HDPE钢塑排水管的发展史Word格式.docx
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2.2柔性管——塑料管材
从八十年代开始，世界上从欧州到北美、日本掀起一股塑料管道热。
人们大量使用各种塑料做的供水、排水管如PVC、PP、PE、ABS管。
这里要讲2个问题：
2.2.1刚性管和柔性管的比较
刚性管是第一代管，比起第二代管柔性管未存在以下缺陷：
使用寿命短，耐腐蚀性差，不能和土壤形成“管土共同作用”，由于和土壤不能形成管土共同作用，接口处常因土壤的不均匀沉降造成错位，因而造成接口处的大量泄漏。
由于刚性管存在大量的质量问题，因而由刚性管组成的排水管网，就不能不产生大量的断裂、堵塞、接口泄漏等问题，造成城市排水不畅，下大雨地面积水，严重影响交通安全和人民生活。
所以必须使用柔性管来取代水泥管。
我们提出的口号之一就是“用双平壁钢塑管取代水泥管，用塑料管厂取代水泥管厂改变中国的排水管的面貌”。
柔性管（塑料管）与刚性管比较起来有六大优点：
（1）在强度和刚性方面：
从表面上看塑料埋地管不及水泥管，特别是钢筋混凝土管，但从管埋地后的分析来看，塑料埋地管是属于柔性管，在正确的设计和铺设施工下，塑料管是和周围的土壤（压实后）共同承受负载的，即所谓的“管土共同作用”，所以塑料埋地管只要保证有适当的刚度，当铺设质量有保证，不需要太大的强度和刚性就可满足长期使用的要求。
（2）在水力特性方面，由于塑料管内壁光滑，阻力小、水流通大。
所以在同一口径下，塑料管的水流量要比混凝土管大。
一般设计时考虑塑料管的水流量要比混凝土管小一号，这对于材料是节省了。
（3）在密封性方面：
混凝土管由于是刚性管和土壤不能形成“管土共同作用”，遇到非均匀沉降时，混凝土管的接头就会发生“接头错位”，引起混凝土管的泄漏，据调查和统计在城市污水管网中混凝土管的泄漏量高达30%，这就说明混凝土管的泄漏造的环境污染是混凝土管的主要缺陷。
而塑料埋地管采用合格的连接方式如承插式、法兰连接，热收缩带连接可以保证泄漏量小于1%。
（4）在使用寿命和耐腐蚀方面，塑料管的优点更为突出。
混凝土管的设计寿命是15年，而塑料管的寿命是50年，现在正在开发使用寿命达到100年的。
混凝土管不耐腐蚀，特别对盐碱腐蚀更为害怕。
例如天津新区开始建设时选用混凝土管，埋下才三——五年，管子就变成砂子了，没有了，只好重新埋设塑料管。
（5）在铺设施工方面：
由于塑料管质量轻，长度大，又是柔性管，它们的优越性更大，塑料管对管沟的要求低，连接方便快速，施工快，施工费用小，尤其在恶劣自然条件下和城市施工都深受工人欢迎，优点更突出。
（6）在综合成本上，在综合经济方面，塑料管的优势正被越来越多的设计单位、施工单位、业主单位所认识。
塑料管的单价比混凝土管略高，总的工程造价不比混凝土管高。
天津市政工程设计院从1992年起PVC管，1998年起对PE双壁波纹管应用于埋地排水管进行了系统的研究，他们的结论是“PE双壁波纹管的工程造价可与平口混凝土管造价相当，比承插口混凝土管造价低于30%。
总的来看，使用塑料管，施工周期大大缩短，经济效益显著”。
2006年在美国召开的第13届国际塑料管道会议上共有120篇报告，其中欧州Teppfa（欧州塑料管材管件协会）和PlasticsEurope（欧州塑料制造商协会）发起了一项综合性的研究，即调查使用年限超过30年排水管道质量情况的定量数据，题为“可持续性市政管道排水系统中塑料管道的应用性能”，主要是评价哪种管道性能最好，能满足可持续发展要求。
调查1800公里在德国、荷兰和瑞典使用的刚性管（混凝土管、陶土管）和塑料柔性管。
调查使用闭路电视监控录象资料，调查结果表明：
（1）管道损坏界定为八类：
侵入连接、损坏连接、裂缝断裂、变形、表面损伤、接头错位、渗入。
（2）损坏比率
A、在德国：
观察到的每公里数为刚性50.2，柔性8.3
