供水管网的管材综述_水利论文

1、供水管网的管材综述_水利论文    摘要：本文阐述了供水管网的功能要求；扼要叙述了管材的类别及适用范围；具体讲述了各类管材的特点及质量情况；并对各类管材从水力条件、物理性能、价格、工程造价等方面进行了比较，提出了推荐性建议。前言近十年来，因工作需要，笔者对供水管网所用的管材进行了一些调研，对各类材质的管厂参与了一些考察活动，并于1998年7月以来先后撰写了“供水管网的管材评述”、“浅谈热塑性塑料管材的相关问题”、“球墨铸铁管及管件相关问题的商讨”、“关于预应力钢筒砼管（PCCP）的推广应用”、“关于供水管材卫生状况的评价问题”共五篇，均在“中国水网”上发

2、表过，在省内、国内一些相关会议上进行了交流。近年根据主管部门的一些要求，管材市场上的一些新行情，本文进行了综合，并进行了局部充实与调整，综述意见很难周全，在此仅抛砖引玉，与业内同行共同商讨。1.供水管网的功能要求供水企业的根本任务是向用户提供清洁的饮用水，连续供应有压力的水，同时降低供水费用。为此，供水管网作为供水系统的重要环节，对于它的硬件有以下五点要求：(1)封闭性能高供水管网是承压的管网，管道只有良好的封闭性，才是连续供水的基本保证。(2)输送水质佳自来水从水厂到用户，要经过较长的管道，往往需要几个小时乃至几天。管网实际上是一个大的反应器，出厂水未完成的化学反应将在管网中继续进行，并且含

3、氯水与管壁发生新的接触，有可能产生新的反应，这些反应有生物性的、感官性的以及物理化学性的。因此要求管道内壁既要耐腐蚀性，又不会向水中析出有害物质。(3)水力条件好供水管道的内壁不结垢、光滑、管路畅通，才能降低水头损失，确保服务水头。(4)设备控制灵一个大城市的供水管网，管道总长度少的有数百公里，多的达数千公里，在这样的大型供水管网中有成千上万个专用设备，维持着管网的良好运行。在管网上的专用设备包括：阀门、消火栓、通气阀、放空阀、冲洗排水阀、减压阀、调流阀、水锤消除器、检修人孔、伸缩器、存渣斗、测流测压装置等。这些设备的完好是保证管网运行畅通、避免污染的前提。(5)建设投资省供水管网的建设费用通

4、常占供水系统建设费用的5070，因此如何通过技术经济分析确定供水管网的建设规模，恰当选用管材及设备是管网合理运行的保证。2.管材类别2.1 金属管材(1) 钢管(SP)钢管包括：钢板直缝焊管与钢板螺旋焊管(适用于大口径管道)、无缝钢管(适用于中小口径管道)、不锈钢管(适用于中小口径管道)，镀锌钢管与钢塑复合管(适用于小口径管道)，近年多数城市已不用镀锌钢管。(2)铸铁管(CIP)(2.1) 灰口铸铁管(GCIP)包括离心灰口铸铁管、半连续灰口铸铁管(适用于中小口径管道)。近年多数城市供水企业已不用灰口铸铁管。(2.2) 延性铸铁管(DCIP)包括退火球墨铸铁管、铸态球墨铸铁管(适用于各种口径管

5、道，主要是中小口径管道)，铸态球墨铸铁管亦逐渐退出市场。 (3)有色金属管包括铜管、铝管(适用于小口径管道)。2.2 非金属管材(1)水泥压力管(1.1) 石棉水泥管(ACP)现已不推广使用；(1.2) 自应力管(SSCP)在小城镇及农村用于中小口径管道；(1.3) 预应力管(PCP)包括管芯缠丝预应力管(又称三阶段管)(CTPCP)、振动挤压预应力管(又称一阶段管)(PVCP)、预应力钢筒砼管(PCCP)，适用于大中口径管道。其中预应力钢筒砼管是前者的新一代产品。 (2)塑料管(2.1) 热塑性塑料管包括硬聚氯乙烯管(UPVC)、高密度聚乙烯管(HDPE)(适用于中小口径管道)；聚乙烯夹铝复

6、合管(PAP)、孔网钢带塑料复合管(PSSCP)、交联聚乙烯管(PEX)、改性聚丙烯管(PP-R)、聚丁烯管(PB)、尼龙管(PA)(适用于小口径管道)；丙烯腈一丁二烯一苯乙烯三元共聚物为基材的工程塑料管(ABS)(主要适用于水厂投加氯及净水剂的管道，目前也有中口径管道产品)。(2.2)热固性塑料管(GRP)GRP管又称玻璃纤维增强树脂塑料管或玻璃钢管。玻璃钢管或加砂的玻璃钢管又分两种成型方法，即离心浇铸成型法(Hobas法)及玻璃纤维缠绕法(Veroc法)，GRP管在大口径工业用水管道上、排污管道及源水管道上有较大的适用前景。3. 管材适用性概述 3.1 钢管 (1)大口径钢管 钢管通常选用

7、Q235B(A3)镇静钢钢板制作，它的强度高，管材及管件易加工，管厂建设周期短，特别是地形复杂的地段，一般采用钢管。但钢管的刚度小，易变形，衬里及外防腐要求严，必要时需作阴极保护，施工过程中组合焊接工作量大，在地下水位较高时，可采用胶圈柔性接口措施克服这一困难，与水泥压力管相比，造价较高。(1.1) 制管工大口径钢管有两种成形工艺，即直缝焊管与螺旋焊管。直缝焊管的工艺流程： 剪板刨坡口钢板翻面压两头园弧卷管(含点焊)焊内外直缝(自动焊)管段对接(含点焊)焊环形口(自动焊)。 螺旋焊管的制造标准选用SY/T5037-92普通流体输送用螺旋缝埋弧焊钢管，制作过程分三个阶段，即条形钢带制作，螺旋成形

