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;彭克奇【期刊名稱】《中國水利》【年(卷)，期】2017(000)018【總頁數(shù)】9頁(P65-72,后插2)【作者】武新國;彭克奇【作者單位】【正文語種】中文水，如何到達千家萬戶，流向田間地頭？怎樣讓一滴水在從源頭到終端的過程中體驗高效的〃旅行”？問題的答案都離不開各類塑料管道的應用。百年大計，質量第一。隨著城鄉(xiāng)供水網(wǎng)絡的不斷延伸及高效節(jié)水灌溉的大力推進，能否選對適用耐用的管材，科學施工，完善建后維護，成為關乎各項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題〃塑料管道講堂”，特邀中國認證認可協(xié)會自愿性產品認證高級檢查員武新國、水利部農村飲水安全中心原高級工程師彭克奇兩位業(yè)界資深專家作為主講嘉賓，從專業(yè)角度為您講解塑料管道在〃生產一檢測一應用”全鏈條中的系列問題，以期為需求方、生產方和關注者提供參考。本期開講第一課：廣泛應用于給水、低壓輸水灌溉的PVC-U。PVC管道是我國推廣使用最早，也是目前使用量最大的塑料管道。其中，以聚氯乙烯（PVC）樹脂為主要原料，加入必要的添加劑，經擠出成型生產的硬聚氯乙烯（PVC-U）管道，廣泛應用于城鄉(xiāng)供水、農業(yè)節(jié)水灌溉等水利建設領域。這一課，結合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、混料過程監(jiān)控、生產工藝控制、成品檢驗控制，以及管道施工過程中應關注的系列問題進行講解。GB/T10002.1—2006《給水用硬聚氯乙烯（PVC-U）管材》對PVC-U生產管材的材料有4項規(guī)定：應為PVC-U混配料。混配料應以PVC樹脂為主，其中加入為生產達到本部分要求的管材所必需的添加劑，所有添加劑應分散均勻。PVC樹脂應符合GB/T5761—1993，樹脂的K值應大于64,氯乙烯單體含量應小于5mg/kg。任何添加劑的加入不應引起感官不良感覺、損害產品的加工和粘接性能及影響到本部分規(guī)定的其他性能。飲水用管材不應使用鉛鹽穩(wěn)定劑。允許使用本廠生產同類產品的清潔回用料。GB/T13664—2006《低壓輸水灌溉用硬聚氯乙烯（PVC-U）管材》未對原材料的選用提出具體要求條款。混配料，是指基礎樹脂與各種必要助劑的均勻混合物，簡單的說就是在生產過程中把樹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樹脂和穩(wěn)定劑、填充劑、潤滑劑、著色劑以及提高產品性能的其他助劑。原材料的選用，會直接影響PVC-U塑料管道的產品性能，因此在原材料投入使用前應嚴格控制PVC樹脂和各類助劑的質量。作為主要原材料的PVC樹脂（見圖1），應嚴格參照上述國家標準中的4項規(guī)定進行選用。PVC樹脂以粉末狀態(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熔體的流動性不好，熔體強度低，易產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備間摩擦阻力大。由于以上PVC加工特性的影響，在PVC樹脂加工過程中必須加入熱穩(wěn)定劑、潤滑劑等助劑，以改善其性能。熱穩(wěn)定劑：使物料減慢反應，保持化學平衡，降低表面張力，防止光、熱分解或氧化分解，以實現(xiàn)產品品質穩(wěn)定的助劑。主要有鉛鹽類、有機金屬皂類、有機錫類、復合穩(wěn)定劑類、稀土復合熱穩(wěn)定劑、鈣鋅穩(wěn)定劑等。隨著環(huán)保意識的逐漸增強，其中鉛鹽類熱穩(wěn)定劑將被無毒的熱穩(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，提高產品的技術性能指標，同時降低生產成本的助劑。主要采用碳酸鈣、滑石粉、陶土，也有用云母粉、硅藻土、赤泥等。潤滑劑：改進PVC熔體的流動性能，減少或避免對設備的黏附，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，改進塑料管材耐氣候老化性，延長管材使用壽命的助劑。—般采用二氧化鈦、酞青藍、炭黑、各種染料等。其他助劑：能改善生產過程效率、提高管材產品性能的助劑。配方，即合理選用樹脂和助劑，并科學確定其配比后所形成的復合體系。