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非金属管材在供水管网中的应用
作者:凤凰游戏 - 2021-02-24 01:02-

  :本文回顾半个世纪以来,非金属管材在城市供水管网中应用的经验与教训,对当前应用新型非金属管材,提出了相应的关注点,供用管单位的参考。

  自从上世纪六十年代初开始,非金属管材就开始在城市供水管网中试用、推广。在城市供水管网中应用非金属管材的过程却非一帆风顺,非金属管道故障率高、爆管率高,又不断促进非金属管材本身品种的更新、材质的提高。六十年代应用的石棉水泥管、钢筋混凝土管,在七十年代就淡出了;七十年代推广应用的自应力管、预应力钢筋混凝土管及小口径塑料管材,在九十年代末亦退出大中城市的供水管网;九十年代推广应用的预应力钢筒混凝土管、聚氯乙烯管、聚乙烯管、无规共聚聚丙烯管、铝塑复合管、钢塑复合管、玻璃钢管等,至今仍在城市供水管网中有所应用,但应用中亦暴露出若干问题有待认线. 非金属管材应用的经验与教训

  非金属管材尽管应用中出现了诸多问题,但城市管网中仍有它的市场,这是因为它的优点亦很明显。非金属管材的防腐性能优于金属管材;内壁光滑,能长期保持输水能力;节省金属消耗;通常工程造价低于金属管材;其中化学管材重量轻,有利于运输与安装等。

  非金属管材运输与安装中碰撞,容易受损;水泥制品的管材重量比较重,运输、安装难度较大;化学管材受日光照射,容易老化;大中口径非金属管材往往配套的是金属管件或制造质量难以控制的非金属管件,从而影响了非金属管材的优越性。

  六十年代敷设的石棉水泥管、钢筋混凝土管,除了管材本身的问题外,管道连接的接口通常采用刚性的石棉水泥接口,因而容易爆管。但改用橡胶圈柔性接口后,不易发生爆管。如以下几件事例:

  (1)1966年3月8日我国河北省沧州地区发生数次地震,震级7.2级,烈度10.2度,部分墙头倒塌,而石棉水泥管道却正常运行。1967年3月27日沧州地区又发生地震,震级6.7级,烈度9.8度,但石棉水泥管仍未出问题。日本十胜冲地震刚性连接的石棉水泥管材折断161处,占各种管材折断总数的80%。

  沧州地区石棉水泥管未受地震影响的主要原因是石棉水泥管道接口做法一般采用“三刚一柔”,也就是三个刚性接口,一个柔性接口,基础松软地区采用一刚一柔,甚至全部采用柔性接口。为此,沧州地区石棉水泥管道未受到震害破坏,其主要原因应该说是由于设置了橡胶圈柔性接口的缘故。这也说明了橡胶圈柔性接口有较好的抗震性能。

  承插式自应力钢筋混凝土管及承插式自应力钢丝网水泥砂浆管,简称‘自应力管’。它应用橡胶圈柔性接口,克服了刚性接口的缺陷,比预应力管制造简易,价格较低。但是自应力水泥的二次膨胀问题,往往在水管输水后发生承口破裂等爆管事故;管内壁浮浆影响输水水质及输水能力;较小口径自应力管折断事故频繁。因此,上世纪九十年代已不再用于大中城市的供水管网。

  预应力钢筋混凝土管于1965年在辽宁省试用,1972年后在全国推广应用,在金属管材紧缺的年代受到用管单位的欢迎,当时不少大中城市供水管网中得到较快的应用。由于采用橡胶圈柔性接口,爆管情况较少。但是管材运输、铺设过程中损伤较多;一阶段管承口失圆严重,虽增添磨削工序修复,需不同直径胶圈配套,繁琐;一阶段管钢模接合缝处漏浆、串水较多;三阶段管潮片、渗漏较多;承插接口容易渗滴;局部沉降时胶圈容易冲脱等问题。从上世纪九十年代后期开始,供水管网中逐渐不用此种管材。