B、在德国（荷兰、瑞典类似）：
有损坏管段的比率为：
刚性33%，柔性11%。
C、在德国：
观察到与泄漏有关的四种情况（损坏连接，裂缝/断裂、接头错位、渗入）下的每公里总损坏数为：
刚性41.2，柔性6.1
调查结论：
（1）使用柔性管表现优于刚性管
（2）埋地管道需要柔性（可以产生管土共同作用）
（3）柔性管系统的管件保证较可靠的连接
（4）柔性管道系统的铺设减少对环境的危害
（5）柔性排水管道是可靠的，长期使用的选择
图一受检有损坏管道的比率——按损坏类别和材料种类（德国）
2.2.2埋地排水塑料管的形状——结构壁管的发展
塑料埋地管可以分为实壁管和结构壁管两大类。
一般，供水使用的实壁管，因为是有内压的需计算水头压力。
而排水管是无内压的，为了从经济上考虑，一般使用结构壁管，结构壁管更比实壁管节省材料50-70%。
结构壁管主要承受外压负载，近年国际上统一形成环刚度概念。
环刚度公式为S=E·
I/D3，式中：
D为管径平均值，E为材料弹性模量，I为惯性矩。
其分级标准如下：
级别
S0
S1
S2
S3
环刚度（KN/m2）
≥2
≥4
≥8
≥16
结构壁管共有六种类型：
分别是PVC双壁波纹管，PVC加筋管，克拉克管，玻璃钢夹砂管，HDPE缠绕管和HDPE双壁波纹管。
在这六种管材中，大口径HDPE双壁波纹管（φ300－φ800mm），优点最突出，主要是产品质量好，整体性好，生产效率高，原料省，成本低，施工方便，承插连接，使用安全。
大口径HDPE双壁波纹管生产线，国际上1980年出现。
1996年山西塑料总厂首先从加拿大科玛公司引进，之后安徽国通又从德国尤尼克公司引进生产线，以后陆续有十多家企业直接从国外引进双壁波纹管生产线。
当时中国人不会制造，但通过替国外机器修复模具，更换零件，修理设备慢慢积累经验。
2001年由无锡桥联公司开始引进国外技术，开发出第一条HDPE双壁波纹管生产线，并在江阴“银达来”企业投产，接着又生产出五条生产线。
以后山东中云、上海金纬，大连三垒都陆续推出合格生产线。
HDPE双壁波纹管结构复杂，设计先进，代表了当今国际塑料机械的最高水平，它的生产线由挤出机、机头、双壁波纹成型机、成型模具、冷冻冷却喷淋机和喷淋箱和后联设备构成。
它的生产线主要特点是：
“二机共挤，分层分流，内正外负成型”工艺，关键设备是：
“模头、模块、波纹成型机”。
其中使用“超冷式”内冷却系统对大口径管材的冷却定型更为重要。
大口径HDPE双壁波纹管生产设备的国产化和HDPE双壁波纹管的大量使用，使我国城乡排水管网走向现代化和使用塑料排水管立下了汗马功劳，特别对中小口径如φ300－φ800mm规格的排水管，到现在还是最优秀的。
但是随着管径的加大，生产设备的规模越来越大。
到了φ1400－φ2000mm，成型机的高度已经超过两层房高。
另外价格的上涨也使用户无法接受。
这样不到10年新一代塑料管材又呼之欲出了。
三、钢塑复合管的出现
3.1单一材料的缺陷
在新型给、排水塑料管材的推广中，人们宣传塑料管材的好处较多，当然在当时是必要的。
但是我们必须清醒地认识到：
与金属管材相比，纯塑料管材由于材料本身性能的局限，也有诸多不足之处，如果对这方面认识不足，将会影响到新型排水管材的开发和推广。
塑料管材的不足之处：
（1）刚性不足，强度低
表一几种常见管材与钢材弹性模量，抗拉屈服强度的对比
材料
弹性模量（Mpa）
抗拉屈服强度（Mpa）
钢材
210000
350
PP-R
800
22
PE-X
600
20
UPVC
3000
45
可以看出，与钢材相比，纯塑料材料的刚性和强度是有相当差距的。
（2）易蠕变
纯塑料管材长期在即使在较小的应力下，也会不断发生蠕变，因自重因素悬垂度增大，水压下多渗漏现象，难以保持密封性能。
（3）线胀系数大
表二每米长度在温度变化1℃时的伸缩量（mm）
每米长度在变化1℃时的伸缩量（mm）
M/1℃/0.012mm
M/1℃/0.15mm
