肖九梅

(湖北武漢藍(lán)天材料公司,湖北武漢430055)

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展,各種復(fù)合管材在給水工程中有著非常廣泛的應(yīng)用。然而,“健康”與“安全”是現(xiàn)代人最為重視的兩大主題。飲用水的水質(zhì)及供水領(lǐng)域中復(fù)合管材的安全性就成了人們關(guān)注的焦點(diǎn)。

1 居住建筑供水管材受到社會(huì)的關(guān)注

過(guò)去人們廣泛使用的鍍鋅鋼管由于存在易腐蝕、不衛(wèi)生、使用壽命短等弊病,不久前遭到了全球性的禁用命運(yùn)。

鍍鋅鋼管禁用后,銅管、不銹鋼管等高檔金屬管材在國(guó)內(nèi)給水領(lǐng)域獲得了一定范圍的應(yīng)用。其優(yōu)點(diǎn):強(qiáng)度高、耐蝕性好、外觀華麗、使用壽命長(zhǎng)。但是,其高昂的成本大大限制了其應(yīng)用范圍。由于塑料管材存在一些難以克服的內(nèi)在缺陷,各種金屬與塑料的復(fù)合管材應(yīng)運(yùn)而生。

復(fù)合管大多是由工作層(要求耐水腐蝕)、支承層、保護(hù)層(要求耐腐蝕)組成。目前市場(chǎng)上有代表性的居住建筑供水領(lǐng)域的復(fù)合管材包括:鋼塑復(fù)合管、銅塑復(fù)合管、鋁塑復(fù)合管、鋼骨架塑料復(fù)合管、碳鋼與塑料復(fù)合管、不銹鋼與塑料復(fù)合管等。

銅管按材質(zhì)不同分為:紫銅管、青銅管和黃銅管三大類。建筑給水中采用紫銅管。銅管經(jīng)久耐用。銅的化學(xué)性能穩(wěn)定,耐腐蝕,耐熱,可在不同的環(huán)境中長(zhǎng)期使用,使用壽命約為鍍鋅鋼管的3～4倍。銅管機(jī)械性能好,耐壓強(qiáng)度高,同時(shí)韌性好,延展性也高,具有優(yōu)良的抗振、抗沖擊性能。它對(duì)某些細(xì)菌的生長(zhǎng)有抑制作用。由于銅管本身不耐酸,在潮濕的環(huán)境下銅材表面易氧化形成銅綠,銅綠也是一種有毒物質(zhì)。另外,由于銅的導(dǎo)熱系數(shù)過(guò)大,散熱快,如用于輸送熱水就必須進(jìn)行保溫處理。目前市場(chǎng)上出現(xiàn)了一種在銅管表面復(fù)合一層塑料的保溫性銅塑復(fù)合管產(chǎn)品。該產(chǎn)品除為了解決上述問題之外,也有希望通過(guò)依靠減薄銅管管壁以達(dá)到降低管材成本的目的。但由于銅本身強(qiáng)度不高,無(wú)法采用過(guò)薄的壁厚達(dá)到使用要求,并產(chǎn)生外復(fù)塑層易于老化而縮短使用壽命等缺陷。

銅塑復(fù)合管配件為純銅,價(jià)格昂貴。管道易受其他專業(yè)施工工序的破壞,修補(bǔ)時(shí)浪費(fèi)配件,造價(jià)高于鍍鋅管道的。

管道系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性并非是由單一的管材決定的,而是有許多因素,如施工、安裝、維護(hù)、管理、管道系統(tǒng)的使用壽命等綜合因素構(gòu)成。目前鋁合金UPVC復(fù)合管材相對(duì)于UPVC管材,價(jià)格較高。它主要是增加了鋁合金及特殊防腐材料層。