8、及内焊，螺旋管外焊及管段定长的切割。(1.2)钢管制作质量的主要要求钢管焊接符合现行的给水排水管道工程施工及验收规范（GB50268-97）、工业金属管道工程施工及验收规范(GB50235-97)的规定。钢管焊缝检验X-射线探伤、超声波探伤应符合现行国家标准现场设备、工业管道焊接工程施工及验收规范的规定。钢管焊缝探伤数量，在工厂为5，在现场为10。实际检验时可任选一种方式，但当选用超声波探伤时，应对超声波探伤部位作X射线探伤复检，复检长度为规定探伤数量的20。钢管出厂前还有时逐根作水压试验，试压值为管线试验压力的1.25倍。 直缝焊管焊缝外观应符合相应要求外，管节几何尺寸允许偏差，应符合表1规

9、定。 管节拼装时，纵向焊缝错开300mm，管径小于600mm时，间距也应大于100mm。 (1.3)钢管内衬质量的主要要求钢管内衬材料有水泥砂浆或环氧树脂等。A.水泥砂浆内衬的质量要求a.内衬前检查管道椭园率不大于管内径的2，管内壁无浮锈、杂物、油脂等，管内焊缝高度不大于内衬厚度的1/3。 b.水泥选用525号硅酸盐水泥，砂为干净中砂(粒径0.151.2mm)，水泥砂浆重量配比在112内选用，坍落度宜取6080mm，抗压强度30MPa。 c.内衬厚度及允许公差如表2。 d.水泥砂浆内衬后的内壁粗糙系数n0.012。 e.内衬因收缩引起的裂缝，当其宽度0.8mm，且轴向长度不大于园周长度和不大于

10、2m时，可不修补，否则应修补。 f.表面缺陷(麻面、砂穴、空窝)面积大于5cm2，深度大于内补厚度允许公差值，空鼓面积大于400cm2则应修补。B.环氧树脂内喷衬的质量要求内喷衬用环氧树脂的材质及作业要求，由于目前国家还没有相应标准，而是参考石油天燃气行业标准SY/T4057-93标准提出以下要求: a.钢管内壁喷砂等方式除锈达到GB/T8923的Sa2.5级标准的要求，使管壁呈现金属本色； b.作内喷衬的液体环氧树脂应具有卫生部的卫生许可证，且施工过程中对人体无害； c.衬层总厚度400m（通常喷涂五道，第一道底漆在喷砂除锈后一小时内完成，待表干后喷下一道）； d.涂层附着力达12级（试验方

11、法GB1720）； e.表面硬度，用2H铅笔试划无划痕（试验方法GB6739）； f.柔韧性1.0mm（试验方法GB1731）； g.耐冲击性能4.9（试验方法GB1732）； h.粘度0.2Pa.s（试验方法GB1723）； i.细度80m（试验方法GB1724）； j.表干时间4h，实干时间24h（试验方法GB1728）； k.甲组份固体含量70，乙组份固体含量80（试验方法GB1725）； ·.分别在10NaOH、30H2SO4、10NaCl中耐化学试剂性180d合格（试验方法GB1763）； m.耐盐雾性500h试验达一级（试验方法GB1771）； n.耐污水性100

12、6;；C 90d 合格（试验方法GB1733乙法）； o.喷衬后应抽检涂层厚度、孔隙、气泡 ，机械损伤等，对发现的缺陷及时修补。 (1.4)钢管外防腐的质量要求 参考石油部部标准“SYT28-87”，提出以下要求：a.钢管表面除锈应达到GB8923-88的Sa2.5级标准，呈现金属本色，无可见的油脂、污垢、铁锈等附着物；b.防腐材料应耐酸、耐碱、耐微生物侵蚀，涂有防腐材料的钢板在10盐酸及10苛性钠溶液中，分别浸泡90天；在30硫酸溶液中浸泡7天，防腐层外观无变化；c. 剪切粘结强度4Mpa；抗冲击强度1.2J；工频击穿强度20kv/mm；体积电阻率1×1012.cm；阴极剥离3级；

13、吸水率0.4%；耐好气性微生物侵蚀2级；d.防腐层应在24小时内固化，厚度均匀、密实、不翘、不皱、不空鼓、不漏色，不粘手，外观完整；e.防腐层固化后，用小刀划开舌形切口，无法使涂层分层剥落，底漆与金属表面粘结良好；f.防腐层表面硬度好，耐磨性好，钢丝绳悬吊不产生0.1mm的痕迹；g.防腐涂层固化后及三个月后，绝缘性能均良好，要求电火花仪检测的击穿电压达10000v，最低不小于6000v，且每平方米面积上只允许二处6000v以上针孔击穿；h.操作方便，对人体及环境无害；i.采用环氧煤沥青防腐蚀涂料时，底漆应在喷砂除锈后一小时内完成，以五油二布、总厚度600m，可符合以上要求。（1.5）钢管的阴极

14、保护措施 a.埋地钢管在腐蚀性土壤中采用阴极保护措施。 土地按实测的土壤电阻率(.m)值来判别其腐蚀性程度，如表3。b.阴极保护措施有牺牲阳极法及外加电流法，应根据具体情况选用与设计计算。(略) (2)镀锌钢管 在国内过去小口径管道上，主要使用的是镀锌钢管(白铁管)，但因锈蚀问题，影响水质及使用年限，近年多数城市已不再使用。另外，市场上出售的冷镀锌钢管，镀锌层薄，管内壁更差，甚至未镀上，极影响水质，使用35年就腐蚀穿孔，不符合供水管道使用，作为伪劣产品，已禁用。 (3)薄壁不锈钢管（LGSSP） 近几年国内已有一些企业可制造薄壁不锈钢管，并制造出胶圈快速连接的管件，它在冷热水管应用上前景广阔，

