朱瑞霞，甘 露，武芷萱
（河北泉恩高科技管業(yè)有限公司，河北 廊坊 065000）
摘要：從混配料技術(shù)要求、允許內(nèi)壓及抗外壓能力、設(shè)備要求、性能指標(biāo)要求及接口形式5個(gè)方面分別介紹并對(duì)比了硬聚氯乙烯（PVC-U）給水管、高性能硬聚氯乙烯（PVC-UH）給水管、抗沖改性聚氯乙烯（PVC-M）給水管及雙軸取向聚氯乙烯（PVC-O）給水管4種硬質(zhì)聚氯乙烯管材，并重點(diǎn)總結(jié)了PVC-UH管道的選取優(yōu)勢(shì)和應(yīng)用案例，最后針對(duì)PVC-UH管道的施工給出了實(shí)踐性建議。
關(guān)鍵詞：硬聚氯乙烯；給水管；高性能；抗沖改性；雙軸取向
0 前言
在我國(guó)，塑料管道以其無(wú)以比擬的優(yōu)點(diǎn)得到快速發(fā)展，2019年中國(guó)塑料管道整體產(chǎn)能超過30000kt，總產(chǎn)量16000 kt，較2018年同比增長(zhǎng)2. 1 %［1］。PVC管道具有耐腐蝕、流動(dòng)阻力小、使用壽命長(zhǎng)、安裝方便、生產(chǎn)能耗低、可回收利用等優(yōu)異的性能和價(jià)格優(yōu)勢(shì)，優(yōu)質(zhì)PVC管道在我國(guó)的推廣應(yīng)用符合我國(guó)國(guó)情，有利于促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展。
前幾年，我國(guó)PVC -U給水管材主要以小口徑為主，且存在設(shè)計(jì)和施工不規(guī)范等問題，在市政管道領(lǐng)域應(yīng)用較少；而以美國(guó)為例，PVC管材近幾十年來一直是市政給水管材用量最大的管材品種，而其產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性和可靠性得益于其既注重原材料和配方控制，又注重生產(chǎn)過程控制，具有完善的標(biāo)準(zhǔn)和質(zhì)量控制體系［2］。近幾年，我國(guó)PVC管材產(chǎn)品設(shè)計(jì)及執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)不斷改進(jìn)提升，出現(xiàn)了幾種新型PVC管材，進(jìn)一步提升了產(chǎn)品要求和產(chǎn)品質(zhì)量，促進(jìn)了PVC給水管材在我國(guó)市政給水工程中的應(yīng)用。
由于硬聚氯乙烯管材在制造過程不加入增塑劑，因而在ISO標(biāo)準(zhǔn)中定義為unplasticized polyvinyl chloride，簡(jiǎn)稱PVC-U。PVC-U管材主要有ISO標(biāo)準(zhǔn)及國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，但性能指標(biāo)存在差異。PVC-UH給水管材是一種從產(chǎn)品原料、結(jié)構(gòu)、性能及檢測(cè)等要求均得到提升的一種新型硬質(zhì)聚氯乙烯管材，該產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)是參考PVC-U的ISO標(biāo)準(zhǔn)及美國(guó)PVC給水管標(biāo)準(zhǔn)編制的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)［3］。PVC-M給水管是一種通過增加改性劑使產(chǎn)品具有更好的抗沖擊性能和抗開裂性能，并保持高強(qiáng)度的改性聚氯乙烯管材；PVC-O給水管是通過管材加工過程中的雙向拉伸，通過分子取向使管材強(qiáng)度大幅度提升并具有高韌性的聚氯乙烯管材。
本文從原料、設(shè)備、性能及連接結(jié)構(gòu)等方面介紹并對(duì)比了PVC-U、PVC-UH、PVC-M及PVC-O 4種常見的PVC給水管材，總結(jié)分析了PVC-UH管道的選取優(yōu)勢(shì)，并對(duì)PVC-UH管道的正確安裝和施工提出建議，為用戶正確選擇優(yōu)質(zhì)的PVC給水管材及中大口徑 PVC管材的設(shè)計(jì)施工提供參考，從而促進(jìn)PVC管材在我國(guó)市政管網(wǎng)中的快速應(yīng)用和發(fā)展。
1 產(chǎn)品概述
PVC-U、PVC-UH、PVC-M及PVC-O給水管均為硬質(zhì)聚氯乙烯實(shí)壁管材，主要應(yīng)用于水溫不超過45℃的埋地承壓輸水系統(tǒng)的主干線和支線管道，也可用于室內(nèi)或管廊內(nèi)使用。4種管材現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)情況及管材規(guī)格如表1所示。
2 混配料技術(shù)要求
