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及安裝特點進行了對比分析，對建筑工程選用塑料管材的一般原則進行了總結(jié)，并對塑料管材市場的未來發(fā)展方向及重點進行了探討。
關(guān)鍵詞：建筑工程；塑料管材；性能；應(yīng)用
21世紀以前，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菌，存在危害人體健康的風險，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，我國開始引入各種新型管材[1]。塑料管材在歐美日等先進工業(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，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口、黏接、彎曲、儲存和安裝，同時耐腐蝕和耐老化性強，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化合物，也是當今世界應(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，對水流阻力小；柔韌性好，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50a以上；防燃、防靜電能力強，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。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，如果操作不當會有漏水風險，整體造價相對較高。
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，最小曲折半徑可達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。
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)地堅韌、強度高、抗沖擊性極強，表面撞擊不斷裂不破裂；耐腐蝕性較強，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，既克服了鋼管和塑料管各自的缺點，又保持了鋼管和塑料管各自的優(yōu)點。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、燃氣管、電線管。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、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)生指標要求較低，但對化學(xué)穩(wěn)定性要求較高[12]。可用作排水管的有UPVC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實壁管與螺旋管的結(jié)合使用，既可以充分發(fā)揮UPVC經(jīng)濟實用、方便持久的市場優(yōu)勢，又可降低UPVC實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水管強度、抗水錘性要求較高，ABS管需增加壁厚才能達到目的，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，施工維護均較快捷，彌補了部分PE-X管的不足。因此，PE-RT管的發(fā)展呈上升勢頭，正經(jīng)受著市場的檢驗和反饋。
2.2.4 燃氣管的選擇
在燃氣的輸配過程中，燃氣管道先后有鋼管、鑄鐵管等管材。由于燃氣管需要較高的穩(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、運輸不易等缺點，難以適應(yīng)燃氣管使用要求，PE管以其良好特性被廣泛用于燃氣管領(lǐng)域[14]。(1)PE管具有良好的柔韌性、沖擊強度和高斷裂伸長率，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焊連接。而且UPVC管價格便宜易安裝，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的難易程度；最后，從獲取途徑、加工成本、維護成本等角度判斷性價比最高的選材。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26.29%。數(shù)據(jù)統(tǒng)計顯示，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一步增強，其需求和產(chǎn)量也將進一步加大。
我國塑料管材的研發(fā)與應(yīng)用與發(fā)達國家相比，還存在一定的成長空間。因此，除有效地引進國外優(yōu)良先進技術(shù)，我國塑料行業(yè)應(yīng)重點加強研發(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)達國家的差距。同時，隨著國內(nèi)、國際環(huán)保意識的不斷增強，塑料管材行業(yè)也應(yīng)將研發(fā)物理性能優(yōu)良、經(jīng)濟實用、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:
［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,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,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...
