关于我国给水用PVC-U管材管件应用及有关技术问题的体会

陈庆荣
上海自来水公司供水业务科

一.概况：

　　化学建材是继钢材、木材、水泥之后，当代新兴的第四大类新型建筑材料，它在城乡建设中用途十分广泛。大力开发和推广应用化学建材具有显著的经济效益和社会效益。塑料管材管件是化学建材的主要品种，而PVC-U管材管件则是塑料管的主导产品。给水用PVC-U管材管件在国家指导下正规的开发始于国家“七五”期间。由于它具有重量轻、不生锈、不结垢、制造能耗低(以长度计算，仅为金属管的18.7%)，内壁光滑，水力条件优越(在同等水力条件下，供水能耗下降44%)，水质卫生，没有管道二次污染，安装劳动强度低，节约施工综合费用等独特优点，已越来越被人们所认识。可以说，它在一定的管径范围内，在技术上及经济上是可行的。这一项目立项于1983年，1985年列入国家“七五”科研攻关项目。经过十几年的技术开发和应用实践，这一新型材料已在全国城镇供水管道中应用达3000多公里，在联合国和世行贷款的我国农村改水工程中累计应用已不少于10万吨，取的了初步的开发应用成效。国家有关部门也于88年及90年颁布了产品国家标准和应用技术标准。 国家一直十分重视这一新型材料的开发和应用。于七十年末期就由建设、建材、化工、轻工等部门联合组成了国家化学建材专业组，随着项目由技术开发逐步转入应用开发，这一专业组的组长也由化工部担任转由建设部担任，并于94年改名为化建协调组。建设部等五部于1997年6月23日联合发出建科[1997]154号文件，印发了《国家化学建材推广应用“九五”计划和2010年发展规划纲要》等化学建材文件的通知，对推广应用“九五”计划和2010年发展要求，加速推广应用、限制淘汰落后产品等作了明确的规定，上海市等有关省市也相应作出了本地区具体实施规定的通知。应该说，国家与各级政府部门推动化学建材这一技术政策的贯彻力度正在不断加大，有关政策也正在相应出台并实施，各类相关人员对给水用PVC-U管材管件的认识已从陌生、粗浅而逐步进入了解和较深化的阶段，生产企业的质量和品种也正日趋稳定、提高和完善。应用技术在大量实践的基础上总结了正反两方面的经验与教训已经形成了一些具有共性的关键技术措施而切实可行了。目前，可以说推广应用的外部条件和技术基础已逐步形成，前景十分良好。应用单位迅速介入这一推广应用工作也不存在太大风险，而且还有利于完成国家“九五”推广任务并早日掌握主动权，逐步实现本企业的供水现代化。因此，根据本企业的基本情况、特点和需要，寻找适当的应用范围和突破口的时机已经成熟了。