15、各种规格的管材、管件及阀门、水咀等已形成“白钢系列”产品，它不存在锈蚀与材质老化的问题，使用寿命长，外形美观，它在小口径管材中将是竞争力很强的品种。 用于冷热水供应的不锈钢管系0Cr18Ni9牌号的不锈钢薄板，它的抗拉强度达520Mpa，延伸率35。在小口径埋地及明敷管道中，有多种连接方式，通常采用压缩式密封圈连接较好，也就是先把螺母管件套在配管上，再用专用工具将配管胀成一山形台凸缘，将密封圈放入连接管件的内壁，用手拧螺母，使螺母与连接管件相接，后用扳手拧紧。此种连接方式有防滑脱的功能，亦便于装拆。若是管道埋于墙壁内，通常用对接焊连接，局部用法兰连接。输送热水的管道，外套保温胶管。薄壁不锈钢管

16、的管件制造有铸造成型及焊接冲压成型等工艺，以后者的质量较稳定，且美观。薄壁不锈钢管的工程造价仅比铝塑复合管、PP-R管高1020，而从使用寿命而言它是价廉的管材。 3.2 铸铁管 铸铁管是供水管网中使用量最多的一种管材。目前世界上每年铸铁管的产量约700万吨，并每年以3的速度递增。 (1)国外铸铁管生产概况 国外工业发达国家从六十年代开始逐渐淘汰了普通灰口铸铁管，普遍采用了球墨铸铁管，现年年产量约600万吨，产品规格为DN502900mm，其中美国年产量150180万吨，日本年产量90万吨，法国年产量6080万吨，德国年产量40万吨，英国年产量20万吨。法国莫松桥公司、日本久保田公司为世界上规

17、模较大，技术先进的球管生产厂家。目前国外球墨铸铁管铸造技术发展方面，主要是采用的水冷金属型离心铸管技术。但日本对大口径管用树脂砂衬离心铸造技术；独联体地区对大口径管却用半连续铸造技术（带热处理退火工序）。(2)国内铸铁管生产概况 我国有铸管厂200多家，年产量约120多万吨，这些厂家主要采用半连续铸造技术生产灰口铸铁管，近年部分铸管厂通过技改，转向生产球铁管，也有一些厂自然淘汰。 我国1985年开始从德国、美国等引进了水冷金属型离心铸管技术及设备；国内也自行研制开发了水冷金属型、热模法及树脂砂衬离心球管工艺生产线。现国内球墨铸铁管的生产能力达100万吨/年，口径从DN100DN2200mm，使

18、我国球墨铸铁管铸造技术，已赶上及达到国际较好水平，管材、管件除满足国内需求外，还有一定量的出口。 (2.1)管材行情分析 （2.1.1）球墨铸铁管是供水管网的主要管材 A.城市供水管网的功能需要球墨铸铁管 ·城市供水管道是输送饮用水的，必须内衬材料符合卫生要求。 球墨铸铁管内衬了水泥砂浆，管内输水符合卫生要求；若输送水的水质不稳定，则砂浆内表面应刷涂卫生级树脂保护，从而并不比非金属管材差。 ·城市供水管道是输送有压力的水，必须管道有承内压的功能。 球墨铸铁管可承受内水压力超过2.0Mpa以上，它比非金属管材强。 ·城市供水管道是敷设在道路下面，必须管道有承受土壤静

19、荷载及地面动荷载的功能。球墨铸铁管系延伸率、刚度、抗拉强度均较大的金属管道，承受土壤静荷载及地面动荷载的能力通常比其它管材强。当然若覆土过浅、过深时，也应通过结构计算确定相关措施。 ·城市供水管道的分支管件规格多、数量大。 球墨铸铁管的管件规格齐全，能适应新安装需要，也能适应运行管道上不停水引接分支的需要，它比非金属管材解决起来方便。 ·城市道路下面管线种类多、布置紧凑、立面交错、更改频繁，这些都要求管材的适应性强、折装方便。 球墨铸铁管系柔性接口，折装方便、承受局部沉陷的能力好，特别在有地下水或管内有少量余水的状况下维修容易，它比非金属管材维修难度小。 ·城市道

20、路下面的雨、污水管道容易渗漏，土壤腐蚀性强，要求管道耐腐蚀性好。 球墨铸铁管通常外表面首先喷涂锌层，再喷涂沥青保护，这方面比非金属管材弱，但比钢管强。 ·在城市道路已按规划定型的条件下，要求道路下面的管道能长期不维修。 球墨铸铁管通常有50100年的使用寿命，比化学管材及钢管使用寿命长。 B.当前城市供水管网组成状况，预示着球墨铸铁管的发展前景 ·我国城市供水管网中，铸铁管占80以上，近几年逐渐淘汰了灰铸铁管，大量使用球墨铸铁管。 ·我国台北市在1996年敷设3412km管道中，球墨铸铁管占84.82。 ·日本东京市城市供水管网中，球墨铸铁管约占90。

21、·美国近几年内，年安装供水管道23万km，球墨铸铁管占47.7。 （2.1.2）城市供水管网不可能使用单一管材 以上所述，球墨铸铁管是城市供水管网的主要管材，在国外DN502900mm之间均有球墨铸铁管的产品，在国内DN1002200mm之间也有球墨铸铁管的产品，但并不说明城市供水管网要使用单一管材，其理由如下： A. DN1400mm及DN200mm的球墨铸铁管，铸造难度大、相对价格高。 B. 大口径球墨铸铁管的管件，铸造难度大、相对价格高。 C.大口径球墨铸铁管管壁簿，承、插口端容易变形，影响管道敷设。 综上所述，在国内各城市供水管网中，球墨铸铁管目前宜适用于DN3001200m

