排污、排水用PVC-UH管材的性能特点及应用 朱瑞霞 ，范英奎，甘 露 （河北泉恩高科技管业有限公司，河北 廊坊 065000） 摘 要：从材料要求、允许内压及抗外压能力、性能指标要求、与国际标准技术差异、应用案例等方面总结并分析了PVC-UH排污、排水管材的性能特点及连接结构。并重点总结了PVC-UH排污、排水管材的施工技术及验收，最后针对大口径PVC-UH管道的施工给出了几条实践性建议。关 键 词：PVC-UH排污、排水管材；性能指标；一体成型的钢骨架密封圈；施工技术0 前言在我国，塑料管道以其无以比拟的优点得到快速发展，2019年中国塑料管道整体产能超过3000万吨，总产量1600万吨，较2018年同比增长2.1%。PVC管道具有耐腐蚀、流动阻力小、使用寿命长、安装方便、生产能耗低、可回收利用等优异的性能和价格优势，优质的PVC管道在我国的推广应用符合我国国情，有利于促进经济发展。 城市排污排水工程是重要的城市基础设施，有效的城市排污排水系统，对保护城市水环境免遭污染，保持城市水的良性循环起着非常重要的作用。据统计，我国95%以上的城市地下水不符合饮用水标准，水污染成为城市的隐形“杀手”，排污管道的渗漏是最大的污染源之一。腐蚀和泄漏是影响给排水管道使用寿命和水污染的关键因素，PVC管材可以有效解决这一问题，实现管道系统100年以上的使用寿命。在美国，市政排污排水管网使用PVC管材市场占有率为58%，且每年都在快速增长。PVC管材有很好的力学性能，且具备极好的耐腐蚀性，使用过程中重量轻，安装方便，不需维护，是一种生产成本低、强度高，耐腐蚀的良好塑料制品；而使用混凝土或铸铁类的下水管道，在使用过程中由于易腐蚀，必须经常涂敷涂料，维护费用高，且使用寿命远低于优质的塑料管道。 实壁PVC管材在排污排水领域的应用有利于从根本上改善排污管网的漏损问题及产品使用问题，较双壁波纹管等结构壁管材具有更好的抗挠度性能和承受适量内压的性能，对地形的适应性和长期使用寿命更优优势。在排污、排水管道建设方面，按照我国发展环境保护要求和标准先进的理念，应保持先进的标准技术水平，通过实现国际化质量的PVC排污、排水管材标准，将环保高效的排污、排水管材应用到市政建设，实现排污、排水管零渗漏，避免地下水污染，控制水土流失，有利于打造国际化生态文明城市，也有利于实现排污、排水管的进一步规范化、优质化，对全国排水管的优质化发展和质量控制具有至关重要的作用。 本文以T/CECS 10110-2020《排污、排水用高性能硬聚氯乙烯管材》标准作为参考，总结分析了排污、排水用高性能硬聚氯乙烯管材（简称：“PVC-UH排污、排水管材”）的性能特点及连接结构、应用案例和施工要点，充分展示了PVC-UH排污、排水管材产品的性能及应用优势。该产品的推广应用有利于促进我国PVC实壁排污管材质量的管控，也有利于该产品的有效合理应用，从而实现排污管网市场的规范和优化发展。
1 产品概述排污、排水用高性能硬聚氯乙烯管材（简称“PVC-UH排污、排水管材”）是以满足表1物理力学性能要求的PVC混配料为原料，经挤出具有一体成型的钢骨架密封圈承口结构的排污、排水用管材。一体成型的扩口结构是指管材扩口的同时将钢骨架橡胶密封圈嵌入扩口凹槽中，形成一体成型的钢骨架橡胶密封圈承口结构，非破坏情况下，承口中密封圈不可脱出。 PVC-UH排污、排水管材适用于输送介质温度不大于 45℃，公称压力不大于0.63MPa的埋地及管廊内排污、排水管材。在满足管材的耐化学性和耐热性条件下也可用于工业用排污管材。对于需要配套管件的管道系统或管廊内使用的管道系统，其配套管件可按 CJ/T 493-2016中连接件的要求执行，结合排污、排水管材的应用工况选择合适壁厚规格或压力等级的管件。
2 材料要求生产管材的混配料应以聚氯乙烯树脂为主，且聚氯乙烯树脂质量含量不应少于80%，并加入必要的添加剂。混配料即基础树脂PVC与各种必要助剂的均匀混合物，是用于PVC管材直接挤出的原材料。混配料的原辅物料选取及配方对产品的性能及长期使用寿命起到至关重要的作用。 PVC-UH排污、排水管材参考美国ASTM D1784规定了混配料的物理力学性能要求，如表1所示，这些指标的要求更好地控制了管材原料和配方的选取及质量。 表1 PVC-UH排污、排水管材PVC混配料的物理力学性能要求 