二.产品开发和工程应用有关技术问题的阶段性回顾：

　　开发和应用的12年来，我国城市供水行业在PVC-U给水管的应用技术方面大致经历了以下几个阶段：
　　第一阶段:
　　87-89年,国内厂家通过引进国外先进技术和设备，具备了PVC-U扩口型(R-R)压力管材的生产能力，产品标准达到了国家标准和德国工业标准的要求,但相应配套的PVC-U管件尚未投产，工程只能使用原有的铸铁管件，与塑料管材的连接采用传统的石棉水泥“打口”的方式，管材与管材的连接采用管材端头的R-R扩口胶圈密封连接，这一方式首先在青岛、天津、南通等自来水公司应用试验，但因PVC-U管材表面光滑，与填料的咬合力不够，接口的安全性不够，但只要注意“打口”质量并在有经验的管工操作下，接口在0.6Mpa时通过试压，但在长期工作一段时间后，接口出现有漏水的地方。其缺点为：1.材质不一致，选用铸铁配件不科学，特别是金属止水栓，不能用于塑料管上，致使无法连接用户支管。2.热胀冷缩及沉降、震动时损坏“打口”填料。3.无形中提高了“打口”的操作难度，缺乏普遍的可操作性，接口形式不科学。但这一阶段试验证明,PVC-U(R-R)扩口型管材在给水工程中是可行的，迫切需要加快PVC-U管件的开发，以满足工程的要求。
　　第二阶段:
　　厂家加快了PVC-U管件的开发，90年左右就备齐≤φ200的常用规格的TS接口(胶接)形式的PVC-U管件,从90-91年就逐步在上海，广州，成都，武汉等自来水公司开展了试点工程，但由于管材与管件的胶粘接口出现漏水并且缺乏配水管到表池间支管部分的特殊连接专件-塑料止水栓，工程试点没有取得满意的效果。但这一阶段的试验使大家发现了按照国家标准规定的视水压和水温两个因素选用管材公称压力等级为0.63Mpa作为城市供水的管道压力等级是不够全面的，萌发了在目前城市供水压力的情况下选用1.0Mpa压力等级管材的基本想法。
　　TS接口(胶接)连接形式在国外标准和我国标准中均属可采用的连接形式之一。它属于本体粘接，胶粘剂随着溶剂的挥发而遂步固化达到粘接的目的。粘接的质量由以下几个因素决定：
　　1.被粘物的贴紧力和间隙。在管材管件上就体现在配合精度和胶粘承口有效长度。其间隙在0.1m/m时是最佳的，超过0.3m/m其粘接效果(搭接剪切长度)就急剧下降。
　　2.被粘物表面必须清理干净。去油、去污、去水、去泥、去砂，且去掉管材管件表面成型时析出的润滑剂。
　　3.最大限度的去掉胶粘层中的空气，因此刷胶方向必须与轴向一致，且有里向外刷过端头，以保证有效粘接面积。
　　4.粘接完成后必须要在空气中养护24个小时左右，冬季施工时须长达48小时，（固化速度随环境温度变化而变化），在养护期间不能沾水或泡在水里。
　　5.合理的设置伸缩节，补偿热胀冷缩。
　　对照以上要素，目前我国管材管件的标准公差范围，不园度、管件承口的工艺锥度以及工程的施工现场管理，施工环境，施工细致程度，特别是南方多雨且地下水位较高的情况下，确实很难做到，此乃粘接连接总是出问题的基本原因。
　　第三阶段：
　　由于TS接口的诸多弊病，很大程度上阻碍了PVC-U管道的推广应用，应此，柔性接口管件的开发被提到议事日程上来了。 众所周知，由于管道工程中管件用量少、品种多，而且PVC-U管件的R-R接口成型技术难度高，设备模具投资很大而且不容易形成规模产量，因此各生产企业受到技术和资金的制约，无一家开发生产柔性接口的PVC-U管件。鉴于以上情况，生产厂家就生产了钢制喷塑的柔性接口管件，解决了≥φ100口径的柔性接口(R-R)问题。但此类管件的缺点是：
　　⒈价格太贵；
　　⒉由于不可避免的碰撞，损坏喷塑涂层，使钢板暴露，防腐性很差；
　　3.两种不同材质，且≤φ200管系中管件较多，使用起来总是特别别扭。但对于配水管到表池间的小口径给水管及其配套专件仍然没有一个很好的切实可行的解决办法。
　　第四阶段：
　　随着外部环境的不断形成和推广应用的深入，大多数自来水公司认为在≤φ200的范围中应用塑料管确实在技术上经济上是可行的。但制约整个推广进程的主要原因是：管件不配套，确切地讲即是现有的管件不能用或用上去不舒服，而需要的配件又没有。我们上海自来水公司认为在街坊小区内（道路红线外）应用PVC-U管其范围在≤φ200是经济的可靠的。
　　我们具体地把PVC-U管道分成两个部分来实施研究及应用。即：第一部分为≤DG50的用户支管系统，第二部分为DG100一DG200的配水管系统，现分述如下：
　　第一部分≤DG50的用户支管。这是我们深感迫切急需改革的第一课题。用户支管我们原来一直采用传统的镀锌管。由于采用地表水，水质消毒后PH值较低致使镀锌管内壁腐蚀结垢严重，直接影响水压水质。在水公司不断提高服务质量，实现社会服务承诺的情况下，上海水公司平均5-7年必须更换原有的镀锌管，每年耗资达3000-3500万元，由水公司开支，而且相当被动，当然，采用PVC-U用户支管是解决这一问题的行之有效的办法。
　　我们在长期的专题研究后，认为要采用PVC-U用户支管代替原镀锌管，必须解决以下两个技术问题：
　　1.必须解决配水管与进户管的连接专件。连接方法与接水操作方式符合上海水司原有传统的接水阀（京、津水司称铜门蕊止水栓）要求，可带水打孔或停水开孔，还能分别用于铸铁配水管和塑料配水管，使配水管与支管罗纹连接在同一种材质中实现转换。
　　2.必须开发非TS接口的一种新型接口形式的DG50以下的PVC-U管件，要求此类管件具有密封可靠，操作简单，不要养护、不受施工环境影响，在一定水压范围内（1.0Mpa）自锁管材不使管材湍动弹出而不需设置支墩但又能自动补偿热胀冷缩的特点。此类管件的接口形式，我们称之为活洛连接，简称活接管件。
　　江苏省江阴大伟塑料制品有限公司按照我公司要求及时推出了全套支管用UPVC活接管件，他们还与有关水司合作开发了塑料止水栓，这俩个系列产品构成了UPVC用户支管的敷设专件，科学地解决了相同或不同材质配水管与用户支管间的一种可靠的连接方法，并符合水公司传统的接水和维护管理要求，彻底消除了TS粘接连接的种种弊病，实践证明达到了预期设计效果，取得了成功。
我公司在96年进行20多个试点工程后，于1997年1日17日发出通知，规定在红线外全面采用≤φ50的PVC-U管道以全面革除镀锌管。建设部十分重视上海水司这一重大推广举措，1997年5月以《简报》形式报导并肯定这一做法，认为这是“在小口径城市供水管道中开辟了一条新途径以取代镀锌钢管”。上海市建委，经委，科委，农委，以[1997]第1087号文件形式肯定并下达了禁止使用镀锌管的规定。并在1998年3月，上海市建委又一次以沪建材[98]第0141号文件下达了禁用镀锌管的规定。
　　塑料立式止水栓和PVC-U活接管件组成的给水用户支管的系列产品，这一技术形式已列为了建设部中国工程建设标准《PVC-U管道工程设计施工验收规程》的规定。
　　经过三年多的大规模使用实践证明，工程效果良好，大幅度稳定及提高了水质，经取样分析，不同材质支管中过夜水的浊度、色度相差竞达70一100倍，显示了PVC-U管道的优越性，达到了成功的应用效果。因此，各大中心城市水公司和采用地表水导致镀锌管腐蚀严重的地区水司，纷纷起动，把革除镀锌管而代之以PVC-U用户支管作为本公司推广PVC-U管道的突破口。目前有的准备试点，有的正在试点，有的己经完成试点而进入了全面应用阶段使我国城市供水系统PVC-U用户支管的推广应用走上了一条健康发展的道路。
　　第二部分DG100一DG200的配水管系统:
　　我公司在大量实践和总结测算的基础上认为，≤DG200的PVC-U管道在质量、功能、投资效益等方面均优于铸铁管。但正如前面所述，只有采用R-R型柔性接口的PVC-U管件才是工程成功的至关重要的保证。在国家《PVC-U埋地给水管道工程设计、施工验收规程》中也己明确规定了这一管经范围的工程施工不得采用胶粘连接。可见R-R型柔性接口这一连接形式己形成了技术上的共识，得到了实践的证明和权威的认可。
　　江阴大伟塑料制品有限公司根据城市供水行业这一迫切的技术配套愿望和国家技术规范的要求，经过近三年的努力现已推出了de100一de200的全套R-R型柔性接口PVC-U管件，满足了推广应用的需要。我公司按照国家及上海市淘汰限制使用铸铁管的文件规定，在≤de200的管径范围及街坊小区内全面落实，以彻底稳定水质和改善供水状态，更好的服务于社会。

