摘要 21世紀(jì)建筑水管，需要衛(wèi)生、輕便、安全、不漏水、耐久、經(jīng)濟(jì)、節(jié)水、節(jié)能。通過(guò)對(duì)

目前水管的討論評(píng)價(jià)，給出了標(biāo)準(zhǔn)系列的綜合經(jīng)濟(jì)技術(shù)性能評(píng)價(jià)方法、判別式，對(duì)現(xiàn)行常用管材的安

全度綜合評(píng)價(jià)，提出了選擇高級(jí)管材標(biāo)準(zhǔn)，闡述了21世紀(jì)水管發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞 21世紀(jì)建筑水管 衛(wèi)生 不漏水 判別式 高級(jí)管材 特點(diǎn) 水管發(fā)展方向

21世紀(jì)人類社會(huì)，科技文明帶來(lái)的繁榮，使人們的生活，社會(huì)結(jié)構(gòu)發(fā)生了巨大的變化，建筑給水管道系統(tǒng)采用薄壁不銹鋼管材已逐步成為國(guó)際社會(huì)的主流。薄壁不銹鋼管道由于其高精度的制造技術(shù)，精湛的高科技工藝技術(shù)，體現(xiàn)了不銹鋼管件的生產(chǎn)制造業(yè)進(jìn)入了一個(gè)新的高級(jí)階段。管道接口不僅高度安全好用，而且內(nèi)外表面光滑，外觀豪華美觀具有國(guó)際先進(jìn)水平。具有高安全度、節(jié)能、節(jié)水、健康、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)、耐久、免維修、施工方便、安裝快速、資源可循環(huán)使用的良好特點(diǎn)。

1 目前建筑水管現(xiàn)狀與21世紀(jì)的目標(biāo)

迄今為止，我國(guó)建筑供水管道系統(tǒng)中，半個(gè)世紀(jì)以來(lái)存在的大家公認(rèn)的四大難題。在一年四季正常使用狀態(tài)下，水質(zhì)二次污染，管道漏水，水管壽命短，管道施工麻煩的問(wèn)題還比較普遍。

漏水原因——管材運(yùn)動(dòng)過(guò)程變異行為，引起應(yīng)力轉(zhuǎn)移，導(dǎo)致局部受力過(guò)大產(chǎn)生破壞，引發(fā)漏水，因素是多樣而復(fù)雜的。

水質(zhì)被污染，管材壽命短。污染造成對(duì)人體健康之憂，排放水量增大的浪費(fèi)。水質(zhì)濁度增加或臭味增大。

進(jìn)入21世紀(jì)后，國(guó)家于2000年下達(dá)了廢除用鍍鋅管作水管的規(guī)定，大膽的采用了國(guó)際先進(jìn)的管材及標(biāo)準(zhǔn)。由于我國(guó)市場(chǎng)發(fā)展的還不夠規(guī)范，及一次性投資的經(jīng)濟(jì)因素，絕大部分的建筑供水管道，多為低參數(shù)的管材。更有替代材料制品的管材充滿市場(chǎng)。管子最重要的接口標(biāo)準(zhǔn)化太低，隨意性較大。因此，管道系統(tǒng)的四大問(wèn)題并沒(méi)有明顯的改觀。

2 高級(jí)優(yōu)秀水管的評(píng)價(jià)及判別準(zhǔn)則

2.1 薄壁不銹鋼管標(biāo)準(zhǔn)及T/D值計(jì)算。

在21世紀(jì)將要來(lái)臨之際，英國(guó)首推出BS4127：1994薄壁不銹鋼水管標(biāo)準(zhǔn)。2002年歐共體又推出了EN10312水管標(biāo)準(zhǔn)具體規(guī)格。

2.2 薄壁不銹鋼管定義：

薄壁不銹鋼水管的定義管子直徑D與管壁厚度T的比值，符合以下范圍的T/D比值稱為薄壁不銹鋼管。管子外徑Dmm ；T/D比值D≤20 0.020-0.055； D≤30 0.020-0.045；D≤60 0.015-0.035；D≤100 0.010-0.030；D≤200 0.008-0.017；D≤300 0.007-0.015；當(dāng)小于本T/D值的范圍的數(shù)據(jù)，稱為超薄壁管。當(dāng)大于本T/D值范圍的數(shù)據(jù)，稱為厚壁管。