3 管材允许内压及抗外压能力
3.1 环刚度的计算根据GB/T 19278—2018中2.4.2环刚度的定义可知环刚度与管材壁厚成三次方的关系，环刚度（S）核算公式简化为： 
式中 S——环刚度，kN/m2 E——管壁材料的弹性模量，对于PVC管材规范规定选取3000 MPa dn——公称外径，mm en——公称壁厚，mm 可以看出，同种外径的管材，壁厚越大、环刚度越大、抗外压抵抗变形的能力越大。 3.2 PVC-UH排污、排水管材允许内压及抗外压能力PVC-UH排污、排水管材具有很好的耐内压及抗外压能力，能够较好地适应满盈状态下内压的承受，同时管材为实壁管，具有均一的耐内压和抗外压能力，能够保障更加稳定的长期使用寿命。管材公称压力及环刚度设计参数如表2所示。 表2 PVC-UH排污、排水管材公称压力及环刚度设计参数 
4 管材性能指标要求4.1 管材的性能指标及连接结构PVC-UH排污、排水管材具体技术指标见表3。本产品与GB/T 20221-2006《无压埋地排污、排水用硬聚氯乙烯（PVC-U）管材》产品的主要技术差异如表3所示。 表3 产品技术指标及与PVC-U排污、排水管标准技术参数对比 
PVC-UH排污、排水管材采用一体成型的钢骨架密封圈承口结构，保证连接接口安装可靠性和密封性。 结构如图1所示。后置密封圈承口结构管材与一体成型钢骨架密封圈承口结构对比如图2所示。 
5 与国际标准的技术差异PVC-UH排污、排水管材参考了ISO 4435-2003《无压埋地排污、排水用塑料管道系统—硬聚氯乙烯（PVC-U）》，在产品性能指标及产品结构上有明显差异，该产品的性能要求高于ISO 4435-2003标准要求，与之相比主要技术差异如下： 1) 管材材料安全无毒，混配料不含铅； 2) 参考美国标准ASTM D1784规定了混配料的物性要求，并转换为国标检测方法； 3) 管材尺寸最大增加至1600mm；管材长度可为6米或12米； 4) 管材环刚度包含SN2、SN4、SN8、SN12.5、SN16，较ISO 4435标准中增加了实际设计常用的SN12.5和SN16； 5) 管材设计满足0.32～0.63MPa的公称压力要求，适用于低压或无压排污、排水应用领域，同时具有很好地耐内压和耐外压性能，满足满盈情况的排污、排水管材使用要求； 6) 管材性能检测较ISO 4435标准产品增加了拉伸屈服应力要求、20℃ 1h 4倍公称压力静液压试验、压扁试验、整管水压试验及连接密封性试验； 7) 管材承口为一体成型的钢骨架密封圈承口结构； 8) 管材插口端插入深度标记处设计安装指导线，可保证安装承插到位且避免过度承插。 6 PVC-UH排污、排水管材的应用PVC-UH排污、排水管材近几年在市政工程领域也得到了广泛的应用，目前在广东、浙江、辽宁等地的多项重点工程项目中都得到很好的应用，应用规格包含了160mm≤dn≤1200mm各中大口径。图3为PVC-UH排污、排水管材的典型应用案例。 
图3 PVC-UH排污、排水管材的典型应用案例 图3 (a)为深圳正本清源PVC-UH排污、排水管项目。 图3 (b)为广东东莞市雨污管网及配套工程。 图3 (c)为浙江温州市排水管网整治工程。 图3（d）为美国PVC排污管应用工程。 7 PVC-UH排污、排水管材的施工技术、验收及施工建议7.1 施工技术PVC-UH排污、排水管材均采用一体成型的钢骨架密封圈承口结构，施工快捷方便，且插口端的安装指导线保证了安装质量。管材具体设计和施工技术要求按照以下规定执行： 1) 管材设计执行标准：GB 50332-2002《给水排水工程管道结构设计规范》和GB 50014-2014《室外排水设计规范》。 2) 沟槽开挖和地基处理参照CJJ 143-2010《埋地塑料排水管道工程技术规程》的要求。 3) 回填要求参照CJJ 143-2010《埋地塑料排水管道工程技术规范》或GB 50268《给水排水管道工程施工及验收规范》。 4) 管道安装由管材生产厂家提供安装作业指导书。 