混配料即基礎(chǔ)樹脂PVC與各種必要助劑的均勻混合物，是用于PVC管材直接擠出的原材料［4］。對(duì)于壓力管材，PVC混配料的配方設(shè)計(jì)及混配料的性能指標(biāo)非常關(guān)鍵，直接影響產(chǎn)品的性能及長(zhǎng)期使用壽命，PVC樹脂及各種助劑對(duì)產(chǎn)品性能的影響可參考《聚氯乙烯配方設(shè)計(jì)與制品加工》［5］。
2. 1 混配料性能要求
在我國(guó)PVC給水管材中，PVC?UH管材參考美國(guó)PVC給水管標(biāo)準(zhǔn)AWWA C900規(guī)定了混配料的物理力學(xué)性能要求，如表2所示，目前其他幾種PVC給水管中暫未有關(guān)于混配料性能指標(biāo)的規(guī)定。該指標(biāo)的要求更好地控制了管材原料和配方的選取及質(zhì)量控制。
2. 1 混配料性能要求
在我國(guó)PVC給水管材中，PVC-UH管材參考美國(guó)PVC給水管標(biāo)準(zhǔn)AWWA C900規(guī)定了混配料的物理力學(xué)性能要求，如表2所示，目前其他幾種PVC給水管中暫未有關(guān)于混配料性能指標(biāo)的規(guī)定。該指標(biāo)的要求更好地控制了管材原料和配方的選取及質(zhì)量控制。
2. 2 混配料定級(jí)要求
PVC壓力管道設(shè)計(jì)使用壽命50年，管材的混配料應(yīng)按照ISO 9080或GB/T 18252的規(guī)定進(jìn)行混配料定級(jí)試驗(yàn)，即混配料以管材形式進(jìn)行的長(zhǎng)期靜液壓強(qiáng)度試驗(yàn)，以20 ℃、50年對(duì)應(yīng)的分級(jí)強(qiáng)度即最小要求強(qiáng)度（MRS）進(jìn)行表征。PVC-U給水管、PVC-UH給水管、PVC-M給水管及PVC-O給水管混配料定級(jí)要求情況如表3所示。
在ISO 1452-1:2009中對(duì)材料進(jìn)行了劃分，根據(jù)材料的最小要求靜液壓強(qiáng)度值，規(guī)定了管材用 PVC材料MRS 為 25 MPa，即 材 料 等 級(jí) 為 PVC -U 250。
PVC-U管材國(guó)標(biāo)GB/T 10002. 1—2006對(duì)管材混配料的壓力等級(jí)沒有進(jìn)行規(guī)定。PVC-UH給水管材對(duì)混配料規(guī)定了MRS≥25 MPa的定級(jí)要求。PVC-M管材的MRS≥24. 5 MPa。
ISO標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的PVC -O管材的MRS分為5種：31. 5、35. 5、40、45、50 MPa，對(duì)應(yīng)的管材原材料等級(jí)代碼分別為315、355、400、450、500，其中400和450等級(jí)一般生產(chǎn)較多，其他幾種不常用。
2. 3 混配料關(guān)鍵物料的選擇要求
PVC給水管材配方主要由PVC樹脂、穩(wěn)定劑、內(nèi)外潤(rùn)滑劑、填料、著色劑、抗沖改性劑及加工助劑等按一定比例組成，各種原料的選取及配比對(duì)管材的性能及使用都起到至關(guān)重要的作用。
PVC管材的加工對(duì)PVC樹脂的熔體流動(dòng)性能有較高要求，實(shí)際生產(chǎn)中，一般選用SG-5型懸浮法PVC樹脂。PVC制備方法分為乙烯法和電石法。乙烯法是從石油中提取乙烯，讓氯氣與乙烯發(fā)生取代反應(yīng)，制得氯乙烯單體，經(jīng)聚合反應(yīng)生成聚氯乙烯樹脂。代表廠家有美國(guó)Oxy Vinyl LP公司，中國(guó)石化齊魯石化公司、天津樂金大沽化學(xué)有限公司等。電石法一般在國(guó)內(nèi)比較通用，是利用電石（碳化鈣），遇水生成乙炔，將乙炔與氯化氫合成制出氯乙烯單體，再經(jīng)聚合反應(yīng)生成聚氯乙烯樹脂，代表廠家有茌平信發(fā)華興化工有限公司、新疆天業(yè)（集團(tuán)）有限公司、新疆中泰化學(xué)股份有限公司等。
PVC是工業(yè)上最具熱敏性、極易產(chǎn)生熱降解的聚合物之一，熱穩(wěn)定劑是PVC管材加工不可缺少的助劑。在 PVC管材生產(chǎn)過程中，目前常用的熱穩(wěn)定劑有鈣鋅穩(wěn)定劑和有機(jī)錫穩(wěn)定劑，歐洲主要使用鈣鋅穩(wěn)定劑，美國(guó)廣泛使用有機(jī)錫穩(wěn)定劑，在我國(guó)目這2種都有使用。鈣鋅穩(wěn)定劑一般為復(fù)合穩(wěn)定劑，添加量相對(duì)較高；有機(jī)錫穩(wěn)定劑一般添加量較低，對(duì)于中大口徑管材的生產(chǎn)穩(wěn)定效果較好。鈣鋅穩(wěn)定劑的代表廠家有德國(guó)熊牌、大連開米森化工產(chǎn)品有限公司、山東金昌樹新材料科技有限公司等；有機(jī)錫穩(wěn)定劑的代表廠家有美國(guó)Galata Chemi- cals公司-美國(guó)PMC公司等。若對(duì)管材具有高的耐候性要求，也可以加入適量抗氧劑和光穩(wěn)定劑。