22、m之内。（2.2）推广球墨铸铁管时应注意的几个问题 A.管材质量控制是关键 ·球墨铸铁管不同于灰铸铁管的铸造，它是铸管行业的高科技产品，它从原料选择及每道工序的质量控制都有严格的要求。 ·球墨铸铁的原材料要求含磷0.1、含硫0.015，否则应有脱磷、 脱硫措施。 ·熔炼的铸铁铁水，再以电炉提高铁水温度达1550左右。 ·随之添加镁、钙、铈等碱土金属或稀土金属的球化剂，使含在铸铁中的石墨组织从片状变成球状； ·添加球化剂后的铁水应以光谱仪快速检验铁水中主要化学元素的含量及金相分析。 主要化学元素含量应符合要求（碳3.63.75%；硅1.82.1%

23、；锰0.4%；磷0.05%；硫0.02%；镁0.030.05%；稀土元素0.010.03%）。 按GB9441-88标准进行金相检验，要求球化等级以二级为主；球化率大于80%；石墨大小为67级(在400倍视场下，球径为1.54mm)，石墨球数达600800个/mm2；渗碳体1%；小口径管铁素体90%，大口径管为85%左右(球光体控制在812%内)。 ·上述快速检验合格后，则铁水在10-15分钟内倒入钢模中离心铸造成管坯。 ·这种管坯必须经热处理后成可延性的球墨铸铁管（中、小口径的管材延伸率应10；大口径的管材延伸率应7）。 · 根据ISO2531-91国际标准的要

24、求，这种球墨铸铁管的力学性能指标为：抗拉强度420MPa；抗弯强度590MPa；屈服点强度300MPa；布氏硬度230。 ·根据ISO8179-1995标准，外涂层应为锌+沥青，喷涂应在管材表面洁净、预热的条件下进行，规定喷锌量130g/m2，焦油沥青喷涂层厚度约0.08mm。现不少用户忽略了喷锌这一要求，国外明确提出只有锌层与管表面结合为一体时，再喷涂沥青后才能对管材提供有效的保护。 ·根据ISO4179-1985标准，管内表面均应水泥砂浆衬里，日本还在砂浆表面喷涂卫生级不饱和树脂。 ·管材、管件的补焊问题，有些厂明确补焊的措施，有些厂口头表示不补焊，而实际上又

25、存在补焊的情况。作为用户，原则上不同意管材、管件进行补焊；国外相关标准提及，若管材、管件进行了补焊，并通过了相应复核性检验，建议向用户说明原因，向原意接受的用户出售。 ·管材出厂前逐根试压检验、承口内清除铁瘤、抛光处理、承插口胶圈工作面刷涂卫生级的环氧树脂，口径400mm时建议管材运输与堆放期间，承口端应加内支撑。 B.管件问题 管件的问题包括管件质量及规格品种配套的问题。 ·管件质量长期影响着球墨铸铁管的发展，近五年内蒙赤峰管道铸造有限公司、湖南桃江铸管厂、四川川建管道有限公司等单位运用消失模法（EPS）负压实型铸造球墨铸铁管件在国内得到可喜的成功，川建管道有限公司铸造的

26、管件完全不必机械二次加工，使管件质量赶上了管材的质量。消失模法负压实型铸造的主要设备有：制模设备（预发机、成型机）；模型粘结组合设备（简易或自动粘结机）；涂料及涂层制备设备（涂料研磨机、涂料箱）；造型设备（振动台、加砂装置）；落砂设备（翻箱机、底泄砂装置）；砂处理设备（筛分设备、冷却装置、水平及垂直输送设备）；负压浇注设备（真空系统）；抛丸除锈设备；环保设备（除尘系统、浇注尾气净化装置）。 消失模法负压实型铸造的主要原辅材料有：泡塑模型原材料（可发性聚苯乙烯珠粒EPS）；模型粘结胶；模型粘结胶带纸；模型表面修补剂、修补膏；型砂等。利用消失模法负压实型铸造球墨铸铁管件，表面平整，可使管件厚度减少

27、1/4，法兰盘端面及法兰盘孔不另行加工，承、插口工作面可不加工或少加工。消失模法负压实型铸造属精密铸造工艺，目前主要在中、小口径管件上应用，各个工序上质量控制较严，泡塑模型原材料的质量、模型粘结胶的质量、模型成型的质量、涂层的质量、造型工艺、浇注工艺等对铸件的质量影响是不可忽视的，只有严把质量关才能使铸件质量稳定。铸件外观质量好了，还不能说明铸件质量的全面情况，法兰盘的平整度及尺寸、柔性接口工作面尺寸，都应核查，特别是产品逐件的水压检验不可免除。 消失模法铸造的管件售价较高，但管件重量轻、免机械加工，工程造价基本持平，它应是当前球墨铸铁管件的较理想的铸造工艺。 大口径管件目前较好的铸造是采用树

28、脂砂成型，质量较好。 近年国内有厂家试用金属模上高压喷射树脂砂，一方面使金属模重复使用，再方面使管件表面质量提高，也是很有前途的铸造工艺。 ·管件的规格品种一定要与管材的口径配套，一定要与异形管件柔性接口防滑脱的措施衔接好。 C.柔性接口防滑脱问题柔性接口的优点己经得到公认，但在异形管处支礅尺寸较大，有时在道路下面无法实施，因此研究柔性接口防滑脱问题十分迫切，归纳起来有以下几种方式： ·承插接口处加拉箍利用拉箍与管表面的摩擦力来减少柔性接口滑脱力，从而减小支礅尺寸。如若管道口径不大，多个承插接口处又加拉箍，甚至免砌筑支礅。 ·带止退槽的螺旋式接口管承口端有内螺扣，

29、螺纹压兰压紧挡环，使密封胶圈限位，若插口端加工有止退槽，则具有防滑脱功能。 ·自锚式接口它是一种特殊的机械式接口，它由焊接于管插口端的挡环、外形带曲率的锁紧环、特殊的压兰及螺栓组成，它通过压兰、锁紧环实行自锚，较好地结合了柔性接口的密封性与防滑脱性。 ·座圈卡固接口它也是一种特殊的机械式接口，承口较长，承插口间用座圈卡固，其抗剪强度大，抗滑脱性能好，适用于较大口径管道上。·复合接口它是承口端用传统的T型接口外增加了防滑脱接口，因此承口较长，防滑脱接口系防滑脱胶圈与锥形钢环组成。 ·防滑脱胶圈它是不改变管承插口T型接口的形式，仅是传统的T型胶圈的内斜面均匀