  (1)曾经在聚氯乙烯管材和管件安全性抽验时,有四次浸泡液中铅含量严重超标,有一次出现氯仿、四氯化炭超标。监测站技术人员指出,铅是严重的蓄积性毒剂,是一种致癌变物质,无论是由于短期还是长期摄入人体的铅,都会严重损害健康;氯仿、四氯化炭也均为高致癌风险的有机毒物。由于生产成本等因素,有不少厂家采用低价的三盐基性硫酸铅或二盐基性亚磷酸铅作为产品的热稳定剂,因此产品中含有铅,产品经高氯水的浸泡后,水中自然会出现大量的铅。而氯仿、四氯化炭超标则是由于管件与管材粘接时所使用的粘合剂的溶剂引起的。

  (5)各类塑料管材制造过程中的添加剂对人体内分泌干扰素的影响不容忽视,上世纪九十年代日本研究者提出“环境激素”问题,研究指出有些化学物质会经过食品、空气、管道等进入生物体内,产生“假性激素”,影响其本身的激素分泌,干扰身体平衡机制,特别是在生殖方面,只要摄入约一兆分之一微量,即可干扰生物体的功能,导致男性精子量减少,免疫系统功能降低,悪性肿瘤的易发性等。在67种干扰内分泌的化学物质中,有7种用来制造涂料、树脂、可塑剂的化学物质是最危险的,它们是丁蝎锡(丁基锡)、辛基苯酚、壬基苯酚、邻苯二甲酸二丁酯、八氯苯乙烯、苯酰苯、邻苯二甲酸环已基。研究指出环境激素物质双酚A(英语词汇‘Bisphenol’,它是2,2-双丙烷、2,2-双酚基丙烷的俗称),在合成聚氯乙烯的工艺中作为稳定剂添加于原料中,它还在环氧树脂、不饱和聚酯树脂等涂料中使用,应引起高度关注。相反,聚乙烯在合成时不需要双酚A作添加剂的,更增强了推广使用聚乙烯给水管的信心。

  管道粗糙系数的设定,关系到管道的输水能力与管道的工程造价,国内近期的大型输水工程,为了降低工程造价,采用新铺设试验管段,实测管道的粗糙系数作为设计依据,忽略了管道长期输水过程中的积气、配件阻力等的影响因素,将预应力钢筒混凝土管的粗糙系数值由原设计手册推荐的0.013改为0.0115,这将引起人们对管道输水后达不到设计输水能力的疑虑;大、中口径的聚乙烯给水管的粗糙系数值,通常取用0.009,但管道内壁并不平整,如管段热熔对接引起的缩径、内翻边及管件的内翻边,造成的内径变化是不应该忽视的,当dn315mm~dn1600mm时,管两端内径要缩小20~60mm,两管热熔对接后,加之内翻边的存在,管材接口处,缩径达40~80mm,从而输水过程中积气是可能的,增大的阻力是存在的,因此粗糙系数不应取值过小;玻璃钢管亦存在同样的问题。

  管配件由于形状、承压条件及制造难度均大于管材,如球墨铸铁管的管件壁厚大于管材,当管材用K9级时,管件用K12级,有标准图集。非金属管道设计、制造时,往往没有重视这一规则,如华南某开发区敷设的玻璃钢管道,管材刚度取N=5000,管件亦取相同值(违规),管件没有完备的设计图集,甚至现场任意拼凑制造,极不规范,导致管道运行后,管件部位爆损严重;在预应力钢筒混凝土管道的管件制造上亦存在类同问题,与预应力钢筒混凝土管材配套的是钢板复合管件,它的结构设计应符合钢管配件的设计方法,它的内衬、外防腐应符合复合管的特点。

