第一課硬聚氯乙烯給水管道、低壓輸水灌溉用管道

第-^：硬聚?乙^(PVC-U)^水管道.低b?水灌M用管武新國(guó);彭克奇【期刊名稱(chēng)】《中國(guó)水利》【年(卷)，期】2017(000)018【總頁(yè)數(shù)】9頁(yè)(P65-72,后插2)【作者】武新國(guó);彭克奇【作者單位】【正文語(yǔ)種】中文水，如何到達(dá)千家萬(wàn)戶(hù)，流向田間地頭？怎樣讓一滴水在從源頭到終端的過(guò)程中體驗(yàn)高效的〃旅行”？問(wèn)題的答案都離不開(kāi)各類(lèi)塑料管道的應(yīng)用。百年大計(jì)，質(zhì)量第一。隨著城鄉(xiāng)供水網(wǎng)絡(luò)的不斷延伸及高效節(jié)水灌溉的大力推進(jìn)，能否選對(duì)適用耐用的管材，科學(xué)施工，完善建后維護(hù)，成為關(guān)乎各項(xiàng)興水惠民政策措施能否可持續(xù)發(fā)揮作用、造福民生〃最后一公里”的重要環(huán)節(jié)。為此，本刊特別推出系列專(zhuān)題〃塑料管道講堂”，特邀中國(guó)認(rèn)證認(rèn)可協(xié)會(huì)自愿性產(chǎn)品認(rèn)證高級(jí)檢查員武新國(guó)、水利部農(nóng)村飲水安全中心原高級(jí)工程師彭克奇兩位業(yè)界資深專(zhuān)家作為主講嘉賓，從專(zhuān)業(yè)角度為您講解塑料管道在〃生產(chǎn)一檢測(cè)一應(yīng)用”全鏈條中的系列問(wèn)題，以期為需求方、生產(chǎn)方和關(guān)注者提供參考。本期開(kāi)講第一課：廣泛應(yīng)用于給水、低壓輸水灌溉的PVC-U。PVC管道是我國(guó)推廣使用最早，也是目前使用量最大的塑料管道。其中，以聚氯乙烯（PVC）樹(shù)脂為主要原料，加入必要的添加劑，經(jīng)擠出成型生產(chǎn)的硬聚氯乙烯（PVC-U）管道，廣泛應(yīng)用于城鄉(xiāng)供水、農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉等水利建設(shè)領(lǐng)域。這一課，結(jié)合GB/T10002.1—2006《給水用硬聚氯乙烯（PVC-U）管材》和GB/T13664—2006《低壓輸水灌溉用硬聚氯乙烯（PVC-U）管材》，從管道的原材料選用、配方要求、混料過(guò)程監(jiān)控、生產(chǎn)工藝控制、成品檢驗(yàn)控制，以及管道施工過(guò)程中應(yīng)關(guān)注的系列問(wèn)題進(jìn)行講解。GB/T10002.1—2006《給水用硬聚氯乙烯（PVC-U）管材》對(duì)PVC-U生產(chǎn)管材的材料有4項(xiàng)規(guī)定：應(yīng)為PVC-U混配料?；炫淞蠎?yīng)以PVC樹(shù)脂為主，其中加入為生產(chǎn)達(dá)到本部分要求的管材所必需的添加劑，所有添加劑應(yīng)分散均勻。PVC樹(shù)脂應(yīng)符合GB/T5761—1993，樹(shù)脂的K值應(yīng)大于64,氯乙烯單體含量應(yīng)小于5mg/kg。任何添加劑的加入不應(yīng)引起感官不良感覺(jué)、損害產(chǎn)品的加工和粘接性能及影響到本部分規(guī)定的其他性能。飲水用管材不應(yīng)使用鉛鹽穩(wěn)定劑。允許使用本廠生產(chǎn)同類(lèi)產(chǎn)品的清潔回用料。GB/T13664—2006《低壓輸水灌溉用硬聚氯乙烯（PVC-U）管材》未對(duì)原材料的選用提出具體要求條款?；炫淞?，是指基礎(chǔ)樹(shù)脂與各種必要助劑的均勻混合物，簡(jiǎn)單的說(shuō)就是在生產(chǎn)過(guò)程中把樹(shù)脂和助劑按一定比例均勻混合在一起的材料。PVC-U塑料管道混配料一般包含PVC樹(shù)脂和穩(wěn)定劑、填充劑、潤(rùn)滑劑、著色劑以及提高產(chǎn)品性能的其他助劑。