2 鋁塑復(fù)合管材

鋁塑復(fù)合管是近幾年發(fā)展迅速的一種新型管材。鋁塑復(fù)合管是以鋁合金為骨架,鋁管內(nèi)外層都有一定厚度的塑料管。鋁合金UPVC復(fù)合管材是在UPVC管材上包覆鋁帶。其結(jié)構(gòu)為三層管:內(nèi)層為UPVC塑料管材,中間為鋁合金管,外層為表面特殊防腐涂層。塑料管與鋁管間有一層膠合層(親和層),使得鋁和塑料結(jié)合成一體不易剝離。目前用于鋁塑復(fù)合管的塑料幾乎均是 PE管,PE管又分HDPE或PEX。HDPE或稱通用性鋁塑復(fù)合管,適用于40℃的水溫;PEX稱內(nèi)外交聯(lián)聚乙烯鋁塑復(fù)合管,適用于75℃的水溫。鋁塑復(fù)合管外層聚乙烯厚度不小于0.4 mm,內(nèi)層聚乙烯不小于0.8 mm(外層厚度的2倍),鋁帶厚度0.20～0.25 mm。膠合層所使用的黏接劑(熱熔膠)主要采用共聚改性聚乙烯或化學(xué)接枝聚乙烯。鋁塑復(fù)合管具有良好的金屬特性和非金屬特性。

鋁合金UPVC復(fù)合管材外層為特殊防腐材料。其特點(diǎn):附著力強(qiáng),耐磨性好,耐水性好,以及超強(qiáng)耐候性。

鋁合金UPVC復(fù)合管材中間層為鋁合金管。其特性是抗蝕性好,無(wú)應(yīng)力腐蝕開裂傾向,能很好保護(hù)內(nèi)層塑料管。內(nèi)管為UPVC管材,可跟據(jù)需求選用實(shí)壁、螺旋、中空發(fā)泡、壓力給水等管材。

鋁合金UPVC復(fù)合管材具有抗紫外線,使用壽命長(zhǎng),耐沖擊,耐腐蝕,防火,外觀色彩多樣化等物理性能。

根據(jù)內(nèi)管的結(jié)構(gòu),鋁合金UPVC復(fù)合管的品種有鋁合金UPVC復(fù)合管材、鋁合金UPVC中空發(fā)泡復(fù)合水管、鋁合金UPVC螺旋復(fù)合水管、鋁合金UPVC壓力復(fù)合水管等。它們能完全符合市場(chǎng)對(duì)系列管材的要求。

3 孔網(wǎng)鋼帶聚乙烯復(fù)合管材和復(fù)合涂塑焊接鋼管

孔網(wǎng)鋼帶聚乙烯復(fù)合管是以冷軋鋼帶焊接的孔網(wǎng)管為增強(qiáng)骨架,以冷軋帶鋼和熱塑性塑料為原料,以多孔薄壁鋼管為增強(qiáng)體,外層和內(nèi)層雙面復(fù)合熱塑性塑料的復(fù)合壓力管材。由于引入增強(qiáng)骨架,管材的耐壓強(qiáng)度顯著提高。這種復(fù)合管既克服了鋼管和塑料管各自的缺點(diǎn),又具有鋼管的剛性和塑料管的耐腐蝕性。管道具有以下特點(diǎn):鋼管架管道本身承受的外壓強(qiáng)度能力較弱,在遭受外力時(shí)變形甚至破裂,以及在地面沉降不均時(shí)破裂。DN250口徑以下最大工作壓力通常在1.6 MPa,超過(guò)DN 250口徑最大工作壓力在1.0 MPa;長(zhǎng)期工作溫度應(yīng)在50℃以下,應(yīng)用范圍較窄。采用熱熔方式連接,施工要求較高。

復(fù)合管用的鋼帶應(yīng)采用 YB/T 5059規(guī)定的寬度及厚度較高精度的(K)、軟態(tài)(R)、無(wú)沒低碳鋼帶。高密度聚乙烯 (HDPE)、中密度聚乙烯(MDPE)應(yīng)是給水(食品級(jí)或衛(wèi)生級(jí))用管材專用料,加入的添加劑應(yīng)分散均勻;冷水管的顏色為白色或藍(lán)色,熱水管為橙紅色;管的內(nèi)、外表面應(yīng)光滑平順。兩端應(yīng)切割平整,與封頭環(huán)熔結(jié)良好,無(wú)裂縫,熔結(jié)處平整,無(wú)劃傷、毛刺;復(fù)合管的公稱長(zhǎng)度為6 000 mm;環(huán)剛度應(yīng)不小于1 MPa,縱向回縮率應(yīng)不大于0.3%。