  回顾各类塑料管在应用中出现的诸多问题,关键的一点是原材料选用不严。比如:聚氯乙烯管在国外保持了较高的应用率,但国内近些年应用率下降,其中重要的原因之一是国外管厂通常应用专用混配料制造,在管厂不应添加过多的添加剂,国内管厂则一律应用自配料方式制造,适应市场价格的变化,添加不同质与量的添加剂,这样的管材难以保证质量的稳定;对于聚乙烯管材,“给水用聚乙烯管材”产品标准及“埋地聚乙烯给水管道工程技术规程”中,选用专用混配料作为强制性标准,但国内多数管厂并不遵守这一规则,仍以自配料方式制管,选用添加料的品质不一,碳黑添加难以均匀等原因,它严重影响管材的质量及应用效果;玻璃钢管可以根据不同的使用条件进行结构设计与制造,选用不同的树脂与玻璃纤维等,从而影响它的质量与价格。一般结构层所用树脂为邻苯性不饱和聚酯树脂或改性邻苯性不饱和聚酯树脂;内表防渗层,一般使用间苯性不饱和聚酯树脂或卫生级邻苯性不饱和聚酯树脂,产品质量要求较高时,内防渗层也有用乙烯基酯树脂,而这些树脂的价差是很大的,效果也是不一的。

  D. 胶圈内外间隙封堵措施的落实要认真,不倾向用稠密度水泥砂浆嵌缝作业,这样管底嵌入的水泥砂浆干缩后容易掉落,亦往往遗漏嵌满底缝。为了保护接口端部的承插钢环,需在接口的外侧进行灌浆,在接口处外侧应用灌浆带包裹,灌浆带由帆布或双层聚丙烯塑料编布组成,上面留出灌浆口,用绳带捆紧在管接头两侧。用1:2.5水泥砂浆制成流态灌注。为便于砂浆灌注密实,可事先在接缝内放入一根铁丝,在灌浆时来回牵动,以利砂浆密实,灌满后顶部用塑料布覆盖。对于管径偏大时,一次灌满可能造成灌浆带受压过大产生破坏,故可以在灌浆带中浇灌1/3的砂浆,让砂浆在下次灌浆前凝结,或在灌浆带底部1/3处回填土,以便在整个灌浆带中浇灌砂浆时,起支撑作用。

  另外,金属的晶间结构及应力的不同也会导致腐蚀,简称应力腐蚀。一旦钢筋出现局部腐蚀或断裂,应力就会重新分布在邻近的钢筋上,使之负载加大,随之会造成其他钢筋的腐蚀或断裂。这种情况下,若外界应力小于钢筒的断裂强度时,则钢筒发生了形变,若外界应力大于钢筒的断裂强度时,则钢筒就会断裂。管道的最终破裂也将不可避免。

  表面涂层法是通过封闭管道来起作用的,防止土壤中的水、氧气和腐蚀性离子的渗透。常用的表面涂层有环氧煤沥青、静电喷涂环氧树脂、弹性聚氨脂橡胶和改性环氧树脂等。砂浆层外的环氧煤沥青防腐层制作分湿法与干法,湿法其指管材喷射水泥砂浆层后马上作防腐层;干法其指喷射水泥砂浆层后,待干燥固化后再作防腐层。通常湿法工艺,工艺流程单一,成本低,南水北调工程中,铺设于盐碱地的预应力钢筒混凝土管采用了该工艺的防腐措施。

  阴极保护技术就是向被保护的钢管或钢筋、钢套筒混凝土管道通以足够的直流电流(阴极电流),对管道外表面进行阴极极化,促使钢质管道或钢筋、钢套筒管道在土壤中的腐蚀原电池阴阳极间的电位差减少,使腐蚀电流趋于零,进而达到阻止管道腐蚀的目的。根据直流电流的来源不同,阴极保护技术分为牺牲阳极和外加电流两种保护方法。

  (1)在非金属管材及管件制造方面,缠绕式玻璃钢管及管件制造过程中操作者的严谨程度对制造质量关系密切,监控的手段相对脆弱;

  (1)购置的复合管材,应先任选一段作曝晒或烘烤试验,两者材料间附着力不强的复合管材不应购置;

  (1)预应力钢筒混凝土管属半柔性接口的管材,它铺设在平基、弧基的基础上,管材钢筋的含量是不同的,因此在较硬的土基上应铺砂垫层,管材压上去就自然形成弧形基础;

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