2.3 薄壁管系列經(jīng)濟(jì)技術(shù)性能的判別式

薄壁管系統(tǒng)，規(guī)格系列設(shè)計(jì)，其尺寸、力學(xué)性能、安全性能、經(jīng)濟(jì)性能、使用性能等綜合指標(biāo)是不是最佳設(shè)計(jì)，本文提出一個(gè)簡(jiǎn)便的評(píng)價(jià)方法。

必要條件

1、 滿足定義域。管子直徑與壁厚確定，應(yīng)滿足應(yīng)用系統(tǒng)介質(zhì)、壓力參數(shù)、各種載荷、工藝條件要求。

2、 符合一個(gè)系統(tǒng)一致性、等效性原則。

判別條件

T1 Tn

△T/D = （1）

D1 Dn

T1Dn

即： △T/D =（2）

TnD1

式中： △T/D：系統(tǒng)控制性平衡差值；T/D：厚度與直徑比值；T1/D1：厚度與直徑初始條件比值。Tn/Dn：任意的比值厚度與直徑。

T1Dn

當(dāng) △T/D = ， △T/D為系統(tǒng)判別條件。

TnD1

當(dāng)△T/D=1.0時(shí)，為最經(jīng)濟(jì)等效系列。當(dāng)△T/D<1.0時(shí)，說(shuō)明小口徑的厚度T偏薄或大口徑偏厚。當(dāng)△T/D>1.0時(shí)，說(shuō)明小口徑的厚度T偏厚或大口徑偏薄。

充分條件：

要求管子必須在穩(wěn)定態(tài)工作，不允許薄壁失穩(wěn)現(xiàn)象，實(shí)際的不平衡因素條件：

（1）材料性能引起的產(chǎn)品加工成品率，生產(chǎn)技術(shù)水平，經(jīng)濟(jì)因素；（2）使用場(chǎng)所的復(fù)雜度、安全等因素；（3）施工條件因素一般取綜合因素：

C。=0.1～1.2 故[△T/D] ≤2.2；當(dāng)[△T/D] >2.2 為不經(jīng)濟(jì)不合理型。解決辦法當(dāng)一個(gè)系列大于[△T/D] 值時(shí)，說(shuō)明應(yīng)分段分區(qū)或另設(shè)系統(tǒng)?；蛘{(diào)整數(shù)據(jù)。T/D是定義薄壁管與厚壁管或超薄壁管的分界值。△T/D是評(píng)價(jià)設(shè)計(jì)系統(tǒng)規(guī)格系列的經(jīng)濟(jì)技術(shù)合理性判別條件。

2.4 對(duì)現(xiàn)有薄壁不銹鋼水管進(jìn)行經(jīng)濟(jì)技術(shù)綜合判別分析。

（1）BS4127：1994 和 EN10312：2002水管分析

系統(tǒng)系列D15-D108計(jì)算：△T/D=T/D15 / T/D108 =0.04 / 0.014 = 2.86

（2）Q/AT001-2003水管分析

系統(tǒng)系列D15.88-D102計(jì)算：△T/D=T/D15.88 / T/D102 = 0.038 / 0.0196 =1.94

系統(tǒng)系列D15-D108計(jì)算：△T/D=T/D15 / T/D108 = 0.04 / 0.019 = 2.1

2.5 綜合分析評(píng)價(jià)

1、 BS、EN水管標(biāo)準(zhǔn)通過(guò)T/D值和△T/D=2.86值計(jì)算可見(jiàn)，大口徑管厚度有點(diǎn)偏薄，

2、 Q/AT標(biāo)準(zhǔn)基本滿足實(shí)用型。△T/D=1.94～2.1。但離最經(jīng)濟(jì)型有差距，也就是小規(guī)格厚度尚偏厚。