30、分布了数个防滑脱钢钉，从而具有8-9倍传统的T型胶圈的防滑脱力。 除以上列举的方式外，尚还有一些方式，这些方式均有待在研制、实践中去鉴别与完善。 D.胶圈问题球墨铸铁管可使用50100年的问题可以理解，橡胶圈能否达到这样的寿命？没有把握，这也是所有柔性接口存在的同一疑问。因此厂方提供配套胶圈时应向用户说明以下内容：·胶圈由那个橡胶厂供货，该厂的相关证件；·胶圈是选用什么材料制作，执行的什么标准，该批胶圈化学、物理检验数据，用于供水管网的胶圈通常选用三元乙丙及丁晴橡胶，切勿掺和再生胶； 总的而言，当前胶圈重视的程度是不够的，产品标准中对此规定得亦不细，建议相关部门应指定专业科

31、研单位作进一步工作，用管单位在订货时应有明确要求，在大批量订货时，应委托省、市质检部门作化学、物理抽验。 另外大口径球铁管在较大覆土条件下，必须通过结构计算，采取相应措施，才能确保球铁管管道的安全运行。 3.3 水泥压力管 3.3.1石棉水泥管我国在六十年代，部分城市使用过，目前几乎没有使用。3.3.2自应力管自应力管是用自应力砼并配置一定数量的钢筋制成的。制管用的自应力水泥是用425号或525号普通硅酸盐水泥、325或425号矾土水泥和二水石膏，按适当比例加工制成，所有钢筋为低碳冷拨钢丝或钢丝网。 国内生产的自应力管规格主要在100600mm之间，由于工艺简单，制管成本较低，有100多个生产

32、厂家，年产量近1000km，但由于容易出现二次膨胀及横向断裂，目前主要用于小城镇及农村供水系统中。 3.3.3预应力管 预应力管包括一阶段管、三阶段管、预应力钢筒砼管。 (1)一阶段管 一阶段管的制管过程是先把作为环向预应力钢丝的钢筋骨架放到装配好的管模中，布置上纵向钢筋，用电热法或机械法使纵向钢筋获得预应力，然后浇注砼，此后向特制的橡胶内膜中注水升压，使胶模膨胀，砼、外模和钢筋一道膨胀变形，把砼中水份排挤掉。环向钢筋获得了预应力，并立即进行蒸汽养护，待砼凝固后将内模中的水压泄放，脱外模即成产品。此种工艺由瑞典“逊他布”公司于1952年试制成功，所以在国外称“逊他布管”，我国于1968年研制成

33、功，以西安红旗水泥制品厂，北京水泥制品厂及株州水泥制品厂等单位生产，最大口径达2m，其中株州水泥制品厂还从瑞典引进了制管技术及设备。 此种工艺的特点是强度及抗渗性较好，管壁较薄，但外模合缝处容易漏浆，修补率高，承口要磨削加工。 (2)三阶段管 三阶段管是指一根管材分三个阶段制成，先做成一个带纵向预应力的砼管芯，管芯外缠环向预应力钢丝，然后作水泥沙浆保护层。管芯成形工艺又分离心法与悬辊法。国内以辽阳水泥制品厂、四川双流水泥制品厂等单位制造，辽阳厂还从澳大利亚引进了悬辊法制管技术及设备。此种工艺建厂费用低，宜于流动性生产，唯抗渗性能差，修补率高，管体笨重。 (3)预应力钢筒砼管 预应力钢筒砼管是在

34、带钢筒（薄钢筒的厚度约1.5mm左右）的砼管芯上，缠绕一层或二层环向预应力钢丝，并作水泥砂桨保护层而制成的管子。它的开发应用已有半个多世纪的历史，这一技术是法国Bonna公司最先研制的，到上世纪四十年代欧、美竞相开发，目前美、法各国的年产量达数十万公里，其中美国、加拿大是世界上推广使用预应力钢筒砼管最多的国家，广泛应用于城市输配水干管、火电站供水管、水利工程、雨污水干管、工业供水及废水管线等方面，目前世界上规模最大的利比亚“人工河”第一期工程，全长1900km，就是使用直径4m、工压2.8Mpa的预应力钢筒砼管敷设，工程全部完工后运行情况良好。世界上主要制造预应力钢筒砼管的厂家有美国“Amer

35、on”公司(DN12004000mm)，美国的“Price Brather"公司(DN12004000mm)，法国的“Bonna”公司(DN6002500mm)，德国的“Dyckerhoff-Widmann”公司(DN6002500mm)。二十世纪八十年代末，随着我国城市供水、工业用水、农田水利建设的迅猛发展，对于输水管材提出更高的要求，山东电力管道有限公司、无锡华毅管道有限公司先后从美国“Ameron”公司引进技术及关键设备，深圳太阳管道公司从美国的“Price Brather”公司全套引进该公司的制管技术及设备。经过近十年对引进技术及设备的消化，完全己能国产化了，且于1996年此

36、类管材在我国建材行业颁布了预应力钢筒砼管行业标准（JC625-1996）。近年四川兴建的（PCCP）企业-成都金炜制管有限责任公司，就是使用国内的技术与设备装备PCCP生产线的一个范例，该公司从投产至今没有出现一根废管，实现了从管材设计、制造、检测到运输、安装、使用等方面的规范化、系列化服务。 近几年来不完全统计，全国巳安装此类管材达200多km，在广东、江苏、江西、山东、四川等省使用情况良好，通常试压检验一次成功，通水后没有发现大的故障。 （3.1）预应力钢筒砼管的制造 此种管材分两个类型：内衬式管及埋置式管。内衬式(Lined Cylinder Type)和埋置式(Embedded Cyl