原材料的選用，會(huì)直接影響PVC-U塑料管道的產(chǎn)品性能，因此在原材料投入使用前應(yīng)嚴(yán)格控制PVC樹(shù)脂和各類(lèi)助劑的質(zhì)量。作為主要原材料的PVC樹(shù)脂（見(jiàn)圖1），應(yīng)嚴(yán)格參照上述國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中的4項(xiàng)規(guī)定進(jìn)行選用。PVC樹(shù)脂以粉末狀態(tài)存在，容易與各種助劑混合。但是，PVC加工熱穩(wěn)定性差，熔融溫度1601高于分解溫度140OC;PVC熔體的流動(dòng)性不好，熔體強(qiáng)度低，易產(chǎn)生熔體破碎和制品表面粗糙等現(xiàn)象；PVC熔體黏附金屬傾向大，熔體之間以及熔體與加工設(shè)備間摩擦阻力大。由于以上PVC加工特性的影響，在PVC樹(shù)脂加工過(guò)程中必須加入熱穩(wěn)定劑、潤(rùn)滑劑等助劑，以改善其性能。熱穩(wěn)定劑：使物料減慢反應(yīng)，保持化學(xué)平衡，降低表面張力，防止光、熱分解或氧化分解，以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品品質(zhì)穩(wěn)定的助劑。主要有鉛鹽類(lèi)、有機(jī)金屬皂類(lèi)、有機(jī)錫類(lèi)、復(fù)合穩(wěn)定劑類(lèi)、稀土復(fù)合熱穩(wěn)定劑、鈣鋅穩(wěn)定劑等。隨著環(huán)保意識(shí)的逐漸增強(qiáng)，其中鉛鹽類(lèi)熱穩(wěn)定劑將被無(wú)毒的熱穩(wěn)定劑取代，而且GB/T10002.1—2006《給水用硬聚氯乙烯（PVC-U）管材》中明確規(guī)定：飲水用管材不應(yīng)使用鉛鹽穩(wěn)定劑。填充劑：改善PVC塑料管道的成型加工性能，提高產(chǎn)品的技術(shù)性能指標(biāo)，同時(shí)降低生產(chǎn)成本的助劑。主要采用碳酸鈣、滑石粉、陶土，也有用云母粉、硅藻土、赤泥等。潤(rùn)滑劑：改進(jìn)PVC熔體的流動(dòng)性能，減少或避免對(duì)設(shè)備的黏附，提高管材表面光潔度的助劑。一般采用石蠟、硬脂酸、聚乙烯蠟、合成蠟等。著色劑：改變管材顏色，改進(jìn)塑料管材耐氣候老化性，延長(zhǎng)管材使用壽命的助劑?！悴捎枚趸?、酞青藍(lán)、炭黑、各種染料等。其他助劑：能改善生產(chǎn)過(guò)程效率、提高管材產(chǎn)品性能的助劑。配方，即合理選用樹(shù)脂和助劑，并科學(xué)確定其配比后所形成的復(fù)合體系。配方需滿(mǎn)足塑料管道成型加工和使用性能的要求，其核心是優(yōu)選樹(shù)脂和助劑并優(yōu)化其用量和配比。GB/T10002.1—2006《給水用硬聚氯乙烯（PVC-U）管材》對(duì)配方的要求主要體現(xiàn)在3個(gè)方面。配方中的原材料需滿(mǎn)足上述國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中PVC-U生產(chǎn)管材材料的4項(xiàng)規(guī)定。配方需滿(mǎn)足管材密度、維卡軟化溫度的物理性能要求。PVC-U管材密度需達(dá)到1.35~1.46g/cm3的范圍。要保證管材滿(mǎn)足此技術(shù)指標(biāo)要求，配方體系中填充劑數(shù)量需控制在5%~8%。PVC-U管材維卡軟化溫度需＞80^。維卡軟化溫度是評(píng)價(jià)材料耐熱性能，反映管道制品在受熱條件下物理力學(xué)性能的指標(biāo)之一，雖不能直接用于評(píng)價(jià)材料的實(shí)際使用溫度，但可用來(lái)指導(dǎo)材料的質(zhì)量控制。要保證管材滿(mǎn)足此技術(shù)指標(biāo)要求，配方體系中潤(rùn)滑劑、增韌劑的數(shù)量需控制在0.5%~1.5%。