李園媛
瀘州職業(yè)技術(shù)學(xué)院 四川瀘州 646000
摘 要： 介紹了目前建筑工程中塑料管材的發(fā)展和應(yīng)用現(xiàn)狀，對建筑工程中常用的幾種塑料管材的性能特點(diǎn)及安裝特點(diǎn)進(jìn)行了對比分析，對建筑工程選用塑料管材的一般原則進(jìn)行了總結(jié)，并對塑料管材市場的未來發(fā)展方向及重點(diǎn)進(jìn)行了探討。
關(guān)鍵詞：建筑工程；塑料管材；性能；應(yīng)用
21世紀(jì)以前，建筑給排水工程中的管材多為鍍鋅鋼等金屬管，但金屬管材易銹蝕滋生細(xì)菌，存在危害人體健康的風(fēng)險(xiǎn)，金屬管逐漸被禁用于住宅建筑中。此后，新型管材的研究成為建筑工程行業(yè)關(guān)注的要點(diǎn)，我國開始引入各種新型管材[1]。塑料管材在歐美日等先進(jìn)工業(yè)國發(fā)展已較為成熟，其質(zhì)量輕、耐腐蝕、易操作的良好性能得到建筑工程界的青睞，在建筑工程中逐代金屬管材和其他傳統(tǒng)管材[2]，逐漸占領(lǐng)大部分的建筑管材市場。2000年我國塑料管材的生產(chǎn)量為78.6萬t，2001年快速增長至121.4萬t[3]，2018年突破1500萬t。
01 常用塑料管材的性能
塑料管是合成樹脂與添加劑熔融成型的制品，建筑工程中常用塑料管材包括硬質(zhì)聚氯乙烯管、聚乙烯管、交聯(lián)聚乙烯管、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯管、無規(guī)共聚聚丙烯管、聚丁烯管等[4]。不同成分的塑性管材呈現(xiàn)不同的性能特點(diǎn)，如表1所示。
1.1 硬質(zhì)聚氯乙烯管（UPVC管）
硬質(zhì)聚氯乙烯以聚氯乙烯樹脂為載體，加入穩(wěn)定劑、潤滑劑等助劑，經(jīng)過捏合、滾壓、塑化、切粒、擠出成型等步驟加工而成，通過耐酸堿、加熱煨彎、冷卻定型等工藝形成硬質(zhì)聚氯乙烯管材。管材通常質(zhì)量輕盈，內(nèi)壁順滑阻力小、不黏結(jié)、不結(jié)垢，施工過程中角度容易擴(kuò)口、黏接、彎曲、儲存和安裝，同時耐腐蝕和耐老化性強(qiáng)，有阻燃性和自熄性，但柔韌性一般。
1.2 聚乙烯管（PE管）
聚乙烯(PE)是結(jié)構(gòu)最簡單的高分子有機(jī)化合物，也是當(dāng)今世界應(yīng)用最廣泛的高分子材料。PE是通過乙烯(CH2=CH2)的加成反應(yīng)和聚合反應(yīng)，由重復(fù)的CH2單元連接而成的高聚合鏈，其性能取決于其聚合方式[5]。在中等壓力(15~30MPa)下聚合而成的是高密度聚乙烯(HDPE)，分子鏈很長且為線型，分子量高達(dá)幾十萬。在高壓力(100~300 MPa)，高溫(190~210℃)條件下，通過自由基聚合得到的是低密度聚乙烯(LDPE)，是一種支化結(jié)構(gòu)。PE不溶于水，吸水性很小，對于一些化學(xué)溶劑，如甲苯、乙酸等，也只有在70℃以上溫度時才略有溶解。用于建筑材料的是微粒狀PE，可以在15~40℃之間隨溫度的變化熔化或凝固，溫度升高時吸收熱量，熔化；溫度降低時放出熱量，凝固。同時由于吸水量很小，不易潮濕，有良好的絕緣性能，因此是很好的建筑材料。PE管材通常內(nèi)表面光滑，對水流阻力?。蝗犴g性好，在特定的條件下可延長5倍以上；耐腐蝕性、耐老化性、穩(wěn)定性良好，通常使用時間可達(dá)50a以上；防燃、防靜電能力強(qiáng)，可用于易燃易爆建筑中；在管材的制作過程中無添加劑，綠色環(huán)保、可回收性強(qiáng)。但是管道的連接靠電熔和熱熔方法連接，對人工施工技術(shù)水平要求較高，如果操作不當(dāng)會有漏水風(fēng)險(xiǎn)，整體造價(jià)相對較高。