涂塑復(fù)合鋼管是國(guó)內(nèi)新近開發(fā)的一種新型管道材料。采用內(nèi)外均有涂塑保護(hù)層,中間為增強(qiáng)焊接鋼管或無(wú)縫承壓鋼管的復(fù)合結(jié)構(gòu)。它克服了鋼管本身存在的易生銹、腐蝕、高污染,以及塑料管強(qiáng)度低、易變形等缺陷,整合了鋼管和塑料產(chǎn)品的優(yōu)點(diǎn),屬于國(guó)家推廣使用的環(huán)保產(chǎn)品。涂塑復(fù)合鋼管是在鋼管內(nèi)壁熔融一層厚度為0.5～1.0 mm的聚乙烯(PE)樹脂、乙烯-丙烯酸共聚物(EAA)、環(huán)氧(EP)粉末、無(wú)毒聚丙烯(PP)或無(wú)毒聚氯乙烯(PVC)等有機(jī)物而構(gòu)成的鋼塑復(fù)合型管材。它不但具有鋼管的高強(qiáng)度、易連接、耐水流沖擊等優(yōu)點(diǎn),還克服了鋼管遇水易腐蝕、污染、結(jié)垢及塑料管強(qiáng)度不高、消防性能差等缺點(diǎn),設(shè)計(jì)壽命可達(dá)50年。主要缺點(diǎn)是安裝時(shí)不得進(jìn)行彎曲。熱加工和電焊切割等作業(yè)時(shí),切割面應(yīng)用生產(chǎn)廠家配有的無(wú)毒常溫固化膠涂刷。涂塑復(fù)合鋼管一般采用外層為鍍鋅鋼管或者黑鐵管為基體,內(nèi)層為食品級(jí)環(huán)氧樹脂,外層為改性環(huán)氧粉末涂料,以先進(jìn)的工藝在內(nèi)、外壁熔融、噴涂或吸附環(huán)氧樹脂粉末涂料,并經(jīng)高溫固化的新型復(fù)合管材,作為普通自來(lái)水管的更新?lián)Q代產(chǎn)品。它既有鋼管的強(qiáng)度與剛度,又具有塑料管內(nèi)壁非常光滑、自潤(rùn)滑性好、不生銹、不結(jié)垢、流體阻力小、耐沖磨、防腐蝕、抗菌衛(wèi)生性能好及柔韌性等優(yōu)點(diǎn)。

與內(nèi)襯鋼/塑復(fù)合管材相比:涂塑復(fù)合鋼管線膨脹系數(shù)更低、不縮徑。由于食品級(jí)環(huán)氧樹脂是一種極性材料,與鋼管的結(jié)合力極強(qiáng),在常溫下長(zhǎng)時(shí)間不會(huì)出現(xiàn)分離、脫落現(xiàn)象,特別是在抗熱脹冷縮方面具有更佳的表現(xiàn),其耐候性更好。涂塑復(fù)合鋼管完全可滿足給水管、燃?xì)夤艿嚷竦劁佋O(shè)使用,并可采用傳統(tǒng)方法安裝,施工非常方便。