37、inder Type)的区别，前者系指在钢筒内壁成型砼层后，在钢筒外表面上缠绕环向预应力钢丝，并作水泥砂桨保护层而制成的管子；后者系指在钢筒内、外侧成型砼层后，在管芯砼外表面上缠绕环向预应力钢丝，并作水泥砂桨保护层而制成的管子。前者采用离心工艺成型，口径偏小(DN1200mm)，后者采用立式振动工艺成型，口径偏大(DN1200mm)。此种管材抗渗压力很高，工作压力通常为1.53.0MPa，可达5.0MPa。此种管材的 管径范围是DN4004000mm，最大可达DN7600mm。在行业标准中，产品型号以代号PCCPL表示内衬式结构；以代号PCCPE表示埋置式结构。管子压力级别以静水压力将产品分为

38、九级（0.4、0.6、0.8、1.0、1.2、1.4、1.6、1.8、2.0Mpa），以大写罗马字母表示。管子的产品标记以管子代号、公称内径、压力等级、行业标准号组成，如公称内径1600mm、静水压力为1.0Mpa、埋置式预应力钢筒砼管，则标记为 PCCPE 1600 JC 625 。埋置式PCCP生产线的关键设备有螺旋制筒设备、钢筒水压检验设备、管芯立式振动成型及蒸养设备、立式差速缠绕预应力钢丝的设备、立式辊射喷浆设备、承插口环成型设备(采用分层手工对接焊)、薄钢板埋弧焊设备。以上设备现国内均能自制，多数厂家仅焊接设备外购。内衬式PCCP生产线，除山东电力管道工程公司有进口的螺旋制筒设备外，

39、均采用平板直缝焊接卷筒设备，其它设备有钢筒卧式水压检验设备、管芯卧式离心成型设备、蒸养设备、卧式差速缠绕预应力钢丝的设备、卧式辊射喷浆设备、承插口环成型设备(采用分层手工对接焊)、薄钢板埋弧焊设备。以上两条生产线的设备，主要是仿制美国“Ameron”公司的工艺。致于美国的“Price Brather”公司的工艺，采用平板直缝焊接卷筒设备，管芯成型、缠绕预应力钢丝、辊射喷浆等均采用卧式设备，承插口环成型采用了高频对接焊设备。（3.2）预应力钢筒砼管的特点 A.此类管材由于管芯中嵌入了一层薄壁钢筒，实质上是一种钢板与预应力砼的复合管材，它比一阶段、三阶段预应力管具有较好的抗渗性。B.此类管材由于承

40、插端的工作面是定型钢制口环，几何尺寸误差小，承插工作面间隙仅1-2mm，O型胶圈占满凹型槽内，密封性能良好，在内水压力下，胶圈无法冲脱，往往滴水不漏，从而改善了一阶段、三阶段管胶圈安装不到位则容易冲脱、承插口容易滴水的问题。此类大口径管材的承插口，可设计成双胶圈，在逗管后可在承插口双胶圈之间的小孔处，用小型人工试压的方法检验接口的密封性，有利及早发现问题，及时进行返工。致于接口试压后，管道可免作水压检验的问题，在一些水司目前还有保留看法。C.此类管材的承插接口是半柔性接口，尽管承插钢制口环作了卫生级的环氧树脂刷涂，通常为1道底漆、23道面漆，刷涂总厚度0.4mm。若是采用非卫生级的带锈防锈漆是

41、欠妥的。建议在钢制口环与钢筒焊接成型后，就在口环工作面除锈，刷涂底漆，而在管材成型后再补刷底漆、刷面漆，效果较好。刷涂环氧树脂的防腐效果与钢板端面除锈的效果关系密切，防腐作业往往在管材最后一道工序完成，除锈方式受多方面的限制，毕竟会影响效果。管材承插逗接后，在接口内外间隙处要用水泥砂浆灌注封口，钢板则在高碱度的钝化区内，从而不易发生腐蚀。 但半柔性接口承担不均匀沉降引起接口处的应力集中，将比柔性接口较大，故管道基础及管胸腔的回填，比一阶段、三阶段预应力管要求较严，通常在较硬的沟底应作砂垫层。如同一阶段、三阶段预应力管在逗管前，沟底是要挖接头坑的。D.此类管材承内水压力高、埋土深度大，由于管材是

42、复合管材，承受内水压力可达2-3Mpa，最高可达5Mpa，由于预应力钢丝可多层重叠，故可适应埋土的较大深度。E.此类管材可适应腐蚀性土壤的恶劣环境，在一般性土壤中敷设，由于砼、砂桨使钢筒四周受高碱性环境保护，钢材处于钝化状态，可以减缓腐蚀。若埋设在腐蚀性强的土壤中，通常管外壁应作防腐处理，必要时将管体之间的钢筒端面用导线连接在一起，采取牺牲阳极的阴极保护措施进行更好的保护，此类管材采用阴极保护方法比一阶段、三阶段预应力管更容易实施，这也是此类管材的一个优点。F.此类管材的管件配套齐全、简便、可靠。在推广使用一阶段、三阶段预应力管时，成都水司已成熟地采用相应的专用管件，引接分支管一律使用套管三通

43、后开孔措施，从而使预应力管可用于配水管线上，而不依赖大量金属配套管材转换，既方便、可靠，又节省造价，这一经验在预应力钢筒砼管道上可以同样适用。由于此类管材具有钢板口环及钢筒，使推广复合转换管件的接口性能可靠，若在工厂里管材开孔接分支时，只要在钢筒上作加强处理，可免用套管三通，节省费用，这对此类管材的推广使用将是重要的因素。G.此类管材虽属非金属管材，但它是复合管材，埋于土中容易巡管定位。 （3.3）预应力钢筒砼管使用中的注意事项 尽管在前面述及了此类管材的特点，使用它的工程造价虽比三阶段预应力管高，但它的综合质量比后者强得多；它的工程造价比钢管低，它的敷设速度、防腐性能等方面比后者好，它是大口