PVC管材加工中，內(nèi)外潤(rùn)滑劑也必不可少，主要使用的潤(rùn)滑劑有硬脂酸、石蠟、聚乙烯蠟及兼具穩(wěn)定作用的硬脂酸鈣等，潤(rùn)滑體系的用量應(yīng)根據(jù)設(shè)備及產(chǎn)品配方設(shè)計(jì)要求確定，關(guān)鍵是要能夠保證混配料具有良好的塑化效果，使管材的熱變形溫度和力學(xué)性能不受到明顯影響。潤(rùn)滑劑的代表廠家有美國(guó)Honeywell公司、美國(guó)Sasol Wax公司等。
PVC管材中根據(jù)產(chǎn)品設(shè)計(jì)也會(huì)添加碳酸鈣填料，碳酸鈣的作用主要是提高管材剛性、減少收縮率，同時(shí)也降低成本。碳酸鈣的加入，會(huì)降低管材產(chǎn)品的強(qiáng)度，增加脆性，因此，PVC管材生產(chǎn)中碳酸鈣填料應(yīng)控制適當(dāng)用量。碳酸鈣一般分為重鈣和輕鈣，重鈣配方的混配料流動(dòng)性較好，適合集中供料輸送系統(tǒng)，尤其是風(fēng)輸送系統(tǒng)；輕鈣配方的混配料流動(dòng)性相對(duì)較差，密度偏小，但對(duì)于添加量很少的給水管配方影響不大。重鈣的代表廠家有歐米亞集團(tuán)，江西廣源化工有限責(zé)任公司等；輕鈣的代表廠家一般比較區(qū)域化，如河北區(qū)域主要有石家莊市三興鈣業(yè)有限公司、河北陸德化工有限公司等。
PVC管材的顏色一般為灰色或藍(lán)色，著色劑常用的主要有鈦白粉、炭黑及酞青藍(lán)等。一般著色劑的添加量較少，需要具有很好的著色力及耐候性。代表廠家有杜邦中國(guó)集團(tuán)有限公司、卡博特化工（天津）有限公司、巴斯夫化工有限公司等。
2. 4 混配料配方設(shè)計(jì)要求
根據(jù)2. 1混配料性能要求和2. 2混配料定級(jí)要求可以看出，4種管材的混配料要求不同，因此4種管材產(chǎn)品的配方設(shè)計(jì)及成本也有一定差異，具體配方設(shè)計(jì)要求參考表4。因產(chǎn)品設(shè)計(jì)不同，產(chǎn)品性能指標(biāo)也存在差異，本文第5節(jié)將詳細(xì)闡述。
3 允許內(nèi)壓及抗外壓能力
3. 1 管材的允許內(nèi)壓
壓力管道設(shè)計(jì)應(yīng)力：
σs = PMRS/C （1）
式中
σs——壓力管道設(shè)計(jì)應(yīng)力，MPa
PMRS——管材的最小要求強(qiáng)度，MPa
C——總體使用（設(shè)計(jì)）系數(shù)
PPVC管材按期望使用壽命50年設(shè)計(jì)。輸送 20 ℃的水時(shí)，國(guó)內(nèi)各種PVC給水管材設(shè)計(jì)應(yīng)力的最大允許值如表5所示。按50年長(zhǎng)期運(yùn)行公稱壓力（設(shè)計(jì)壓力）和工作壓力分別按式（2）和式（4）計(jì)算。
管材的公稱壓力（設(shè)計(jì)壓力）：
式中 P——管材的公稱壓力（設(shè)計(jì)壓力），MPa
σs —— 壓力管道設(shè)計(jì)應(yīng)力，MPa
dn —— 公稱外徑，mm
en —— 公稱壁厚，mm
根據(jù)CJJ 101—2016《埋地塑料給水管道工程技術(shù)規(guī)程》4. 1. 7可知，管材的設(shè)計(jì)壓力標(biāo)準(zhǔn)值等于1. 5倍的工作壓力標(biāo)準(zhǔn)值，即：
P = 1.5× Pwk （3）
式中 Pwk——管材的工作壓力，MPa
可以看出，PVC-UH管材的總體使用（設(shè)計(jì)）系數(shù)較PVC-M管材和PVC-O管材均高，即在長(zhǎng)期使用過程中具有更高的安全性保障。
3. 2 管材的抗外壓能力
根據(jù)GB/T 19278—2018中2. 4. 2環(huán)剛度的定義可知環(huán)剛度與管材壁厚成3次方的關(guān)系，環(huán)剛度（S）核算公式簡(jiǎn)化為：
式中S——環(huán)剛度，kN/m2
E——管壁材料的彈性模量，對(duì)于PVC管材規(guī)范規(guī)定選取3000MPa
dn——公稱外徑，mm
en——公稱壁厚，mm
可以看出，同種外徑的管材，壁厚越大、環(huán)剛度越大、抗外壓變形的能力越大。4種管材環(huán)剛度比較如表6所示（以公稱壓力1. 0 MPa管材為例）。從表6可以看出，PVC-M和PVC-O管材從設(shè)計(jì)參數(shù)來看，達(dá)到使用壓力要求的管材可選擇壁厚更薄的，但壁厚太薄也會(huì)使得管材的抗外壓變形能力較差。據(jù)了PC和PC/ABS為基材的LDS 功能塑料銷售總量的70%以上。