配方需滿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》對配方的要求主要體現(xiàn)在3個方面。配方中的原材料需滿足上述國家標準中PVC-U生產管材材料的4項規(guī)定。配方需滿足管材密度、維卡軟化溫度的物理性能要求。PVC-U管材密度需達到1.35~1.46g/cm3的范圍。要保證管材滿足此技術指標要求，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^。維卡軟化溫度是評價材料耐熱性能，反映管道制品在受熱條件下物理力學性能的指標之一，雖不能直接用于評價材料的實際使用溫度，但可用來指導材料的質量控制。要保證管材滿足此技術指標要求，配方體系中潤滑劑、增韌劑的數(shù)量需控制在0.5%~1.5%。配方需滿足管材落錘沖擊試驗、液壓試驗的力學性能要求。落錘沖擊試驗（OgTIR技術指標需＜5%,TIR是真實沖擊率，即整批產品進行試驗時，其沖擊破壞總數(shù)除以沖擊總數(shù)后的數(shù)值，以百分數(shù)表示。落錘沖擊試驗是對管材耐外沖擊性能的測定。試驗應按GB/T14152—2001，在0°C條件下進行。落錘沖擊試驗的沖擊錘頭半徑為12.5mm，沖錘質量和沖擊高度見表1,落錘沖擊試驗機見圖2，落錘沖擊破壞樣品見圖3。S4至S10的管材應按M級試驗；S12.5至S20的管材應按H級試驗。要保證落錘沖擊試驗技術指標＜5%，配方體系中填充劑、潤滑劑的數(shù)量需控制在6%~9%。液壓試驗技術指標要求試驗中管材無破裂、無滲漏。液壓試驗按GB/T6111—2003測定，試驗條件見表2，液壓試驗設備見圖4。若試樣在距離密封接頭小于試樣自由長度0.1倍處出現(xiàn)破裂，則試驗結果無效。要保證液壓試驗中管材無破裂、無滲漏，配方體系中填充劑、潤滑劑、加工助劑的數(shù)量需控制在7%~10%，且加工生產過程要合理控制溫度。GB/T13664—2006《低壓輸水灌溉用硬聚氯乙烯（PVC-U）管材》未對原材料提出具體要求條款，但對管材物理力學性能中的密度（1.35~1.55g/cm3）、落錘沖擊試驗和靜液壓試驗的技術指標進行了要求，配方作出了部分調整?；炝线^程，是按照規(guī)定的不同原材料的比例、順序將其投入到混料機中（見圖5）,再依次進行高溫混合、低溫混合，以得到組成均勻的混合物。混料過程的關鍵在于要合理控制物料投放順序、混料溫度、混料時間，最終實現(xiàn)物料的充分均勻分散?；炝线^程中，當高速混合溫度達到適合的溫度時，一般在1200C~135°C，混配料中的水分等揮發(fā)分會變成水蒸氣揮發(fā)掉，混配料重量將減輕。再進行低溫混合（溫度一般在40C以下），將原料性能發(fā)揮到最佳，均勻分散后生產備用。混配料中水分等揮發(fā)分含量越大，后期生產的管材成品性能就越不穩(wěn)定，而且會導致管材出現(xiàn)缺陷，甚至產生廢品。因此，各混配料選用時，其揮發(fā)分指標最好控制在0.03%以下，以更好地控制生產過程。管材生產過程中，要根據(jù)生產設備（見圖6）、管材規(guī)格、生產速度，并結合管材的夕卜觀、尺寸及物理化學性能的結果，及時合理地調整生產工藝溫度，以制造出符合國家標準的給水用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，管材出廠需檢驗外觀、顏色、不透光性、管材尺寸（長度、彎曲度、平均外徑及偏差、不圓度、壁厚、承口、插口）、縱向回縮率，以及進行落錘沖擊試驗和20C、1h試驗條件下的液壓試驗。GB/T13664—2006《低壓輸水灌溉用硬聚氯乙烯（PVC-U）管材》規(guī)定，管材出廠需檢驗顏色、夕卜觀、規(guī)格尺寸及偏差（長度、平均外徑、壁厚）、彎曲度、環(huán)剛度，以及進行靜液壓試驗和扁平試驗。同時，管材存放場地應平整、堆放應整齊（見圖7）,距離熱源不小于1m，工廠庫房內管材堆放高度不超過2m,不得露天暴曬。管材出廠檢驗項目全部合格后，才可出廠交給客戶。管道輸水工程具有工程隱蔽、投資較大等特點，在施工過程中必須嚴格把關各個環(huán)節(jié)，制定詳細的施工計劃，嚴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行、發(fā)揮效益。管道施工過程需注意：管材進入施工現(xiàn)場后，首先檢查管材尺寸誤差是否超標，管材壁厚是否均勻、有無變形，承口有無開裂，管材是否內含雜質，插口端部倒角是否合乎標準，插口有無插入深度標線，配件與管材的規(guī)格、材質、標準是否一致等。如發(fā)現(xiàn)管材有損壞、變形、變質跡象或存放超過規(guī)定期限時，應及時進行抽樣鑒定。