7.2 验收要求管材质量验收参照CJJ 143-2010《埋地塑料排水管道工程技术规程》和GB 50268-2008《给水排水管道工程施工及验收规范》的相关要求执行。 1） 闭水试验 塑料排水管道闭水试验应按检查井井距分段进行，抽样选取，并应带井试验。试验方法参照GB 50268-2008《给水排水管道工程施工及验收规范》9.3的规定执行。 2） 变形检验当塑料排水管道沟槽回填至设计高程后，应在12-24h内测量管道竖向直径变形量，并应计算管道变形率。变形检验参照CJJ 143-2010《埋地塑料排水管道工程技术规程》6.2的规定执行。 3） 沟槽回填土密实度检测参照CJJ 143-2010《埋地塑料排水管道工程技术规程》6.3的规定执行。 在基础或回填土壤较差(含水量较高、土壤压缩性高)、埋深较深或有重型车辆经过等地方，回填基础及管顶宜采用敷设土工合成材料(土工织物或土工格网)来改善土体质量，增强土体的抗拉强度和抗变形能力，增强管道建筑结构的稳定性。 4） 水压试验可选试验，一般压力管道进行该项试验，无压排污、排水管材可不进行该项试验，有较低压力要求的排污、排水管材可选择进行该项试验。 7.3 施工建议管材的安装及回填非常重要，合理规范的操作可保障管材百年以上的使用寿命，并成为基础设施建设的重要成分。对于大口径PVC-UH排污、排水管材，安装及施工应注重细节，此文结合实际施工出现的不规范操作给出几条施工建议，以便客户正确使用PVC-UH排污、排水管材： 1) 承口（含密封圈）安装前要清洁，并涂抹润滑剂； 2) 管材承插过程应严格按照安装指导线进行安装，避免过度承插；承插应水平，借转角度控制在1°以内，轴向偏移过大在承插口位置有可能产生应力点，在外压力作用下，对管材的长期使用寿命可能存在隐患； 3) 管材不能直接敷设在原地基上，应具有垫层，垫层敷设在管沟底部，为管材提供均匀支撑的材料，美国Howard《Pipeline Installation 2.0》中表示在管底正下方位置的垫层不压实，不压实的垫层为管道创造一种缓冲，并最大限度减少点载荷，不压实垫层的宽度仅需要1倍的管材外径或1/3管沟宽度，两者取较小的数据，其他位置的垫层需要按规范要求压实；而国内塑料管道施工规范规定管底垫层压实度应≥90%，管道有效支撑角范围垫层压实度应≥95%，结合目前国内施工现状及垫层材料情况，建议参考国内施工规范的要求进行垫层选择及处理；美国《管道安装2.0》规定垫层厚度至少10cm，国内规范一般要求不小于15cm。垫层可采用满足尺寸要求的砂砾，或中、粗砂。 4) 回填应采取中、粗砂填充压实，其压实系数应符合设计要求；沟槽回填时，不得回填淤泥、有机物或冻土，回填土中不应含有石块、砖及其他杂物。 5) 对于承插口连接位置，在管材敷设沟槽内应设置承口凹槽，避免承口位置受力，如图4（a）所示。此项要求在CJJ 143-2010《埋地塑料排水管道工程技术规程》中也有规定，如图4（b）所示。 
6) 冬季施工应严格规范管材的运输、装卸、安装及回填。 8 结语综上所述，在PVC排污、排水管道领域，PVC-UH排污、排水管在生产及应用方面具有明显优势，有利于PVC管道产品的推广应用，在正确安装和施工情况下，有利于实现高品质管网的长期运行。 PVC管道作为性价比优异的一种管道类型，严格按照标准要求选材、生产、检测及安装，有利于实现产品长期稳定的运行质量。以降低成本、以次充好、非标生产等形式制作的管材，将无法经受时间和客户的考验，最终也会影响行业的顺利发展。钢骨架密封圈一体成型扩口结构促使管道的施工效率及施工质量大大提升，且此结构形式在美国等发达国家已使用了几十年，近几年在我国也得到迅速发展，希望未来在我国的PVC管道生产领域得到普遍开发应用。 我国目前市政输水管道中，塑料管道占比较小，尤其是630mm及以上中大口径的应用更少。虽然近几年也得到迅速发展且应用效果很好，但市场的拓展还需要加大提升，优质的PVC管道产品需要能够快速得到更多客户的认识和认可。
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