若按照同等環(huán)剛度比較，對(duì)于PVC-M和PVC-O管材的公稱壓力等級(jí)較高，因材料配方成本和加工成本更高，其管材成本也高于PVC-U及PVC-UH管材。
4 設(shè)備要求
PVC-U、PVC-UH及PVC-M給水管具有相同的設(shè)備要求，即管材生產(chǎn)必須的物料完成混料后，混配料的擠出成型都是通過擠出機(jī)、成型口模、定型模、冷卻裝置、牽引裝置、切割裝置形成的整條產(chǎn)線及擴(kuò)口設(shè)備來完成的。擠出機(jī)是PVC管材生產(chǎn)的關(guān)鍵設(shè)備，可以完 成對(duì)PVC混配料的加熱、熔融混煉和塑化，并使熔體壓緊壓實(shí)，以均勻的流速進(jìn)入機(jī)頭口模中。PVC管材生產(chǎn)常用的擠出機(jī)目前主要為異徑錐雙螺桿或異徑平雙螺桿擠出機(jī)。一般錐雙螺桿擠出機(jī)產(chǎn)生的剪切熱量大于平雙擠出機(jī)，使預(yù)塑效果更好，錐雙螺桿擠出機(jī)目前在 國(guó)內(nèi)發(fā)展迅速；而對(duì)于大口徑PVC管材的生產(chǎn)，能夠滿足塑化要求的情況下，平雙螺桿能夠具有更好的產(chǎn)出量及加工穩(wěn)定性，一般平雙螺桿的擠出機(jī)設(shè)備在大口徑PVC管材的生產(chǎn)中使用較多。PVC管材擠出機(jī)設(shè)備代表廠家有德國(guó)Bottenfeld、德國(guó)KraussMaffei、上海金緯擠出機(jī)械制造有限公司、寧波方力機(jī)械有限公司等。
對(duì)于PVC-O給水管，與其他3種管材的生產(chǎn)設(shè)備不同，擠出成型的管材經(jīng)過二次預(yù)熱后進(jìn)行軸向拉伸和環(huán)向擴(kuò)張，制備形成規(guī)定尺寸的PVC-O管材，該產(chǎn)品在設(shè)備和工藝要求上更高，產(chǎn)品加工成品率較其他3種管材偏低，生產(chǎn)加工成本較高。PVC-O管材的生產(chǎn)設(shè)備目前有一步法和兩步法兩種類型，也稱為“在線”和“離線”加工法。一步法是管材擠出成型的生產(chǎn)線上建立取向加工系統(tǒng)，擠出成型的管材進(jìn)行環(huán)向的擴(kuò)張以及牽引產(chǎn)生軸向 的拉伸，最后經(jīng)過冷卻制備PVC-O管材。與二步法相比，該方法生產(chǎn)效率高，尺寸控制精度高，目前在美國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家已應(yīng)用多年，在國(guó)內(nèi)也逐步得到發(fā)展，代表設(shè)備廠家有荷蘭Wavin公司、荷蘭Rollepaal公司。
5 性能指標(biāo)要求
5. 1 PVC?U及PVC?UH給水管
我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的PVC-U管材在性能指標(biāo)上與ISO1452-2標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的PVC-U管材有一定差異，耐壓性能要求降低，抗沖擊性能要求提高，即落錘沖擊試驗(yàn)（TIR）要求≤5 %，較ISO標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的TIR≤10 %在管材韌性方面提出了更高的要求。PVC-UH管材參考PVC-U給水管ISO標(biāo)準(zhǔn)和美國(guó)PVC給水管標(biāo)準(zhǔn)制定，管材的物理力學(xué)性能要求增加了壓扁試驗(yàn)和整管水壓性能，實(shí)現(xiàn)每根管材的產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)控且抗沖擊性能要求較ISO標(biāo)準(zhǔn)提高，落錘沖擊試驗(yàn)要求較ISO標(biāo)準(zhǔn)提升至TIR≤5 %。國(guó)內(nèi)PVC-U給水管和PVC-UH給水管的性能指標(biāo)對(duì)比如表7所示［6］。
根據(jù)ISO 1452-1：2009給出的PVC-U 250長(zhǎng)期靜液壓標(biāo)準(zhǔn)曲線（如圖1所示［7］），可以看出，滿足MRS≥25MPa混配料定級(jí)要求的管材進(jìn)行長(zhǎng)期靜液壓試驗(yàn)過程中，短期耐壓要求也可以從標(biāo)準(zhǔn)曲線上看出。20℃、1h對(duì)應(yīng)的環(huán)應(yīng)力要求為42 MPa、60℃、1000 h對(duì)應(yīng)的環(huán)應(yīng)力要求為10 MPa。從表7可以看出，PVC-UH管材滿足PVC-U 250長(zhǎng)期靜液壓標(biāo)準(zhǔn)曲線耐壓要求，而國(guó)標(biāo)規(guī)定的PVC-U管材在短期耐壓指標(biāo)（20 ℃、1 h、38 MPa環(huán)應(yīng)力）上低于標(biāo)準(zhǔn)曲線要求，也無(wú)法滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的PVC-U管材能夠滿足MRS≥25 MPa的設(shè)計(jì)要求。