M/1℃/0.2mm
据表2可推算出，4米PP-R管从20℃升高到70℃时，伸长量为30mm；
当从夏天的30℃降到冬天的0℃时，它缩短18mm。
从热膨胀率数的实验中也可以看出：
当从20℃升温到130℃/2h时，热膨胀系数为0.04，这根4米长的PP-R管竟然伸长160mm。
而PE-X管的情况更为严重。
这就是为什么接通热水或蒸汽时，塑料管材要弯曲的主要原因。
（4）高温变形，低温易脆：
一般热塑性塑料管材的维卡软化点和热变形温度偏低，耐低温脆性和应力开裂严重。
所以高温下易变形，低温下易脆裂。
（5）PE、PP、PE-X等材料容易燃烧。
防火性、安全性差。
3.2新产品的问世
在对纯塑料管材的不足之处有了清醒认识之后，未来的新型供水、排水管等管材的特征就明晰地凸现出来：
新型管材不再是单一材料做成的；
一定是两种或两种材料以上的材料复合而成。
可以想象为：
“应用上的扬长避短，结构上的刚柔共济，多种材料的功能互补。
”于是各种跨材料类别、跨各种加工手段的“工艺技术复合成型”就成为解决问题的主要方法。
这些新型管材有以下一些特征：
（1）采用新聚合方法获得的塑料原料。
如PE材料，已从多年使用的63级，发展到现在的80级和100级及112级和125级，从而大幅度提高管材的理化性质。
（2）新的管材将是塑料与金属，塑料与纤维的复合。
就纤维而言：
不仅有常见的玻纤，还使用棉花、麻类、秸杆、竹类等天然纤维，还使用高科技含量的碳纤维和芳纶及酰酯类纤维。
就金属而言，主要是钢材。
（3）新的管材将是两种材料以上的复合管材，它的生产方式不再单一地塑料挤出或注塑成型方式，还包括第三种方式：
滚塑或旋转模塑成型方式，如大口径钢塑复合管。
对于使用多机共挤，精密成型工艺，又使用纤维编织和挤出复合，又使用纤维编成布再分层与挤出复合成型。
对于金属同样有不同的金属丝纺织与塑料共挤成型方式：
例如供水用的钢丝增强PE管材与用金属片材板材与塑料共挤的钢带增强缠绕管等多种形式。
（4）采用钢管涂塑复合技术出现了多种金属衬塑管，从φ100直到φ630，φ800都可以涂塑。
现在的石油、天然气输送大多采用这种技术。
对于这种复合管的内防腐技术是衬塑。
钢管的外防腐将是使用一种“聚脲弹性体表面喷涂”技术来解决。
（有兴趣的读者可参考作者的论文）
（5）采用滚塑的方法：
把塑料与钢板之间加上一层钢板网的过渡层，把它们结合起来，可以制造φ1000、φ2200、φ3500和φ4500mm的大口径钢塑复合管。
（6）各种不同材料的复合管，这些新型管材有共同的特征，如钢塑复合管它既要发挥钢的强度和刚性，又要发挥塑料的柔性和防腐蚀性。
其中钢材部分主要是满足管材抗压，抗冲击能力和外压；
环刚度的要求。
塑料部分主要是满足柔软性的要求和对钢材的防腐保护和管材本身的要求。
使新型管材真正做到柔软性，耐腐蚀而做到耐压力、耐热、防火、可探测、热胀系数小，防渗漏等诸多优点。
四、钢塑复合排水管
由于纯塑料埋地排水管在使用中，暴露出各种缺陷，例如随着口径变大，达到φ800mm以上时，环刚度不够，制造生产困难和性价比低等问题的出现，人们不再满足单一材料的管材，而是把目光投向两种材料的复合管材。
在众多的复合管材中钢塑料复合管材是主要产品，有两类产品引起人们的关注，一是钢丝增强给水管，一是钢带增强排水管。
钢带增强排水管是目前国际、国内研究开发的重点。
图二φ3000管道图三φ3000管道生产中
目前在国内排水管市场上一共有四种钢塑排水管。
其中两种由国外引进，两种为国内研制。
第一种：
钢塑复合缠绕管Spirallywoundsteelreinforcedplasticpipe,此种管道从澳大利亚引进，其结构形式如图四所示。
由挤出成型的聚乙烯肋壁板材与作为外壁的异型钢肋，经缠绕成型工艺制成的管道，异型钢肋与肋壁板材之间采用插入式嵌接联结，并在嵌结过程中熔融焊接成一体。
结构特征：
内壁光滑、平整，外壁为螺旋缠绕的异型钢肋。