管材的現(xiàn)場檢驗夕卜觀上，管材內夕卜壁應光滑、清潔，沒有劃傷和其他缺陷，不允許有氣泡、裂口及明顯的凹陷、雜質、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，尺寸準確，既要保證安裝時插入容易，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14%。PVC-U給水管材的彎曲度：管材公稱夕卜徑40~200mm時，彎曲度＜1.0%；公稱外徑225mm以上(含225mm)時，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)場檢驗管件壁厚不小于同規(guī)格管材壁厚；夕卜觀表面光滑，無裂紋、氣泡、脫皮和嚴重的冷斑、明顯的雜質以及色澤不均分解變色等缺陷。管材、配件的運輸及堆放PVC管材及配件在運輸、裝卸及堆放過程中須輕拿輕放，嚴禁拋扔或激烈碰撞。PVC管材須避免陽光暴曬，短期堆放須遮蓋，若存放期較長，則須放置于室內或能防曬隔雨的棚庫內，以防變形和老化、強度及韌性下降。PVC管材、配件堆放時，須放平墊實，考慮安全要求，施工工地管材堆放高度不得超過1.5m；對于承插式管材、配件堆放時，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管材運輸和堆放時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)，避免使內外管處于過度擠撐狀態(tài)。管材堆放須擺放整齊，避免雜亂無序使管子受到擠壓產生永久變形。不同規(guī)格的管子須分別堆放，避免安裝時尺寸不配或互相用錯管子而發(fā)生爆管事故。嚴禁施工現(xiàn)場拖拉管子，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。管溝地面開挖放線范圍復核無誤后，采用小型挖掘機與人工配合開挖管溝。人工整修、機械開挖時沿底部預留10cm左右保護層，挖土直接堆放到溝邊。開挖施工前，首先檢驗管溝軸線和高程，然后每隔10m布設一軸線和高程樁，確定出管溝軸線和各點開挖高程；管溝粗挖成型后，在渠底每10m設一軸線樁，在軸線樁上標出渠底高程的準確位置，掛線人工整修。管溝開挖應滿足：施工方便；不易塌方；凍土地區(qū)，管材應在凍土層以下；管材能承受上方載荷；管溝底部平整；管材周圍10cm內無堅硬物體。管溝開挖分段完成驗收合格后，進行管道安裝。安裝前，需進行管道承口與插口的管徑量測，并編號記錄，進行公差配合，以便安裝時容易插入和保證接口的嚴密性。放入管溝內時，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。應當注意，當管道口徑大于100mm時，三通、四通、彎頭、異徑管和閘閥處均應根據(jù)管內壓力計算出軸向推力，據(jù)此設置止推墩、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、涂潤滑劑、平直對口插入、塞尺檢查，見組圖8。在此過程中，應注意膠圈不要頂翻，潤滑劑可用肥皂水、洗潔精、凡士林等，不能用黃油、潤滑油等油類；要涂抹均勻無雜物；承口、插口要在一條直線上。膠合劑粘接硬質膠合劑是PVC原料溶解于特殊的溶劑制造而成的一種膠液，當PVC表面涂以膠合劑即呈膨潤狀，如與另一PVC緊密粘結時可使兩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，則利用此原理實施。連接流程為：清理工作面、試插、涂抹膠合劑、粘接、凝結固化，見組圖9。在此過程中，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線;涂刷膠合劑時，用毛刷將粘接劑迅速涂刷在插口外側及承口內側結合面上，先涂承口，后涂插口，軸向涂刷，涂刷均勻適量；粘接后，不得立即對接合部位強行加載，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度視具體情況而定。對于無節(jié)點連接的管道，試壓管長度不宜大于1.5km；有節(jié)點的管道，試壓段長度不宜大于1km。（2） 管道充水管道充水時應緩慢進行，充水同時應排出管道內的空氣。管道充滿水后，在無壓情況下至少保持12h。（3） 試壓方法PVC-U管道水壓試驗有嚴密性試驗和強度試驗2項內容。可按照《CECS17—2000埋地硬聚氯乙烯給水管道工程技術規(guī)程》的要求進行試壓。嚴密性試