5. 2 PVC-M給水管
表8為PVC-M給水管標(biāo)準(zhǔn)性能要求，可以看出，PVC-M產(chǎn)品在落錘沖擊、切口管材靜液壓試驗(yàn)及C-環(huán)韌度方面進(jìn)行了規(guī)定，對(duì)于 dn≥110 mm的管材規(guī)定了23 ℃、20 m高速?zèng)_擊試驗(yàn)，對(duì)產(chǎn)品抗沖擊性能及韌性要求很高。按照PVC-M國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)的管材產(chǎn)品，韌性和抗沖擊性能很好［8］。
PVC-M管材產(chǎn)品除對(duì)抗沖擊性能及韌性有很高的要求外，同樣對(duì)耐壓性能有要求。因此，按標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)的PVC-M管材產(chǎn)品配方成本較常規(guī)PVC-U或PVC-UH管材要高，且加工產(chǎn)量偏低；因其總體使用（設(shè)計(jì)）系數(shù)降低，使得其公稱壓力較常規(guī)PVC-U或PVC-UH管材高一個(gè)等級(jí)，所以一般同等壓力等級(jí)的管材米價(jià)成本基本一致，或PVC-M管道而言，長(zhǎng)期耐壓性能是產(chǎn)品的主要指標(biāo)，抗沖擊性能及韌性滿足正常使用要求即可。
5. 3 PVC-O給水管
表9為PVC-O給水管標(biāo)準(zhǔn)性能要求。PVC-O管材是在管材擠出成PVC-U管材后通過二次成型設(shè)備和一定工藝進(jìn)行軸向拉伸和徑向拉伸，使管材中的PVC長(zhǎng)鏈分子在雙軸向規(guī)整排列形成的一種特殊分子鏈結(jié)構(gòu)PVC管材，生產(chǎn)難度大，對(duì)配方、設(shè)備和工藝要求很高。 目前，國(guó)內(nèi)外最大口徑僅可生產(chǎn)至630 mm，生產(chǎn)成品率較其他3種管材低，生產(chǎn)配方和加工成本均較高。
6 接口形式
PVC管材最常用的接口是粘接、承插連接和法蘭連接。一般200 mm以下口徑的管材可采用膠黏劑粘接，110 mm及以上口徑管材大多都采用密封圈承插連接，與鋼管或閥門等連接采用機(jī)械法蘭連接。
密封圈密封承插連接目前主要有R口活套密封圈承口形式和鋼骨架一體成型密封圈承口形式，R口活套密封圈一般在常規(guī)PVC-U給水管，PVC-M給水管及PVC-O給水管中應(yīng)用較多；鋼骨架一體成型密封圈承口形式在PVC-UH 給水管中應(yīng)用較多，具體可參考CJ/T 493-2016標(biāo)準(zhǔn)。
PVC-UH給水管一體成型鋼骨架密封圈結(jié)構(gòu)是指鋼骨架密封圈在管材擴(kuò)口同時(shí)嵌入擴(kuò)口中，擴(kuò)口凹槽結(jié)構(gòu)由密封圈直接預(yù)制成型，擴(kuò)口完成后，形成一體成型的鋼骨架密封圈承口結(jié)構(gòu)，非破壞情況下，承口中密封圈不可脫出，鋼骨架密封圈中鋼骨架主要起支撐作用，鋼骨架本身不承壓。 PVC-U給水管與 PVC-UH給水管承口結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。
7 PVC?UH管材的選取優(yōu)勢(shì)
7. 1 PVC-UH管材優(yōu)勢(shì)概述
隨著產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)和產(chǎn)品質(zhì)量的提升，PVC管材的性能優(yōu)勢(shì)也在實(shí)際的使用過程中凸顯。根據(jù)國(guó)家環(huán)保要求的發(fā)展，PVC管材的生產(chǎn)目前已基本要求無(wú)鉛，尤其是給水管材，標(biāo)準(zhǔn)中已明確規(guī)定不應(yīng)使用鉛鹽，產(chǎn)品具有良好的衛(wèi)生性能，能夠滿足國(guó)內(nèi)飲用水標(biāo)準(zhǔn)要求及美國(guó)國(guó)家衛(wèi)生基金會(huì)（NSF）衛(wèi)生要求；PVC工程管道以密封圈連接為主，屬于柔性連接，每根管材自身的熱脹冷縮可以在承插口位置自行消耗，不需要單獨(dú)設(shè)置伸縮節(jié)；PVC密封圈連接管材，尤其是 PVC-UH 鋼骨架一體成型的連接結(jié)構(gòu)，使管材能夠承受至少1°左右的偏角，且極限可承受偏角達(dá)3. 5°左右（正常施工情況下偏角不允許超過1°），在地基較軟或低頻次地震區(qū)域也具有很好地應(yīng)用，與球墨鑄鐵管材或水泥管材等相比，具有更好的承口密封性；PVC管材對(duì)于管材的長(zhǎng)期耐壓性能，柔韌性都具有明確的指標(biāo)要求，埋地使用過程中實(shí)際使用壽命可達(dá)100年以上。