1.3 三型聚丙烯管（PPR管）
三型聚丙烯是一種無規(guī)共聚聚丙烯，在丙烯聚合時加入少量（5%）乙烯單體，通過氣相共聚工藝聚合而成。由于乙烯含量少且以單分子狀態(tài)分布在聚丙烯分子鏈上，所以對聚丙烯強(qiáng)度和耐熱性損失較小，而又能提高其沖擊性能，又稱為第三代聚丙烯[6]。PPR通常質(zhì)量輕盈，內(nèi)外表面光滑平整，阻力小；同時耐高溫、抗沖擊性和長期蠕變性能較好；導(dǎo)熱性約為PE管的2倍；綠色環(huán)保，可回收再利用。但是PPR管材剛度不夠，不適合應(yīng)用于建筑工程管道中，多在家裝中使用[7]。
1.4 聚丁烯管（PB管）
PB管是由丁烯-1組成的高分子綜合體，是一種高分子惰性聚合物。從結(jié)構(gòu)來看，聚丁烯(PB)是一種線型的全同立構(gòu)的半結(jié)晶性熱塑性材料，加工和使用過程中無毒無污染，可以反復(fù)加熱成型。具有很高的耐溫性（溫度范圍-30~100℃）、持久性、化學(xué)穩(wěn)定性和可塑性，使用壽命可達(dá)50~100a，能長期耐老化[8]。管材的管壁輕薄光滑平整，不結(jié)垢、柔韌性強(qiáng)，最小曲折半徑可達(dá)6D；穩(wěn)定性好、耐沖擊，不易發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，無毒無害。但是PB管的安裝方式多為一體化熱熔銜接，雖能有效避免銜接處滲漏的問題，但對施工技術(shù)要求較高。而且，國內(nèi)目前PB樹脂的生產(chǎn)很不成熟，原材料主要靠進(jìn)口，成本高，普及不易。
1.5 交聯(lián)聚乙烯管（PE-X管）
PE-X管采用硅烷交聯(lián)聚乙烯而成，作用原理是通過引發(fā)劑如過氧化物的作用將硅烷的乙烯基跟PE接枝，生成含有三甲基硅酯基的聚合物，水解后形成硅醇基，再通過硅醇基的縮聚反應(yīng)產(chǎn)生交聯(lián)作用而生成PE-X[9]。PE-X管在PE管的特性基礎(chǔ)上增強(qiáng)了物理力學(xué)性能，溫度適用范圍拓展至-70~110℃；具有良好的可彎曲性，管材剛中有柔，不會因脆性而斷裂和開裂；具有良好的耐腐蝕性，絕緣性好，長期蠕變性能優(yōu)異。但PE-X管有耐光老化性能差，阻透能力差等缺陷，并且PE-X管不可回收，不利于環(huán)境保護(hù)。
1.6 丙烯腈-丁二烯-苯乙烯管（ABS管）
ABS樹脂是目前產(chǎn)量最大、應(yīng)用最廣泛的聚合物，是丙烯腈、丁二烯、苯乙烯的共聚物，表現(xiàn)出三種單體均聚物的協(xié)同性能，兼具韌、硬、剛相均衡的優(yōu)良力學(xué)性能[10]。通常質(zhì)地堅(jiān)韌、強(qiáng)度高、抗沖擊性極強(qiáng)，表面撞擊不斷裂不破裂；耐腐蝕性較強(qiáng)，不含金屬穩(wěn)定劑，無毒無二次污染；安裝方便質(zhì)量可靠，可用螺紋、膠粘承插、法蘭連接等多種方式。但ABS管的適用溫度為-40~70℃，不耐高溫，正常使用壽命45a以上。
1.7 復(fù)合管
復(fù)合管是以金屬管材為基礎(chǔ)，內(nèi)外表面焊接PE-X、PB等塑料而形成的管材。常見的有涂塑復(fù)合管、鋁塑復(fù)合管、鋼塑復(fù)合管[11]。它具有金屬管材和塑料管材的雙重特點(diǎn)，既克服了鋼管和塑料管各自的缺點(diǎn)，又保持了鋼管和塑料管各自的優(yōu)點(diǎn)。由于鋼、塑兩種材料的結(jié)構(gòu)是復(fù)合而成，因此能夠克服塑料管的快速應(yīng)力開裂現(xiàn)象；同時具有超過普通純塑料管的強(qiáng)度、剛度、抗沖擊性等；內(nèi)壁光滑，不結(jié)垢，損失比鋼管低30%；可以通過調(diào)整鋼材直徑、塑料層厚度等，制造不同壓力等級的管材。
02 塑料管材在建筑工程中的應(yīng)用
