谈谈建筑用塑料给水管的线膨胀问题及其在工程中的应用

贺海涛
东南大学建筑设计研究院

　　我们知道，建筑物内的供水管道采用过镀锌钢管、铜管和不锈钢管，其中镀锌钢管的使用已有近百年历史。随着现代化的发展和各地对饮用水质量的重视，这些材质的管材在工程实践中已暴露出愈来愈多的问题。如冷镀锌钢管一般使用5年后就锈蚀，铁腥味严重，出现黄锈水，导致管网水质恶化；铜管由于价高，在工程中的应用也不太普遍(优质的紫铜管价格一般是普通镀锌钢管的5倍以上)；与铜管同样对水质影响不大的不锈钢管由于其昂贵的价格(不锈钢管价格一般是普通镀锌钢管的8倍)，在工程实践中也极为少见。新型塑料管材的出现，解决了建筑物内管道水质问题，故各地建委针对当地实际情况，积极推广塑料给水管。塑料给水管由于其价格便宜，出水水质好且安装方便，所以受到普遍欢迎，但它有一个致命的缺点，就是有较大的线性膨胀。这一缺点往往易被人们忽视。
　　下面就几种新型塑料给水管与传统的金属给水管的线膨胀情况作一简要讨论。
　　表1列出几种新型塑料给水管及镀锌钢管和铜管的线膨胀系数。

建筑给水管线膨胀系数对照表　　表1 名称 线膨胀系数α（mm/m.℃） 铝塑复合管 0.025 UPVC管 0.07 ABS管 0.1 PEX管 0.15 PP-R管 0.14-0.16 镀锌钢管 0.012 铜管 0.020 　 　

　　应用公式(1)和公式(2)可计算出管道的伸缩长度(即线性膨胀量)

　　△L＝△T.L·α 　　　　　(1)
　　式中：△L——管道伸缩长度(mm)。
　　　　　△T——计算温差(℃)
　　　　　 L——管段长度(m)
　　　　　 α——线膨胀系数(mm／m·℃)

　　△T＝0.65△ts十0.10△tg 　　　　　(2)
　　 式中：△T——管道计算温差(℃)。
　　　　　 △ts一管道内水的最大变化温差 (℃)。
　　　　　 △tg一管道外空气的最大变化温差 (℃)。

　　从以上两个公式可以看出，在一定的计算温差和一定的管段长度下，决定线性膨胀量的主要因素就是线膨胀系数。
　　下面以镀锌钢管和PP—R管为例，加以计算说明，计算数据如下：
　　L＝8m，△T＝43℃
　　镀锌钢管：△L＝△T.L·α＝43×8×0.012＝4.128(mm)
　　PP—R管：△L＝△T·L·α＝43×8×0.15＝51.6(mm)
　　从这一工程实例中可以看出，PP—R管的线性膨胀量为镀锌钢管的12.5倍，可以新型塑料给水管线膨胀量之大，因此在工程中必须予以重视。所以我们在工程设计和施工安装上都要认真考虑这一问题。
　　由于塑料管存在较大的线膨胀，为解决这一问题，我们在工程设计中首先提倡埋墙暗敷。这是因为塑料管直接嵌墙敷设，可以利用其间的水泥砂浆的摩擦力，克服管道因温差引起的膨胀力，从而解决热膨胀问题。直接嵌墙暗敷，宜配合土建在墙上开管槽，凹槽表面不得有尖角之类的突出物，以防止管道表面膨胀时划伤管道。同时为了防止管道的热胀冷缩，造成墙体开裂，暗装的管道其表面砂浆(包括粉刷)应有一定的厚度，一般不宜小于30mm。暗敷直线距离较长的管道时，也可将管道布置成L型、Z型或π型。
　　以上是针对直埋的管道。直埋管道一般一些管径较小的管道，而对于大口径的管道，一般就需直接明敷和非直埋形式的暗敷，如直接暴露于墙面和楼板下管道，管道井和吊顶内安装的管道以及装饰板后，地坪加空层内敷设的管道。此时必须解决好其膨胀的问题。解决的办法首先尽量利用自然补偿，即利用管道敷设中的自然弯曲(如L型、Z型、π型等)吸收管道因温差产生的变形。在管道布置时，应有意折角，使管道有一个伸缩余地。其次采用补偿器，明敷的给水管若管径较大，直线距离较长、用折角自由臂补偿有困难时，宜采用平衡式伸缩器。装置伸缩器的直线管段的两端，需设置固定支承支架。管道支承间距与管径和壁厚有关，还与管道的弹性模数有关。管道的最大支承间距可按下式(3)计算：

　　Lmax＝α·（EJ_R／q）^1/2 　　　　 (3)
　　式中：α——与管材有关有系数，视管道允 许弯曲挠度而定；
　　　　　E——在设计温度T下的管材弹性 模数，N／mm²；
　　　　 JR——管道惯性矩，mm⁴；
　　　　 q——管道单位长度负载，N／mm。

　　在实际工程设计中，一般不进行支承间距计算，以下表2的经验数据可以直接查得。

横管支架最大间距（mm） 表2 管道外径 20 25 32 40 50 63 75 90 110 冷水 600-700 650-800 700-950 900-1100 1000-1200 1200-1400 1300-1500 1450-1600 1600-1800 热水 500-600 600-700 700-800 800-900 900-1000 1000-1200 1200-1400 1400-1500 1500-1600

　　当冷、热水管共用支、吊架时应根据热水管支吊架间距确定。立管宜在穿楼板处做成固定支承点。水平管、立管的各配水点、受力点以及穿墙支管节点处，均应采取可靠固定措施，同时在水平干管与水平支管连接，水平干管与立管连接，立管与每层支管连接处，可参照热水管通常的做法，如采用2个90℃弯头和一段短管后接出。
　　从以上分析可以看出，虽然新型塑料给水管价格便宜，出水水质好，安装方便，但由于其线性膨胀较大，为了吸收线性膨胀，必须使用补偿设备和固定支架。我们知道，固定支架是承制管道的移动，它的安装设置必须考虑影响管道的因素，如线性膨胀、传送介质及最终的外接部分。固定支架必须牢固，但不能损伤管子的外表面，要采用带有橡胶垫的管卡。总之，与传统的镀锌钢管相比，新型塑料管材的确解决了管道的水质问题，从技术角度来看是十分可行的，值得推广。但在工程应用中应多方面综合比较考虑。