配方需滿(mǎn)足管材落錘沖擊試驗(yàn)、液壓試驗(yàn)的力學(xué)性能要求。落錘沖擊試驗(yàn)（OgTIR技術(shù)指標(biāo)需＜5%,TIR是真實(shí)沖擊率，即整批產(chǎn)品進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，其沖擊破壞總數(shù)除以沖擊總數(shù)后的數(shù)值，以百分?jǐn)?shù)表示。落錘沖擊試驗(yàn)是對(duì)管材耐外沖擊性能的測(cè)定。試驗(yàn)應(yīng)按GB/T14152—2001，在0°C條件下進(jìn)行。落錘沖擊試驗(yàn)的沖擊錘頭半徑為12.5mm，沖錘質(zhì)量和沖擊高度見(jiàn)表1,落錘沖擊試驗(yàn)機(jī)見(jiàn)圖2，落錘沖擊破壞樣品見(jiàn)圖3。S4至S10的管材應(yīng)按M級(jí)試驗(yàn)；S12.5至S20的管材應(yīng)按H級(jí)試驗(yàn)。要保證落錘沖擊試驗(yàn)技術(shù)指標(biāo)＜5%，配方體系中填充劑、潤(rùn)滑劑的數(shù)量需控制在6%~9%。液壓試驗(yàn)技術(shù)指標(biāo)要求試驗(yàn)中管材無(wú)破裂、無(wú)滲漏。液壓試驗(yàn)按GB/T6111—2003測(cè)定，試驗(yàn)條件見(jiàn)表2，液壓試驗(yàn)設(shè)備見(jiàn)圖4。若試樣在距離密封接頭小于試樣自由長(zhǎng)度0.1倍處出現(xiàn)破裂，則試驗(yàn)結(jié)果無(wú)效。要保證液壓試驗(yàn)中管材無(wú)破裂、無(wú)滲漏，配方體系中填充劑、潤(rùn)滑劑、加工助劑的數(shù)量需控制在7%~10%，且加工生產(chǎn)過(guò)程要合理控制溫度。GB/T13664—2006《低壓輸水灌溉用硬聚氯乙烯（PVC-U）管材》未對(duì)原材料提出具體要求條款，但對(duì)管材物理力學(xué)性能中的密度（1.35~1.55g/cm3）、落錘沖擊試驗(yàn)和靜液壓試驗(yàn)的技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行了要求，配方作出了部分調(diào)整?；炝线^(guò)程，是按照規(guī)定的不同原材料的比例、順序?qū)⑵渫度氲交炝蠙C(jī)中（見(jiàn)圖5）,再依次進(jìn)行高溫混合、低溫混合，以得到組成均勻的混合物?；炝线^(guò)程的關(guān)鍵在于要合理控制物料投放順序、混料溫度、混料時(shí)間，最終實(shí)現(xiàn)物料的充分均勻分散?；炝线^(guò)程中，當(dāng)高速混合溫度達(dá)到適合的溫度時(shí)，一般在1200C~135°C，混配料中的水分等揮發(fā)分會(huì)變成水蒸氣揮發(fā)掉，混配料重量將減輕。再進(jìn)行低溫混合（溫度一般在40C以下），將原料性能發(fā)揮到最佳，均勻分散后生產(chǎn)備用?；炫淞现兴值葥]發(fā)分含量越大，后期生產(chǎn)的管材成品性能就越不穩(wěn)定，而且會(huì)導(dǎo)致管材出現(xiàn)缺陷，甚至產(chǎn)生廢品。因此，各混配料選用時(shí)，其揮發(fā)分指標(biāo)最好控制在0.03%以下，以更好地控制生產(chǎn)過(guò)程。管材生產(chǎn)過(guò)程中，要根據(jù)生產(chǎn)設(shè)備（見(jiàn)圖6）、管材規(guī)格、生產(chǎn)速度，并結(jié)合管材的夕卜觀、尺寸及物理化學(xué)性能的結(jié)果，及時(shí)合理地調(diào)整生產(chǎn)工藝溫度，以制造出符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的給水用PVC-U管材和低壓輸水灌溉用PVC-U管材。