2.1 塑料管材的應(yīng)用分類
塑料管材在建筑工程中的應(yīng)用，依據(jù)其主要功能可大致分為五類：給水管、排水管、采暖管、燃?xì)夤堋㈦娋€管。不同的功能對塑料管材的性能要求有所區(qū)別，塑料管材多種多樣，性能指標(biāo)、適用尺寸、溫度范圍及施工工藝等方面各有優(yōu)劣，因此在建筑工程中形成一定的角色分工。
2.2 塑料管材的應(yīng)用
2.2.1 排水管的選擇
排水主要分為室內(nèi)、室外兩部分，管材的規(guī)格主要有40、50、75、110mm等。排水管本身不承壓，對衛(wèi)生指標(biāo)要求較低，但對化學(xué)穩(wěn)定性要求較高[12]?？捎米髋潘艿挠蠻PVC管、PE管、PPR管、ABS管及復(fù)合類管材。其中，室內(nèi)排水、排污、雨落水管最常見的是UPVC實(shí)壁管與螺旋管的結(jié)合使用，既可以充分發(fā)揮UPVC經(jīng)濟(jì)實(shí)用、方便持久的市場優(yōu)勢，又可降低UPVC實(shí)壁管做立管時的噪聲。室外排水管材則需要將生活污水或雨水排送到污水處理廠，需要埋地承受外加荷載。PE管的柔韌性極好，可輕易地繞過走向復(fù)雜的地下管網(wǎng)，適應(yīng)管道基礎(chǔ)的不均勻沉降，又極其穩(wěn)定不會與土壤中的化學(xué)物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，成為室外埋地管材的不二選擇。
2.2.2 給水管的選擇
與排水管要求不同，建筑中給水管需要承受壓力，對管材的耐水壓、抗凍耐熱性、無毒無污染、耐久性、防滲漏性能要求較高。給水管根據(jù)其給水量的大小可劃分為三類，(1)管徑100~200mm的室外給水引入管，適用的管材有ABS管和復(fù)合類管材。但因?qū)o水管強(qiáng)度、抗水錘性要求較高，ABS管需增加壁厚才能達(dá)到目的，增加耗材內(nèi)徑減小，影響水利條件。相比之下，鋼塑復(fù)合管、涂塑復(fù)合管的優(yōu)勢較為明顯，是目前市場上廣泛采用的類型[9]。 (2)管徑25~80mm的戶內(nèi)給水主干管和保溫夾層、吊頂、管井一次性施工安裝完成，用量較大，適用的管材有PE-X管、PPR管、PB管、ABS管和復(fù)合類管材。 其中，PPR管憑借優(yōu)良的耐溫性、無毒無害、強(qiáng)度好的優(yōu)勢成為室內(nèi)冷熱供水和空調(diào)供回水系統(tǒng)管材的主流。(3)管徑16~25mm的給水配水支管，主要通過二次裝修埋墻、埋地安裝，對管件和安裝的連接度要求較高，適用的管材有PE管、PE-X管、PPR管、PB管和復(fù)合類管材。其中PE-X管和鋁塑復(fù)合管具有可彎曲、不反彈、安裝方便的突出優(yōu)勢，從而占有較大的市場。
2.2.3 采暖管的選擇
我國嚴(yán)寒、寒冷地區(qū)的集中供暖需要地板下的采暖管道體系，對管線的耐高溫、耐低溫、熱塑性和力學(xué)性能要求較高。適用的有PE-X管、PPR管、PB管。其中PPR管的耐低溫性能不足，僅用于室內(nèi)部分冷熱水供應(yīng)，但管壁較厚彎曲困難。PB管的施工性能優(yōu)異，由于地板采暖管是將管道打在砼內(nèi)，管材的使用壽命與房室同步，但是成本約為其他塑料管材的3倍，多用于高檔建筑，目前市場推廣并不理想[13]。相比之下，PE-X管因突出的性價(jià)比成為國內(nèi)建筑領(lǐng)域冷、熱水管的主流。但PE-X管的熱埋性欠佳，不能回收利用，后期維護(hù)檢修存在一定難度。耐熱聚乙烯管（PE-RT）屬于一種中密度的PE管，其韌性好、導(dǎo)熱系數(shù)低、隔熱性好，可以用熱熔連接，施工維護(hù)均較快捷，彌補(bǔ)了部分PE-X管的不足。因此，PE-RT管的發(fā)展呈上升勢頭，正經(jīng)受著市場的檢驗(yàn)和反饋。