44、径输水管材中比较理想的管材。在选用此类管材时希能关注以下问题：A.采购须知采购合同中明确以下技术参数及要求：管径、管材长度、工压、覆土深度、地面荷载、土壤类别、土壤腐蚀性、密封胶圈具体要求（单条或双条）、运输中的护管措施（包括二次搬运）、到货日期、数量、价格、验管细则等。B.验管质控要点在管材运至目的地时应进行以下质检：管径、管材长度、工压、标记、制管日期、管内外表面质量（应包括平整度，无残缺、裂缝、空鼓、剥落、浮渣、露石，承插口金属面防腐良好及光洁、无脏物）、砼与钢筒之间无裂隙现象。 此类管材的空鼓问题是至关重要的，若钢筒与砼之间出现空鼓或裂隙，将会使接触钢筒面砼中的碱析出，最终导致钢筒锈蚀

45、，管材报废。尤其是离心成型的的管材，更应加强这方面的管理与检查。砼与水泥砂浆表面出现裂缝是常见的，若管子内表面出现的纵向裂缝宽度小于0.1mm，裂缝轴向长度小于150mm；螺旋状和环状裂缝宽度小于0.25mm；距管端300mm以内的环向裂缝宽度小于0.4mm时通常是容许的。若管子外表面裂缝宽度小于0.8mm，裂缝轴向长度小于管子周长且小于2m时是允许的。它在管道覆土及通水后会自行愈合，否则应修补 ；若管子内表面出现的纵向裂缝宽度大于0.5mm时，该管应报废。C.管材苯重不是管道安装的重大障碍此类管材的重量类同三阶段预应力管，比其它管材重，在山区人工安装时是困难的，但在平原地区采用机械化安装时，

46、问题就不那么严重，这是由于大口径管道安装都得用起重机械的。D.管沟基础是重要条件此类管材是半柔性接口，它要求管道基础局部变形不应过大，在砂夹石的管基上应作砂垫层，在松软粘土层上应作砂夹石过渡层，使管道敷设过程中较少产生局部应力集中。因此在敷设此类管材时，不重视管基处理是不好的，当然其它管材敷设中，管基处理同样也不可忽视。E.管材不应闲置过久购置的管材应力求尽早敷设，闲置于堆场数月时，应定期用水喷洒，不使砂浆与砼干裂；闲置过久又未喷水养护，管材质量会受严重影响，甚至报废。复合式钢板、砼管件运至工地以及安装过程中，均应用湿麻袋遮盖保护，定期洒水养护。F.主管道水平向引出分支短管时，应配法兰盘，以便

47、与分支管的平承柔性接口组合，通过柔性接口，使分支管道局部沉降时不使主管分支开孔部位承受过大的弯矩应力与剪切应力。对于较大的分支管，主管分支口部位的背向应作挡墩。G.此类管材类同一阶段、三阶段预应力管，在敷设中每根管材可弧形借转一定角度，DN6001000mm时允许相对转角1.5°；DN12002000mm时允许相对转角1.0°；DN22003000mm时允许相对转角0.5°。借转时，亦是轴向逗管，然后借转。借转角度过大，使承插口环相碰，在受力状况下容易产生应力腐蚀，管道损坏。 3.4 塑料管 3.4.1热塑性塑料管 市场上的热塑性塑料管大体上分两大类别，也就是单一

48、材质的塑料管及金属、塑料复合的管材。 （1）单一材质的塑料管 （1.1）聚氯乙烯管(PVC) 在给排水管道上主要使用的是不增塑的硬聚氯乙烯管(UPVC)，通常用于冷水管道上。另外，氯化聚乙烯管(CPVC)是通过氯乙烯树脂加工而得的一种耐热性好的塑料管，具有较好的耐热、耐老化、耐化学腐蚀性能，它特别适用于输送热水、污水、废液等介质。UPVC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。不少自来水公司已经把此类管材用于DN200mm的配水管道上，替代传统的灰铸铁管及镀锌钢管，但管材、管件连接基本上均采用胶圈柔性连接方式，该管材在de16-710

49、mm之内均有产品，在实践中发现此类管材较脆，在不均匀受力条件下容易爆管。 （1.2）聚乙烯管(PE) PE管材以密度区分，有低密度聚乙烯管(LDPE)、中密度聚乙烯管(MPVC)、高密度聚乙烯管(HDPE)。 LDPE管材的柔性、伸长率、耐冲击性能较好，耐化学稳定性和抗高频绝缘性能良好，主要用于农田排灌。HDPE管具有较高的强度及刚度，MDPE管还具有良好的柔性和抗蠕变性能，后两种管材，特别是HDPE管广泛用于城市燃气及供水管道上。 新修订的给水用PE管产品国标中，采用高密度聚乙烯管，管材分PE63、PE80、PE100三个级别，它们在20下，在50年后还能保持最小强度达6.3MPa、8.0M

50、Pa、10.0Mpa，对于允许最大设计应力分别为5MPa、6.3MPa、8MPa。目前国内产品的规格在de16315mm之间，最大可达de630mm。 （1.3） 交联聚乙烯管(PEX) 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(-70110)、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。但交联聚乙烯管内存水较久，略带异味。 交联聚乙烯的关键指标是交联度。德国工业标准16892规定必须大于65%。 交联聚乙烯管的制造通常有化学交联和物理交联两种方法。其中化学交联又分一步法和二步法两种。一步法是在聚

51、乙烯原料中加入催化剂(硅烷、过氧化物)、抗氧剂，在挤出机挤出过程中交联，制造出交联聚乙烯管；二步法是先制造出交联聚乙烯A、B料，然后挤出交联聚乙烯管。物理交联方法，是聚乙烯原料通过传统方法制造成管材，然后通过电子加速器发出电子射线或钴60-射线照射聚乙烯管，激发聚乙烯分子链发生改变，产生交联反应，制造出交联聚乙烯管。 这主要用于室内热水管道和地面辐射采暖管道上。国内PEX管的供货规格在de10-32mm之间，少量达de63mm，交联聚乙烯原料需进口。连接管件一般采用夹紧式铜制接头或卡环式铜制接头，也有用ABS管件、聚甲醛管件、超高分子聚乙烯管件。 （1.4） 改性聚丙烯管 聚丙烯管(PP)虽然