图四
第二种：
钢带增强聚乙烯（PE）螺旋波纹管metalreinforcedpolyethylene（PE）spirallycorrugatedpipe,此种管道从日本引进。
其结构形式如图五所示：
以高密度聚乙烯树脂为主要原料，用波形钢带作为主要支撑结构，采用缠绕成型工艺制成的管道。
结构特征：
内壁光滑、平整，外壁为包覆有增强钢带的中空波纹肋。
图五
第三种：
聚乙烯塑钢缠绕管stell-reinforcedspirallywoundpolyethylene,由国内研制，其结构形式如图六所示。
由挤出成型的聚乙烯肋壁板材经缠绕成型工艺制成的管道。
聚乙烯肋片中包覆有增强钢带。
其结构特征：
内壁光滑、平整，外壁为包覆有增强钢带的聚乙烯螺旋肋。
图六
第四种，双平壁钢塑排水管doubleflatplatesplastics-steeldrainpipe,由成都国通实业有限责任公司研制。
其结构形式如图七所示。
用高密度聚乙烯（PE）预制成“T”型板带，板带在管道成型机上缠绕并熔接成管道，同时将带钢轧成的异型钢带嵌入两板带之间的“槽”中，同时在钢带上包覆PE成为管道外壁。
图七
此种管道是针对目前钢塑排水管存在的各种问题研制出的一种排水管。
管道内外壁光滑、平整。
用高密度聚乙烯板带缠绕而成，在钢带外包覆聚乙烯。
五、双平壁钢塑排水管
5.1双平壁钢塑排水管设备
双平壁钢塑排水管成套设备由下列生产线组成：
①HDPE板带挤出生产线（含模具）
②带钢轧钢生产线（含模具）
③制管生产线
设备分大、中、小三个型号，分别是：
大线：
生产φ1800、φ2000、φ2200、φ2400、φ2600、φ2800、φ3000等规格双平壁钢塑排水管；
中线：
生产φ800、φ1000、φ1200、φ1400、φ1600等规格双平壁钢塑排水管
小线：
生产φ300、φ400、φ500、φ600等规格双平壁钢塑排水管。
见照片
照片一
照片二
照片三
5.2生产工艺
由塑料板带生产出HDPE板带盘绕在板带车上，并送往制管机，首先按要求尺寸缠绕成管坯，然后加热熔接，然后由轧钢机将防腐带钢轧成工字形槽钢连续钢带，送入制管机上面的板带成型后的两边槽内压平。
最后由制管机将熔化后的HDPE涂抹在钢带外表面完全包覆并抹平整光滑。
到了规定尺寸如6米处由切割机切断即可。
5.3产品检验：
双平壁钢塑排水管产品经国家化学建筑材料中心检测2008（G）0844号检测报告结果：
“所检管材参照行业标准QB/T2783－2006，埋地钢塑复合缠绕排水管材”进行检验，所检结果符合标准规定要求。
（详见检验报告）
检验报告
序号
检验项目
技术要求
检验结果
单项判定
1
尺寸mm
平均内径≥785.0
平均外径≤905.0
最小壁厚
793
840.2
4.2
合格
2
烘箱试验
管材爆缝处无分层，开裂或气泡
通过
3
环刚度KN/㎡
≥8.0
9.91
4
冲击性能0℃
TIR≤10%
5
环柔性
试样圆滑，无反向弯曲、无破裂
6
管通连接密封性实验
20℃试验压力0.05Mpa，15min无渗漏、无破裂
7
缝的拉伸强度N
≥760
1686
8
断裂伸长率%
≥300
482
9
钢筋与T形筋结合强度KN/㎡
405
≥443
10
蠕变比率
≤4
3.2
5.4建设部评估鉴定
该项成果在建设部科技发展促进中心举行的行业专家如高立新、王真杰、张玉川等人的鉴定荣获2008年元月15日建科评[2008]001号建设行业科技成果评估证书。
双平壁钢塑排水管是采用预制的带“T”型加强筋的HDPE板带，与经过防腐处理的“W”型钢带在专用制管设备上进行缠绕拼装、焊接，外层采用挤出成型的熔融态HDPE包覆，实现钢带增强和双平壁结构。
该产品是国内首先实现钢增强双平面的结构壁水管，具有较为平滑的内外表面、环刚度高、耐腐蚀、耐磨损、水流摩阻小，使用寿命长，连接施工方便，工程综合造价低等特点，适用于城市和矿企业排水、排污工程。