2.2.4 燃?xì)夤艿倪x擇
在燃?xì)獾妮斉溥^程中，燃?xì)夤艿老群笥袖摴?、鑄鐵管等管材。由于燃?xì)夤苄枰^高的穩(wěn)定性、 耐高溫、阻燃、耐腐蝕性，但是金屬類管材具有成本較高、耐腐蝕性差、運(yùn)輸不易等缺點(diǎn)，難以適應(yīng)燃?xì)夤苁褂靡?，PE管以其良好特性被廣泛用于燃?xì)夤茴I(lǐng)域[14]。(1)PE管具有良好的柔韌性、沖擊強(qiáng)度和高斷裂伸長率，即使彎曲變形也不易發(fā)生破裂，能夠適用于任何地形；在發(fā)生地震或低端不均勻沉降時不會破裂，具有抗震性，且易于繞過障礙物，減少接頭數(shù)，降低安裝成本；(2)PE管具有良好的耐腐蝕性，沒有電化學(xué)腐蝕，適用壽命是鋼管的2倍以上；(3)PE管采用獨(dú)特的電熔焊接、熱熔對接技術(shù)，能有效保證管道的密封性，且管材氣密性好，不論是嚴(yán)密性還是維修成本上均優(yōu)于鋼管。
2.2.5 電線管的選擇
電線管的性能要求比較清晰，需要耐熱、耐壓、防火。UPVC管以其良好的自熄性和阻燃性，已然取代黑鐵管、鍍鋅管等金屬管材成為電線管材的首選，在電線管的應(yīng)用中主要用作電線、電纜的保護(hù)管套等，顏色通常為灰色，管材的連接一般是加熱承軸式連接和塑料熱風(fēng)焊連接。而且UPVC管價(jià)格便宜易安裝，耐老化不生銹，已成為家裝電路中使用最普遍的塑料。
綜上所述，不同的塑料管材可滿足不同建筑管材功能的需求，因此，在建筑工程選用不同的塑料管材時，也應(yīng)該經(jīng)過充分的分析和對比進(jìn)行評判。首先對比不同塑料管材的性能優(yōu)劣、使用壽命、適用條件；其次，調(diào)查其加工性能、施工安裝的便利性及售后維護(hù)的難易程度；最后，從獲取途徑、加工成本、維護(hù)成本等角度判斷性價(jià)比最高的選材。只有綜合、多角度地對比才能最大限度挖掘每種塑料管材的優(yōu)勢，保證管材得到合理的使用。
03 塑料管材市場的發(fā)展前景
隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國塑料管材行業(yè)發(fā)展迅猛，年均增速達(dá)26.29%。數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)顯示，近些年我國對塑料管材的需求量逐年增大，保持著約15%的年增長率，并且預(yù)測2019-2029年塑料管材在各類管道的市場份額占比將超過60%，市場需求將高達(dá)8000億元[15]。未來，塑料管材將不僅僅應(yīng)用于市政及建筑工程領(lǐng)域，太陽能輸水管道、地源熱泵輸送管道、供電供暖等行業(yè)，隨著塑料管材應(yīng)用市場的開拓，塑料管材的市場競爭力將進(jìn)一步增強(qiáng)，其需求和產(chǎn)量也將進(jìn)一步加大。
我國塑料管材的研發(fā)與應(yīng)用與發(fā)達(dá)國家相比，還存在一定的成長空間。因此，除有效地引進(jìn)國外優(yōu)良先進(jìn)技術(shù)，我國塑料行業(yè)應(yīng)重點(diǎn)加強(qiáng)研發(fā)新技術(shù)和新產(chǎn)品，側(cè)重新型塑料管材性能的完善提升，努力縮小與發(fā)達(dá)國家的差距。同時，隨著國內(nèi)、國際環(huán)保意識的不斷增強(qiáng)，塑料管材行業(yè)也應(yīng)將研發(fā)物理性能優(yōu)良、經(jīng)濟(jì)實(shí)用、環(huán)保衛(wèi)生的塑料管材作為行業(yè)可持續(xù)發(fā)展的方向。
參考文獻(xiàn):