雙金屬焊接復(fù)合涂塑鋼管是目前最新型的復(fù)合管材。雙金屬焊接復(fù)合涂塑鋼管內(nèi)壁涂敷塑料防腐層,在管道的端口5～10 cm的范圍內(nèi)襯1 mm厚的不銹鋼薄板。該管道的防腐性佳,可保障水質(zhì)。雙金屬焊接復(fù)合涂塑鋼管的特點(diǎn):連接方式與碳鋼不銹鋼復(fù)合管的相同;作為焊接本體連接,連接口的強(qiáng)度與鋼管一致;在地質(zhì)沉降不均時(shí)比任何其它鋼塑復(fù)合管道的抗壓強(qiáng)度都好;管道的壓力等級(jí)可滿足任何需求。該管道難于現(xiàn)場(chǎng)制作,須在專業(yè)制造廠生產(chǎn),且制作完畢后無(wú)法修改。施工技術(shù)要求較高,碳鋼不銹鋼復(fù)合管的端口均有坡口,采用雙金屬焊接連接時(shí),先用不銹鋼焊條焊接內(nèi)層不銹鋼,然后用碳鋼焊條焊接外層鋼管。由于在焊接過(guò)程中產(chǎn)生的高溫會(huì)破壞內(nèi)涂塑層,應(yīng)在焊縫熱量影響區(qū)用濕棉布包扎,并在焊接時(shí)澆冷水降溫。雙金屬焊接復(fù)合涂塑鋼管內(nèi)涂環(huán)氧樹脂。環(huán)氧樹脂為熱固性材料,管道制作完畢后,與外側(cè)鋼管的膨脹系數(shù)接近,可避免熱滾塑鋼管在使用過(guò)程中因管道熱脹冷縮造成滾塑層的脫落。

4 不銹鋼與碳鋼(或塑料)復(fù)合管材

碳鋼不銹鋼復(fù)合管是以普通無(wú)縫鋼管為基體,內(nèi)襯各種材質(zhì)的不銹鋼的管材。目前市場(chǎng)上碳鋼不銹鋼復(fù)合管分為兩種:一種是內(nèi)襯不銹鋼(304)無(wú)縫管的復(fù)合管材,經(jīng)過(guò)冷拔復(fù)合工藝,使不銹鋼管與外面的碳鋼管緊密成型一體;另外一種是內(nèi)襯薄不銹鋼卷的復(fù)合管。前者工藝尚不成熟,市場(chǎng)上的最大口徑一般也只做到了DN150,價(jià)格也較高;后者由于內(nèi)襯不銹鋼薄卷,如果焊接不當(dāng),很容易造成內(nèi)襯不銹鋼卷與外壁碳鋼管之間脫開,仍會(huì)引起管道的損傷和腐蝕。目前實(shí)際使用中的最大管徑為300 mm,價(jià)格也較低。

碳鋼不銹鋼復(fù)合管的特點(diǎn):可直接用不銹鋼焊條堆焊連接,也可采用法蘭連接;管道便于現(xiàn)場(chǎng)修改;承受的環(huán)境溫度可較高。但其技術(shù)尚不成熟且價(jià)格高,必須用無(wú)縫鋼管制作。

碳鋼不銹鋼復(fù)合管在使用中不會(huì)出現(xiàn)復(fù)合材料脫落、龜裂,脫層等情況。復(fù)合層不會(huì)老化,涂層不可能厚薄不均勻,壓力、溫度、流速變化的情況下對(duì)其內(nèi)襯的復(fù)合材料是沒有影響的。

碳鋼不銹鋼復(fù)合管施工技術(shù)復(fù)雜。碳鋼不銹鋼復(fù)合管管道兩端的不銹鋼管伸出外側(cè)碳鋼管1～2 cm,供焊接時(shí)使用。焊接連接時(shí)先焊內(nèi)側(cè)的不銹鋼,然后在接口處補(bǔ)鋼帶焊接,一般要焊兩道。

不銹鋼復(fù)合管的優(yōu)點(diǎn):結(jié)構(gòu)規(guī)格參照國(guó)標(biāo)同比電焊鋼管的力學(xué)性能和機(jī)械強(qiáng)度,耐高壓、耐高溫;材料成本同口徑每米比鍍鋅管的低,是不銹鋼管的1/2～1/3;管接件的結(jié)構(gòu)形式和連接方法與鋁塑復(fù)合管的相同,不需攻絲和鉸螺紋;管內(nèi)壁粗糙度比鋁塑復(fù)合管的低,流速高,不結(jié)污垢,流量比其他同口徑管的高30%～50%,是凈水工程最佳管材;耐酸堿腐蝕性,使用壽命長(zhǎng)。