三.结束语：

　　在我国PVC-U管道开发推广应用的十几年中，借鉴了国外先进经验并结合我国国情，经历了风风雨雨，曲曲折折的过程，至今终于摸索出了一条符合我国城市供水应用现状的新的路子。回顾总结这十几年中的各主要阶段的特点和发展过程，很有必要。在经过实践已认定是失误或不完整的东西，就没有必要再去搞重复试验，而可以直接借鉴成功的经验而不走弯路。
从上海水司和其它有关水司的文件看，其中对应用技术规定了几条意见，实际上它体现了我国城市供水在推广PVC-U管道的实践过程中，总结归纳出来的至关重要的科学成功的具有共性的关键技术措施，而且己在多次供水公司专业会议上得到了共识和认同。这些技术措施的实现充分保证了工程的规范化应用，归纳起来为以下几条：
　　⒈产品必须执行国家标准，其适用外径系列(de)及公称压力如下表：

公称外径(de)/(mm) 32 63 110 160 200 …… 压力等级(Mpa) 1.6 1.0 1.0 1.0 1.0

　　⒉UPVC管件及其接口形式：
　　de32，de63采用柔性活络连接接口形式的管件。
　　≥de110采用整体注塑成型R-R型柔性接口形式的管件。
　　⒊配水管与PVC-U支管连接专件：
　　埋地的铸铁配水管或塑料配水管与PVC-U用户支管的连接均采用塑料立式止水栓。