縱觀全文比對(duì)分析內(nèi)容可以看出，PVC-U給水管未對(duì)混配料定級(jí)提出要求，且1 h靜液壓試驗(yàn)的環(huán)應(yīng)力要求低于長(zhǎng)期使用壽命設(shè)計(jì)要求；PVC-M管材具有很好的抗沖擊性能，但生產(chǎn)成本高，800 mm以上大口徑生產(chǎn)難度大，且目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)混亂，嚴(yán)格按標(biāo)準(zhǔn)要求生產(chǎn)的廠家非常少；PVC-O管材強(qiáng)度和韌性雖然都很好，但口徑偏小，一般在630 mm以下，管材生產(chǎn)難度大，成品率低，且管材壁厚薄，承受外壓的能力很?。籔VC-UH管材從壓力設(shè)計(jì)上要求混配料滿足 MRS≥25 MPa 的定級(jí)要求，靜液壓和抗沖擊試驗(yàn)條件高，強(qiáng)度和韌性都具有很高的要求，管材承口為一體成型的鋼骨架密封圈結(jié)構(gòu)，安裝快捷方便，且每根要求進(jìn)行整管水壓試驗(yàn)，且目前國(guó)內(nèi)最大口徑已生產(chǎn)至1200 mm，該產(chǎn)品是綜合性價(jià)比最好的一種市政給水管材。綜合而言，PVC-UH管材在標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)要求上對(duì)產(chǎn)品強(qiáng)度和韌性的各項(xiàng)性能指標(biāo)都做了嚴(yán)格規(guī)定，并能滿足50年以上設(shè)計(jì)使用壽命要求，安裝快捷方便，具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，在市政管輸水領(lǐng)域具有明顯的選取優(yōu)勢(shì)。
7. 2 PVC-UH管材的應(yīng)用
PVC-UH管材近幾年在市政工程領(lǐng)域也得到了廣泛的應(yīng)用，目前在南水北調(diào)，崇禮冬奧會(huì)、青海引大濟(jì)煌、北京大興機(jī)場(chǎng)、成都天府機(jī)場(chǎng)、二連浩特供水管網(wǎng)改造、寧夏濱河新區(qū)產(chǎn)業(yè)園、上海迪斯尼樂園、新疆阿圖什配水工程等重點(diǎn)工程項(xiàng)目中都得到很好的應(yīng)用，應(yīng)用規(guī)格包含了160 mm≤dn≤1200 mm各中大口徑的PVC-UH管材。圖3為PVC-UH管材的典型應(yīng)用案例。
圖3（a）項(xiàng)目為南水北調(diào)衡水段，沿線穿越大廣高速、213省道，管材規(guī)格為dn800 SDR41（0. 63 MPa），項(xiàng)目總長(zhǎng)17. 2公里。項(xiàng)目管件采用大口徑全塑承插彎頭，此項(xiàng)目PVC-UH管材采用一體成型鋼骨架密封圈承插連接，密封性好不泄露，管材重量輕，安裝方便，一個(gè)工作面每天可至少安裝400 m。此項(xiàng)目于2016年7月通水運(yùn)行，目前一直運(yùn)行良好，無(wú)任何泄漏問題。
圖3（b）項(xiàng)目為雙遼市遼東給水廠及配套管網(wǎng)工程項(xiàng)目，管材規(guī)格315 mm≤dn≤800 mm，項(xiàng)目總長(zhǎng)111 km。此項(xiàng)目于2018年底施工完成，目前運(yùn)行良好，無(wú)任何泄漏問題。
圖3（c）項(xiàng)目為崇禮區(qū)冬奧核心區(qū)棋盤梁至云頂、北歐中心、冬季兩項(xiàng)中心和太舞公路沿線崇禮區(qū)輸配水管網(wǎng)項(xiàng)目——長(zhǎng)城嶺段輸、配水項(xiàng)目。管材規(guī)格160 mm≤dn≤450 mm，SDR17（1. 6 MPa），項(xiàng)目總長(zhǎng)77 km。目前此項(xiàng)目即將施工完成，部分管段已打壓驗(yàn)收完成。
7. 3 PVC管材在美國(guó)的應(yīng)用情況
美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的PVC管材與本文規(guī)定的PVC-UH管材性能要求及產(chǎn)品結(jié)構(gòu)基本一致，PVC管材在美國(guó)是發(fā)展最成熟的塑料管材，其應(yīng)用范圍囊括了所有給排水系統(tǒng)，是美國(guó)給水管道的主流產(chǎn)品［2］，JM Ea-gle集團(tuán)的PVC給水管材和排污、排水管材在美國(guó)已有幾十年的應(yīng)用，如Fort Leonardwood項(xiàng)目、Inland water works項(xiàng)目、Rowlett污水管網(wǎng)改造項(xiàng)目等