不銹鋼塑料復(fù)合管是在普通塑料管的外壁,經(jīng)過(guò)特殊的加工工藝,復(fù)合一層很薄的不銹鋼管的新型復(fù)合管材。因此,不銹鋼塑料復(fù)合管剛既具備了塑料管衛(wèi)生、耐蝕、導(dǎo)熱系數(shù)小、輸水性能好等優(yōu)點(diǎn),又克服了塑料管表面硬度低、剛性差、線膨脹系數(shù)大、耐紫外線照射能力差、易老化等缺點(diǎn)。它既具備了不銹鋼管表面硬度高、強(qiáng)度好、耐沖擊、外觀高檔華麗等優(yōu)點(diǎn),又克服了純不銹鋼管價(jià)格昂貴的缺點(diǎn)。因?yàn)椴讳P鋼層很薄,用料少,管材主體仍為塑料管,成本低。所以不銹鋼塑料復(fù)合管綜合了不銹鋼管與塑料管各自的優(yōu)點(diǎn),是目前技術(shù)條件下一種綜合性價(jià)比較好的新型管道,是替代鍍鋅管的首選產(chǎn)品。

不銹鋼塑料復(fù)合管材采取連續(xù)焊接式生產(chǎn)。其外層為不銹鋼,內(nèi)層為塑料管,其之間有黏結(jié)層形成三層結(jié)構(gòu)。這種特殊結(jié)構(gòu)使其具有以下特點(diǎn):不銹鋼層經(jīng)熱熔膠與塑料管復(fù)合形成新型材料成為三層牢固結(jié)合的整體,其強(qiáng)度大大超過(guò)較厚不銹鋼的空管,并使其質(zhì)量減輕,比強(qiáng)度高;表面不銹鋼管層經(jīng)拋光,堅(jiān)硬,強(qiáng)度高,裝飾效果特別好,既可用于流體輸送管,又可用于裝飾管,并可用于某些結(jié)構(gòu)用管?？梢蚱涫褂脠?chǎng)合不同選用不同的內(nèi)層塑料和不同黏結(jié)劑,使管材清潔無(wú)害。不銹鋼塑料復(fù)合管其外層采用SUS 304不銹鋼,耐腐蝕,極富裝飾性。因采用特殊成型方法,使外層不銹鋼管直徑壁厚比SDR>80,成為超薄壁,在保證耐壓強(qiáng)度的前提下減少了用料,提高了性價(jià)比。

薄壁不銹鋼復(fù)合管,國(guó)內(nèi)于20世紀(jì)90年代末才開始生產(chǎn)使用,是當(dāng)今管材領(lǐng)域嶄露頭角的新生族,已大量應(yīng)用于建筑給水管路。薄壁不銹鋼復(fù)合管經(jīng)久耐用,已被工程界公認(rèn),而且有關(guān)方面正在從減小壁厚、降低價(jià)格方面著手,以利于進(jìn)一步推廣。由于配套的連接方法、管件之可靠性及價(jià)格是決定發(fā)展的主要因素,同時(shí),建設(shè)部很重視薄壁不銹鋼復(fù)合管材的推廣應(yīng)用,特別是小口徑的不銹鋼復(fù)合管價(jià)格不高,有著廣闊的發(fā)展前景。

不銹鋼復(fù)合管具有安全可靠、衛(wèi)生環(huán)保、經(jīng)濟(jì)適用等特點(diǎn),已被國(guó)內(nèi)外工程實(shí)踐證明是給水系統(tǒng)綜合性能最好的、新型、節(jié)能和環(huán)保型的管材之一,也是一種很有競(jìng)爭(zhēng)力的給水管材。

5 結(jié)束語(yǔ)

我國(guó)復(fù)合管材發(fā)展迅速,優(yōu)勢(shì)突現(xiàn),人們也越來(lái)越了解復(fù)合管材,逐步接受各種復(fù)合管材,受到用戶的青睞。隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展,復(fù)合供水管材市場(chǎng)的需求量必將越來(lái)越大。隨著技術(shù)的發(fā)展,生產(chǎn)工藝的更新,復(fù)合供水管材的成本降低,推廣應(yīng)用前景十分看好。

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