52、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，比其PP-B具有较好抗冲击性能、耐温度变化性能和抗蠕变性能。主要用于室内冷热水管道及地面辐射采暖系统。目前国内产品规格在de2063mm之间。 （1.5）ABS管 ABS管是丙烯腈、丁二烯、苯乙烯三种单体共聚物组成的热塑性塑料，

53、具有质优耐用的特性。其中丙烯腈具有耐热性、抗老性、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之特性。管件连接采用冷胶溶接法，一般用于室内热水管道及水处理加药管道等方面。 （1.6） 聚丁烯管(PB) 聚丁烯管是一种高分子惰性聚合物，它具有很高的耐温性(可在-2095之间安全使用)、持久性、化学稳定性、可塑性、具有独特的抗蠕变性能，无味、无毒的绿色环保材料，这种管材原料需要进口，据悉世界上能生产PB树脂的也只有两家公司。 PB管与管件的连接方式有三种方式，即铜接头夹紧式连接、热熔式插接、电熔合连接，主要用于室内冷热水及采暖供热管道上。据相关资料报导，

54、于70年代PB管广泛使用的美国，近十年管道出现了一系列快速开裂的爆破事故，这种事故是管材本身原因还是聚甲醛制造的管件质量问题尚无结论，据称美国已禁止推广使用此类管材，这应引起我们的注意。（2）复合式管材 （2.1） 铝塑复合管(PAP) 铝塑复合管是通过挤出成型工艺而制造出的新型复合管材，它由聚乙烯层(或交联聚乙烯)胶粘剂层铝层胶粘剂层聚乙烯层(或交联聚乙烯)五层结构构成。其中铝层分搭接焊、对接焊成型工艺。管件连接主要是夹紧式铜接头，用于室内冷热水管道及地面辐射采暖系统上，目前市场上供货的规格在de1432mm之间。 由于铜接头价格贵，还缩小过水断面，通常在室内安装时利用管材的柔软性，各用水端

55、直接从主管分配器连接，减少接头数量及维修概率。（2.2） 铝衬塑管铝衬塑管材是指铝合金管材内衬聚乙烯管或聚丙烯管，它是一种双层结构的铝塑复合产品，目前市场上的规格在de1065mm之间，主要适用于室内冷水管道。与管材配套的管件也是双层结构的铝衬塑复合管件，它是一种采用胶圈密封的快装管件，这种管件由管件主体、密封卡套、锁紧环、锁紧螺母四部分组成。管材及配套管件外形美观，对于室内明设的供水主管、支管均可选用，管道拆装方便，输送水质稳定，由于铝材的特性，不适用于腐蚀性的环境。（2.3）孔网钢带塑料复合管它类同铝塑复合管，只是以多孔钢带焊接卷管替代薄铝带焊接卷管，它是以高密度聚乙烯为基体，以冲孔后的冷

56、轧钢带焊接而成的网状钢管为增强体，经挤出成型连续复合而成，内外壁塑料通过金属骨架上的孔形成一体。这种管材具有三层结构，塑料与金属在管壁内相互包容，可避免塑料与金属骨架的分离与剥落。管道连接可采用套管件电熔焊连接，也可用胶圈管件快装连接，它具有钢管的机械强度，又具有塑料管的耐腐蚀性，可适用于DN200mm 的配水管道及室内冷水主立管道上使用。此类管材安装时，切断的端面应作严格的防锈处理，但在今后管道不停水引接分支管时，孔口切面锈蚀问题就无法处理，这将是此类管材应用中的弱点。（2.4） 镀锌钢管衬塑复合管镀锌钢管衬塑有两种方式，一种是内喷衬聚乙烯，另一种是热镀锌钢管内经特殊过盈级配合工艺，复合挤压

57、聚乙烯、聚丙烯管，目前国内均有此两种方式的产品，前种衬涂层不易粘牢，不易衬匀，容易分层；后一种方式效果较好，而管件釆取内喷衬聚乙烯。管材组装也有两种方式，一种是通常壁厚的热镀锌钢管及管件，内挤压聚乙烯管或喷衬聚乙烯层后，仍套丝连接，价格较贵；另一种是薄壁热镀锌钢管及管件，内经特殊过盈级配合工艺，复合挤压聚乙烯管或喷衬聚乙烯层，管材不套丝，采用快速接头工艺，管道装拆快捷，价格低廉，综合价格类同镀锌钢管，有良好的适用前景，但管外壁及管端面的防腐问题没有根本解决。3.4.2热固性塑料管热固性塑料管(GRP)通常是指玻纤维增强树脂塑料管，又称玻璃钢管。(1)制造工艺这种管材有两类制造工艺：·

58、离心浇注成型法(Hobas法) ·纤维缠绕法(Veroc法) 纤维缠绕法又分连续缠绕法与往复缠绕法。为了提高管材的刚度，以上三类制管工艺均可在制管过程中加砂。 我国八十年代开始研制，九十年代又从意大利、奥地利、美国、日本等国家引进设备和技术，形成了近五十条生产线，主要的近十家。 A. 离心浇注工艺在制管过程中，切短的玻璃纤维增强材料和砂，喂入固定在轴承上的钢模中，钢模由电动机驱动，随着钢模的高速转动，在钢模一端注入含催化剂的树脂，使其浸渍增强材料，在离心力作用下，树脂置换出纤维及填料内的空气，从而制造出无孔隙的致密的复合材料。由于离心力作用，管内壁形成一个平滑、光洁的富有树脂的内表面层，管材在较