［1］王占杰.中國塑料管道行業(yè)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].中國塑料, 2010,24(1):1-5.
［2］姜靜.淺談市政工程中給排水新型管材發(fā)展趨勢[J].建筑工程技術(shù)與設(shè)計(jì),2014, 6(15):12-17.
［3］《塑料科技》編輯部.塑料管道在建設(shè)領(lǐng)域使用量高達(dá)2000萬噸[J].塑料科技,2010, 38(2): 52.
［4］胡志鵬.建筑用塑料給水管的分類及應(yīng)用[J].塑料科技,2006, 34(5):84-86.
［5］Liu X B, Zhang H, Xia M Y, et al. Mechanical response of buried polyethylene pipelines under excavation load during pavement construction[J]. Engineering Failure Analysis, 2018,90: 355-370.
［6］Wu T, Wang Z Z. Research of effect on water quality of combined stainless steel plastic pipe and PPR pipe[J]. Advanced Materials Research, 2013,(864-867): 2 108-2111.
［7］張邦欲.淺談PPR管材在建筑給排水工程中的應(yīng)用[J].投資與合作:學(xué)術(shù)版, 2011,12(7):232.
［8］Leevers P.An engineering model for rapid crack propagation along fluid pressurized plastic pipe[J]. Engineering Fracture Mechanics, 2012, 96: 539-557.
［9］Moon J, Bae H, Song J, et al. Algorithmic methods of reference-line construction for estimating long-term strength of plastic pipe system[J]. Polymer Testing, 2016, 56:58-64.
［10］ Nishino, Y. Construction method of secondary bonding joint of fiber reinf orced plastic pipe[J]. Advanced Composite Materials, 1991,1(4):277-290.
［11］蒯一希,姬昱川. 鋼絲網(wǎng)骨架增強(qiáng)PE復(fù)合塑料管的技術(shù)和應(yīng)用[J].中國建材科技, 2003(3):17-22.
［12］劉謙.建筑給排水工程中塑料管材的性能及應(yīng)用[J].工程技術(shù)研究,2016(8):123-124..
［13］關(guān)文慧.建筑工程中幾種塑料管材的應(yīng)用分析[J].內(nèi)蒙古科技與經(jīng)濟(jì),2011,15(16): 111-112.
［14］凌偉,許國志.國內(nèi)建筑給排水塑料管材性能及應(yīng)用初探[J].中國塑料,1999,13(5): 16-21.
［15］中國市場調(diào)研網(wǎng).2019-2025年塑料管材行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀調(diào)研與市場前景預(yù)測報(bào)告[R]. 北京:中道泰和信息咨詢有限公司,2019.
玻纖含量對長玻纖...
鈣鈦礦薄膜的均勻...
用于光伏板靜電除...
聚砜醫(yī)療干粉吸入...