GB/T10002.1—2006《給水用硬聚氯乙烯（PVC-U）管材》規(guī)定，管材出廠需檢驗(yàn)外觀、顏色、不透光性、管材尺寸（長(zhǎng)度、彎曲度、平均外徑及偏差、不圓度、壁厚、承口、插口）、縱向回縮率，以及進(jìn)行落錘沖擊試驗(yàn)和20C、1h試驗(yàn)條件下的液壓試驗(yàn)。GB/T13664—2006《低壓輸水灌溉用硬聚氯乙烯（PVC-U）管材》規(guī)定，管材出廠需檢驗(yàn)顏色、夕卜觀、規(guī)格尺寸及偏差（長(zhǎng)度、平均外徑、壁厚）、彎曲度、環(huán)剛度，以及進(jìn)行靜液壓試驗(yàn)和扁平試驗(yàn)。同時(shí)，管材存放場(chǎng)地應(yīng)平整、堆放應(yīng)整齊（見(jiàn)圖7）,距離熱源不小于1m，工廠庫(kù)房?jī)?nèi)管材堆放高度不超過(guò)2m,不得露天暴曬。管材出廠檢驗(yàn)項(xiàng)目全部合格后，才可出廠交給客戶(hù)。管道輸水工程具有工程隱蔽、投資較大等特點(diǎn)，在施工過(guò)程中必須嚴(yán)格把關(guān)各個(gè)環(huán)節(jié)，制定詳細(xì)的施工計(jì)劃，嚴(yán)格按照施工程序精心施工，以保證管道在工程投入使用后能正常運(yùn)行、發(fā)揮效益。管道施工過(guò)程需注意：管材進(jìn)入施工現(xiàn)場(chǎng)后，首先檢查管材尺寸誤差是否超標(biāo)，管材壁厚是否均勻、有無(wú)變形，承口有無(wú)開(kāi)裂，管材是否內(nèi)含雜質(zhì)，插口端部倒角是否合乎標(biāo)準(zhǔn)，插口有無(wú)插入深度標(biāo)線，配件與管材的規(guī)格、材質(zhì)、標(biāo)準(zhǔn)是否一致等。如發(fā)現(xiàn)管材有損壞、變形、變質(zhì)跡象或存放超過(guò)規(guī)定期限時(shí)，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行抽樣鑒定。管材的現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)夕卜觀上，管材內(nèi)夕卜壁應(yīng)光滑、清潔，沒(méi)有劃傷和其他缺陷，不允許有氣泡、裂口及明顯的凹陷、雜質(zhì)、顏色不均、分解變色線等。管端頭須切割平整，并與管的軸線垂直。管材與插口的工作面必須表面平整，尺寸準(zhǔn)確，既要保證安裝時(shí)插入容易，又要保證接口的密封性能。管材同一截面的壁厚偏差不得超過(guò)14%。PVC-U給水管材的彎曲度：管材公稱(chēng)夕卜徑40~200mm時(shí)，彎曲度＜1.0%；公稱(chēng)外徑225mm以上(含225mm)時(shí)，彎曲度＜0.5%。PVC-U低壓輸水灌溉用管材彎曲度＜1.0%。管件的現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)管件壁厚不小于同規(guī)格管材壁厚；夕卜觀表面光滑，無(wú)裂紋、氣泡、脫皮和嚴(yán)重的冷斑、明顯的雜質(zhì)以及色澤不均分解變色等缺陷。管材、配件的運(yùn)輸及堆放PVC管材及配件在運(yùn)輸、裝卸及堆放過(guò)程中須輕拿輕放，嚴(yán)禁拋扔或激烈碰撞。PVC管材須避免陽(yáng)光暴曬，短期堆放須遮蓋，若存放期較長(zhǎng)，則須放置于室內(nèi)或能防曬隔雨的棚庫(kù)內(nèi)，以防變形和老化、強(qiáng)度及韌性下降。PVC管材、配件堆放時(shí)，須放平墊實(shí)，考慮安全要求，施工工地管材堆放高度不得超過(guò)1.5m；對(duì)于承插式管材、配件堆放時(shí)，相鄰兩層管子的承口相互倒置并讓出承口部位，以免承口承受集中荷載。PVC管材運(yùn)輸和堆放時(shí)可以采用大管套小管的形式，但套裝的管子須呈自由狀態(tài)，避免使內(nèi)外管處于過(guò)度擠撐狀態(tài)。