评估委会员出具5条评估意见，还认为“该产品在结构形式上具有创新性，处于同类产品国内领先水平，同意通过评估。
此外，此产品经国家化学建筑材料测试中心，四川省铸铁管及塑料管材产品质量监督检验站检验，所检项目符合Q/20193491－X.1－2007QB/T19472.2－2004相应要求。
产品经全国各地用户使用反映良好。
生产实践中还证明：
例一：
用大锤砸打，双平壁钢塑排水管不破不裂。
例二：
φ800管道截成300mm长（即检查环刚度长度）的管段，用压力机加压，当径向压缩50%时（内径由φ800压成短边为400的椭圆）并保压2昼夜（48小时）管内外壁均不开裂。
例三：
用支撑顶着管道两端，中间施压，径向压缩达13%时，管内壁鼓包，但内外壁均未破裂。
例四：
宁夏美利纸业新建废水总管使用双平壁钢塑排水管φ1300，施工回填时，不慎将一块φ300-400mm石头填在右侧下方，后经修路夯压时，石头将管壁顶出一个坑。
发现后挖去石头，管壁恢复，内外壁均未破裂。
公司共申请八项专利，保护自主开发的双平壁钢塑排水管技术。
5.5、双平壁排水管的优点和特点：
（1）由于钢带增强设计在HDPE板带缠绕成型的两边槽内，且钢带被轧机加工成工字钢形“W”，和板带凸出的拱形，共同形成同一管壁外平面，而由钢带承受外压力，因而环刚度高。
见下图：
图七
（2）HDPE板带构成双平壁的钢塑排水管的内壁和外壁，因而发挥塑料的柔软性，属柔性管，能在铺设质量中等以上时，能产生“管土共同作用”保证各种负载。
管壁性能均匀一致，没有薄弱环节。
（3）加工简单、易操作，管材整体好，板带和板带之间是使用同等的HDPE塑料，缠绕好的板带在制管机上加热熔接质量有保证，并滚压冷却后焊缝均匀牢固，当管材内壁焊接成整体后，在外壁槽内放置工字型钢带后，再从外面用熔融后的HDPE包覆抹平，一致性好，不渗漏。
（4）耐腐蚀、寿命长，第一钢带使用经过防腐处理的镀锌钢带，第二钢带被完全包覆在外壁由HDPE形成的槽内，外面再用HDPE完全包覆，任何时间钢带都不会跑到外面去接触空气，使钢带生锈、氧化。
另外，钢带加工过程中既不涂胶又不涂塑，仅把它放置在大于它的“塑料盒子里”这样就不会由钢、塑热胀系数不一致，而使钢带暴露在空气中。
（5）节约运费，遇有大型工程，可以把设备运到现场附近制作，这就大大节约了运费。
（6）管道长度可任意。
由于管道成型中，不是使用原材料，而是半成品HDPE板带和异形带钢，但可以接续，故管道可以按要求做得很长，甚至两个检查井之间，只有一根管子，省去了许多接头，减少了渗漏，节约了成本。
（7）管壁薄，成本低。
由于钢的弹性模量是塑料的200倍，而HDPE的价格是钢铁的两三倍。
因此，用强度高的钢带做管道骨架，使管壁可以大幅度减薄而不影响管材的质量，在如使用SN8、φ800管道，普通中空壁缠绕管壁厚达50mm，而双平壁钢塑排水管的壁厚仅22mm，而其中的钢带厚度仅7mm。
（8）管径可调：
在制管成型机上，决定管径大小的是缠绕在圆盘上的圆周大小，它是可调的，它决定管材内径的大小。
同一种板带可以制成同直径的管材，可以说加工生产灵活性大。
（9）管材易切割，专设切割机，正好切在塑料板带上，易切割。
（10）承插式连接：
对于大口径排水管，我们使用滚塑加工方式，加工承插式平接头，不仅安全有保证，不会在接头处渗漏，而且连接安装速度快。
（11）抗冲击和破损力强。
这是目前已知国际上最强的排水管，不仅大锤打不坏，石头鼓个包管子内外壁都不会破损。
5.6双平壁钢塑排水管使用的原材料
对于加工生产双平壁钢塑排水管的原材料主要是两大类：
带钢和塑料
5.6.1带钢：
规定使用“镀锌钢带”，严禁使口不作防腐处理的“黑钢带”。
因为钢带是双平壁钢塑排水管的骨架，一旦生锈氧化，就丧失了骨架作用。
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