8 PVC?UH管材的施工建議
PVC-UH管材安裝應(yīng)按照GB 50268—2008《給水排水管道工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》和CJJ 101-2016《埋地塑料給水管道工程技術(shù)規(guī)程》的要求執(zhí)行。管材的安裝及回填非常重要，合理規(guī)范的操作可保障管材百年以上的使用壽命，并成為基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的重要成分。對(duì)于大口徑PVC-UH管材，安裝及施工應(yīng)注重細(xì)節(jié)，此文結(jié)合實(shí)際施工出現(xiàn)的不規(guī)范操作給出幾條施工建議，以便客戶正確使用PVC-UH管材：
（1）承口（含密封圈）安裝前要清潔，并涂抹潤(rùn)滑劑；
（2）管材承插過程應(yīng)嚴(yán)格按照安裝指導(dǎo)線進(jìn)行安裝，避免過度承插［9］；承插應(yīng)水平，借轉(zhuǎn)角度控制在1°以內(nèi)，軸向偏移過大在承插口位置有可能產(chǎn)生應(yīng)力點(diǎn)［10］，在外壓力作用下，對(duì)管材的長(zhǎng)期使用壽命可能存在隱患；
（3）管材不能直接敷設(shè)在原地基上，應(yīng)具有墊層，墊層敷設(shè)在管溝底部，為管材提供均勻支撐的材料，美國(guó) Howard《Pipeline Installation 2. 0》［11］中表示在管底正下方位置的墊層不壓實(shí)，不壓實(shí)的墊層為管道創(chuàng)造一種緩沖，并最大限度減少點(diǎn)載荷，不壓實(shí)墊層的寬度僅需要1倍的管材外徑或1/3管溝寬度，兩者取較小的數(shù)據(jù)，其他位置的墊層需要按規(guī)范要求壓實(shí)；而國(guó)內(nèi)塑料管道施工規(guī)范規(guī)定管底墊層壓實(shí)度應(yīng)≥90 %，管道有效支撐角范圍墊層壓實(shí)度應(yīng)≥95 %，結(jié)合目前國(guó)內(nèi)施工現(xiàn)狀及墊層材料情況，建議參考國(guó)內(nèi)施工規(guī)范的要求進(jìn)行墊層選擇及處理；美國(guó)《管道安裝2. 0》規(guī)定墊層厚度至少10 cm［11］，國(guó)內(nèi)規(guī)范一般要求不小于15cm。墊層可采用滿足尺寸要求的砂礫，或中、粗砂。
（4）回填應(yīng)采取中、粗砂填充壓實(shí)，其壓實(shí)系數(shù)應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求；溝槽回填時(shí)，不得回填淤泥、有機(jī)物或凍土，回填土中不應(yīng)含有石塊、磚及其他雜物；
（5）對(duì)于承插口連接位置，在管材敷設(shè)溝槽內(nèi)應(yīng)設(shè)置承口凹槽，避免承口位置受力，如圖4所示。
（6）冬季施工應(yīng)嚴(yán)格規(guī)范管材的運(yùn)輸、裝卸、安裝及回填。
9 結(jié)語(yǔ)
本文對(duì)PVC-U、PVC-UH、PVC-M及PVC-O給水管的性能特點(diǎn)及產(chǎn)品結(jié)構(gòu)進(jìn)行了全面對(duì)比分析，可以看出，PVC-UH給水管在混配料性能要求及混配料定級(jí)方面要求更加全面；PVC-UH給水管設(shè)計(jì)安全系數(shù)高，更利于運(yùn)行的安全性，并具有很好的抗外壓能力；PVC-UH管材目前國(guó)內(nèi)最大口徑生產(chǎn)至1200 mm口徑，PVC-M管材最大口徑為800 mm，PVC-O管材最大口徑為630 mm；管材性能指標(biāo)方面，PVC-UH管在耐壓及抗沖擊性能上都具有嚴(yán)格的要求，對(duì)50年以上使用壽命具有充分保障；在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)方面，PVC-UH給水管為鋼骨架密封圈一體成型擴(kuò)口結(jié)構(gòu)，且對(duì)每根管材增加了整管水壓測(cè)試要求，在產(chǎn)品質(zhì)量過程控制方面更有保障；在經(jīng)濟(jì)指標(biāo)方面，PVC-U管材配方及加工成本最低，但其耐壓性能等技術(shù)指標(biāo)偏低，PVC-UH管材配方成本略低于PVC-M管材，且產(chǎn)量高于PVC-M管材，PVC-UH管材生產(chǎn)加工成本低于PVC-O管材，且大口徑管材的生產(chǎn)具有明顯的優(yōu)勢(shì)。綜上所述，在 PVC 給水管道領(lǐng)域，PVC-UH給水管在生產(chǎn)及應(yīng)用方面具有明顯優(yōu)勢(shì)，有利于PVC管道產(chǎn)品的推廣應(yīng)用，在正確安裝和施工情況下，有利于實(shí)現(xiàn)高品質(zhì)管網(wǎng)的長(zhǎng)期運(yùn)行。