管材堆放須擺放整齊，避免雜亂無(wú)序使管子受到擠壓產(chǎn)生永久變形。不同規(guī)格的管子須分別堆放，避免安裝時(shí)尺寸不配或互相用錯(cuò)管子而發(fā)生爆管事故。嚴(yán)禁施工現(xiàn)場(chǎng)拖拉管子，以防止管身特別是插口端部密封接觸部位劃傷，造成接頭漏水。管溝地面開(kāi)挖放線范圍復(fù)核無(wú)誤后，采用小型挖掘機(jī)與人工配合開(kāi)挖管溝。人工整修、機(jī)械開(kāi)挖時(shí)沿底部預(yù)留10cm左右保護(hù)層，挖土直接堆放到溝邊。開(kāi)挖施工前，首先檢驗(yàn)管溝軸線和高程，然后每隔10m布設(shè)一軸線和高程樁，確定出管溝軸線和各點(diǎn)開(kāi)挖高程；管溝粗挖成型后，在渠底每10m設(shè)一軸線樁，在軸線樁上標(biāo)出渠底高程的準(zhǔn)確位置，掛線人工整修。管溝開(kāi)挖應(yīng)滿(mǎn)足：施工方便；不易塌方；凍土地區(qū)，管材應(yīng)在凍土層以下；管材能承受上方載荷；管溝底部平整；管材周?chē)?0cm內(nèi)無(wú)堅(jiān)硬物體。管溝開(kāi)挖分段完成驗(yàn)收合格后，進(jìn)行管道安裝。安裝前，需進(jìn)行管道承口與插口的管徑量測(cè)，并編號(hào)記錄，進(jìn)行公差配合，以便安裝時(shí)容易插入和保證接口的嚴(yán)密性。放入管溝內(nèi)時(shí)，需采用可靠的軟帶吊具，平穩(wěn)下溝，避免與溝壁或溝底激烈碰撞。管材連接方式主要有兩種：彈性密封圈連接，主要適用于直徑63mm以上的管材；膠合劑粘接，主要適用于直徑110mm以下的管材。應(yīng)當(dāng)注意，當(dāng)管道口徑大于100mm時(shí)，三通、四通、彎頭、異徑管和閘閥處均應(yīng)根據(jù)管內(nèi)壓力計(jì)算出軸向推力，據(jù)此設(shè)置止推墩、固定墩、防滑墩等。彈性密封圈連接連接流程為：清理工作面、安裝膠圈、涂潤(rùn)滑劑、平直對(duì)口插入、塞尺檢查，見(jiàn)組圖8。在此過(guò)程中，應(yīng)注意膠圈不要頂翻，潤(rùn)滑劑可用肥皂水、洗潔精、凡士林等，不能用黃油、潤(rùn)滑油等油類(lèi)；要涂抹均勻無(wú)雜物；承口、插口要在一條直線上。膠合劑粘接硬質(zhì)膠合劑是PVC原料溶解于特殊的溶劑制造而成的一種膠液，當(dāng)PVC表面涂以膠合劑即呈膨潤(rùn)狀，如與另一PVC緊密粘結(jié)時(shí)可使兩PVC表面上的分子變得很接近，待溶劑揮發(fā)后兩PVC接合面膠著成為一體。PVC管道粘接，則利用此原理實(shí)施。連接流程為：清理工作面、試插、涂抹膠合劑、粘接、凝結(jié)固化，見(jiàn)組圖9。在此過(guò)程中，注意粘接前將兩管試插一次，在插入端表面劃出插入承口深度的標(biāo)線;涂刷膠合劑時(shí)，用毛刷將粘接劑迅速涂刷在插口外側(cè)及承口內(nèi)側(cè)結(jié)合面上，先涂承口，后涂插口，軸向涂刷，涂刷均勻適量；粘接后，不得立即對(duì)接合部位強(qiáng)行加載，須靜置固化。（1） 分段試壓PVC-U給水、低壓灌溉管道試壓段的長(zhǎng)度視具體情況而定。對(duì)于無(wú)節(jié)點(diǎn)連接的管道，試壓管長(zhǎng)度不宜大于1.5km；有節(jié)點(diǎn)的管道，試壓段長(zhǎng)度不宜大于1km。（2） 管道充水管道充水時(shí)應(yīng)緩慢進(jìn)行，充水同時(shí)應(yīng)排出管道內(nèi)的空氣。管道充滿(mǎn)水后，在無(wú)壓情況下至少保持12h。（3） 試壓方法PVC-U管道水壓試驗(yàn)有嚴(yán)密性試驗(yàn)和強(qiáng)度試驗(yàn)2項(xiàng)內(nèi)容?？砂凑铡禖ECS17—2000埋地硬聚氯乙烯給水管道工程技術(shù)規(guī)程》的要求進(jìn)行試壓。嚴(yán)密性試