質鋪裝材料搭配使用，外形簡潔美觀。縫隙式線性排水系統分為中縫式和側縫式兩種，縫隙間由片狀鉚釘和方管支撐,承重等級可達D400。專用沉沙箱設計，解決日常垃圾堆積問題，使溝體內無異味產生。

3）停車場線性排水系統

溝體高度僅50 mm，特別適用于層高有限制的多層建筑的地下地下停車場。樹脂混凝土一次性成型，無移動配件，無碾壓噪音，承重等級為C250，無需大型吊裝設備，安裝簡易；排梳狀設計，符合輪椅、自行車胎標準寬度，可用作盲道指示，符合殘疾人無障礙要求。

3不飽和聚酯樹脂改性技術

不飽和聚酯樹脂作為反應固化性材料的基體，近20年來在世界范圍發展迅速。目前，在排水管道設備領域,不飽和聚酯樹脂研發的熱點是通過共聚、摻混、特殊工藝等技術，降低材料的收縮率，優化其浸潤性、加工性能、力學性能，增強其與添加劑的相容性，提高成型制品表面質量[7]。

不飽和聚酯樹脂固化過程中常伴隨7%~10%的體積收縮，影響制品尺寸的穩定性。針對該問題，武漢理工大學等通過加入聚苯乙烯和聚醋酸乙烯酯類助劑，采用“兩步法”合成工藝，適當降低分子中雙鍵的含量，使材料收縮率降至0.36%以下。南京工業大學在淤泥、玻纖填充不飽和聚酯體系中加入低收縮添加劑，制成抗折強度達100 MPa的型材。清華大學利用廢舊線路板回收粉料、短切玻璃纖維作填料，采用模壓成型工藝，制成抗壓、抗折強度達102 MPa、64 MPa的復合材料。西北工業大學分析了溫度、邊緣效應、SiC納米粉填料對樹脂流動性和力學性能的影響，通過對預制體進行真空浸漬,使樹脂在其中充分流動，制成抗折強度達325 MPa的復合材料[8]。其他增強增韌填料還有活性硅微粉、納米碳酸鈣、玻纖織物、炭黑、碳納米管等。

排水管道用不飽和樹脂還應具有優異的抗滲、防腐性能。法國科學家用滲透法和顯微鏡研究不飽和樹脂中水分的吸收、擴散作用，明確了潮濕環境下不飽和樹脂材料的滲透、破裂行為[9]。湖南工業大學用氫氧化鈉、硫酸、甲苯浸泡以Ca(OH)2、Al(OH)3為填料的不飽和樹脂聚合物，發現聚合物與填料之間黏結力降低，導致材料強度嚴重受損[10]。保利科技將順酐、二醇制得的不飽和樹脂與含有氣干性基團的預聚物接枝共聚，得到的產物可耐強酸、強堿、氧化介質的長期腐蝕[11]。

技術研發應始終與工業生產、下游市場高度銜接，才會有準確方向和持久生命力。無論面臨何種市場環境，不斷提升產品質量是企業立足之本。對于樹脂基材生產企業來講，以DCS為核心的工藝技術優化是提高與穩定產品質量的關鍵。對于玻纖增強樹脂(玻璃鋼)制品企業來講，模具與自動化水平將決定制品的成型質量與生產效能。不斷改善作業環境和勞動保護手段，例如使用苯乙烯揮發量低的樹脂來降低原材料的毒性、通過防護措施減少玻纖毛刺對皮膚的傷害，增強產業的安全性與吸引力，緩解一線人員流失狀況。此外，企業應強化供應鏈管理,充分利用市場信息來降低生產成本，不僅要研究產品銷售市場,更要研究原材料供應市場。

參考文獻:

[1]李玲.不飽和聚酯樹脂及其應用(第1版)[M].北京:化學工業出版社,2012.05:23- 24.

[2] MEA Traffic.米亞預制式樹脂混凝土成品排水溝.米亞建筑材料有限公司.

[3]《不飽和樹脂行業出路何在》.中國不飽和樹脂網http: //www.upr- e.cn/.

[4] MEA Drain.有軌電車軌道排水方案.米亞建筑材料有限公司.

[5] EN 1433- 2002《車輛和行人區的排水通道分類、設計、試驗要求、標記和合格評定》.

[6] MEA Drain.米亞預制式樹脂混凝土成品排水溝.米亞建筑材料有限公司.

[7]吳良義.不飽和聚酯樹脂國內研究進展及其國外背景[J].熱固性樹脂,2007,22(2):1- 3.

[8]趙建宇.中國不飽和樹脂工業進展[J].熱固性樹脂, 2013, 28(3):53- 57.

[9]合成樹脂及塑料工業信息.2000~2001年國外塑料工業進展[J].塑料工業,2002, 30(3):13- 14.

[10]彭瑛.不飽和樹脂聚合物的耐腐蝕研究[J].玻璃鋼/復合材料, 2009, (4): 39- 52.

[11]郭君岐.氣干性耐腐蝕不飽和樹脂的研究[J].熱固性樹脂, 2012, 27(3):42- 45.