PVC管道作為性價(jià)比優(yōu)異的一種管道類型，嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)要求選材、生產(chǎn)、檢測(cè)及安裝，有利于實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品長(zhǎng)期穩(wěn)定的運(yùn)行質(zhì)量。以降低成本、以次充好、非標(biāo)生產(chǎn)等形式制作的管材，將無(wú)法經(jīng)受時(shí)間和客戶的考驗(yàn)，最終也會(huì)影響行業(yè)的順利發(fā)展。鋼骨架密封圈一體成型擴(kuò)口結(jié)構(gòu)促使管道的施工效率及施工質(zhì)量大大提升，且此結(jié)構(gòu)形式在美國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家已使用了幾十年，近幾年在我國(guó)也得到迅速發(fā)展，希望未來在我國(guó)的PVC管道生產(chǎn)領(lǐng)域得到普遍開發(fā)應(yīng)用。
我國(guó)目前市政輸水管道中，塑料管道占比較小，尤其是630 mm及以上中大口徑的應(yīng)用更少。雖然近幾年也得到迅速發(fā)展且應(yīng)用效果很好，但市場(chǎng)的拓展還需要加大提升，優(yōu)質(zhì)的 PVC管道產(chǎn)品需要能夠快速得到更多客戶的認(rèn)識(shí)和認(rèn)可。
參考文獻(xiàn)：
［1］王占杰. 不斷創(chuàng)新，提升品質(zhì)，滿足應(yīng)用領(lǐng)域需求［C］//第22屆全國(guó)塑料管道生產(chǎn)和應(yīng)用技術(shù)推廣交流會(huì). 佛山：住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部科技與產(chǎn)業(yè)化發(fā)展中心，2020. 1-6.
［2］袁本海，朱瑞霞. 美國(guó)PVC給水管材的質(zhì)量控制［J］. 中國(guó)塑料，2016，30（8）：93-97.
［3］袁本海，朱瑞霞，賈金金. 給水用PVC-UH管材及連接件的性能特點(diǎn)及應(yīng)用［J］. 中國(guó)給水排水，2017，33（14）：33-36.
［4］曹陽(yáng)，李正雄. 淺談U-PVC管在供水管道中的應(yīng)用［J］. 水利水電施工，2010（3）：48-49.
［5］楊濤 . 聚氯乙烯配方設(shè)計(jì)與制品加工［M］. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2011. 9-96.
［6］騰謀勇，戰(zhàn)艷虎，葛祥才，等. 三種硬質(zhì)PVC給水管材性能［J］. 聊城大學(xué)學(xué)報(bào)，2017，30（3）：69-74.
［7］ISO/TC 138/SC 2. ISO 1452-1：2009 Plastics Piping Sys-tems for Water Supply and for Buried and Above -ground Drainage and Sewerage Under Pressure — Unplasticized Poly（vinyl Chloride）（PVC-U）— Part 1：General［S］.ISO，2009.
［8］周博琳 . 給水用PVC-M管材與PVC-U管材性能對(duì)比及應(yīng)用前景［J］. 化工設(shè)計(jì)通訊，2018，44（4）：78-79.
［9］FOLKMAN S L，MOSER A P，F(xiàn)ORNK T. Analytical Model of Stresses Caused by Over -Belling PVC Pipe［Z］. JME00060-000069.
［10］SHUMARD D,FISHER C, RAHMAN S. A Photoelas-tic Study of Strains in PVC Pipe Bells Encountered Dur-ing a Variety of Assembly Scenarios［C］// Plastics Pipes XIII Conference. Washington，D. C. ：2006.
［11］AMSTER H. Pipeline Installation 2. 0［M］. Lakewood：Relativity Publishing，2015：347-365.
玻纖含量對(duì)長(zhǎng)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...