3、 通過(guò)大量工程使用和試驗(yàn)測(cè)試數(shù)據(jù)，也充分說(shuō)明了通過(guò)理論計(jì)算，水管口徑偏厚的結(jié)果與實(shí)際試驗(yàn)值相一致。試驗(yàn)情況如下：D15.88管道連接系統(tǒng)試件，水壓20Mpa尚沒(méi)拔脫、無(wú)爆管現(xiàn)象，也沒(méi)有引起明顯永久變形。D102管道連接系統(tǒng)試件水壓7.0～9.0Mpa，開(kāi)始出現(xiàn)拔動(dòng)現(xiàn)象。管材尚無(wú)明顯永久變形。這些數(shù)據(jù)已清楚說(shuō)明系統(tǒng)的不一致性。說(shuō)明小口徑管偏厚。

4、作為一個(gè)系統(tǒng)，同一個(gè)壓力運(yùn)行系統(tǒng)的配管，只有等效的全管網(wǎng)整體厚度增加，耐

壓值提高，才有意義。局部的增厚，對(duì)一系統(tǒng)而言，毫無(wú)價(jià)值。評(píng)價(jià)安全度，經(jīng)濟(jì)性是通過(guò)對(duì)重要的薄弱環(huán)節(jié)的評(píng)估與改進(jìn)，作為系統(tǒng)的綜合評(píng)價(jià)來(lái)判別。當(dāng)通過(guò)改進(jìn)系統(tǒng)薄弱環(huán)節(jié)的方法提高全系統(tǒng)安全度，才是最明智的作法。

3 對(duì)現(xiàn)在不同材質(zhì)管材執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)的耐久性安全度綜合評(píng)價(jià)

根據(jù)我國(guó)現(xiàn)行工程實(shí)際使用的主要性管材，采用“等效對(duì)照法”進(jìn)行對(duì)現(xiàn)行水管的安全度評(píng)價(jià)。

3.1 采用標(biāo)準(zhǔn)：

BS EN10312：2002 流體、水輸送用不銹鋼管；BS 4127：1994 薄壁不銹鋼水管；

Q/AT001-2003 雙擠壓連接薄壁不銹鋼水管、流體管；GB/T3091-1993 低壓流體輸送用鍍鋅焊接鋼管；EN1057：1996 供水半硬紫銅管；Q/JYG01-2000 建筑給水用超薄壁不銹鋼塑料復(fù)合管；DIN8077.8078 （ISO/DISI15974） 冷熱水用塑料管道，PP-R管材； GB13663-2000（1504427：1996）給水用聚乙烯（PE）管材。

3.2 等效對(duì)照法原則：

1、 所有參與對(duì)照組管材，都必須進(jìn)行等條件量剛、數(shù)據(jù)換算。

2、 采用主要數(shù)據(jù)項(xiàng)目

（1）外徑：所有管同一規(guī)格、統(tǒng)一外徑。（或近似外徑）；（2）強(qiáng)度：采用應(yīng)力計(jì)算，即單位力計(jì)算。（3）剛度：通過(guò)變形量計(jì)算獲得。（4）求解換算后的厚度值。

3.3 規(guī)定

（1）為了便于計(jì)算，將所有規(guī)格直徑系列，統(tǒng)一規(guī)定。OD為一定值常數(shù)。

（2）強(qiáng)度值根據(jù)材料標(biāo)準(zhǔn)按不同材料的數(shù)值如下：

不銹鋼 抗拉強(qiáng)度：[σ]A = 520Mpa；低碳鋼抗拉強(qiáng)度：[σ]B = 290Mpa；

紫銅管抗拉強(qiáng)度：[σ]C= 210Mpa；PP-R管抗拉強(qiáng)度：[σ]D= 52.0Mpa

PE63管抗拉強(qiáng)度：[σ]E=50.0Mpa

（3）剛度1/f，f：變形量。

剛度通過(guò)計(jì)算變形量獲得，管材按環(huán)的徑向壓力變形計(jì)算。管子徑向壓力變形，主要和以下參數(shù)相關(guān)。① 管子外徑OD；② 材質(zhì)的硬度B；③ 管壁的厚度T；原則上OD為常量時(shí)，硬度越大，抗變形能力越強(qiáng)，剛度越大，反之弱。管壁越厚，抗變形能力越大，剛度越大，反之小。

（4）硬度順序

不銹鋼最硬→低碳鋼較硬→紫銅低→塑料最低可見(jiàn)屬于韌性材料的水管符合強(qiáng)度高，硬度也高的規(guī)律。

3.4 應(yīng)力換算：

[σ]A / [σ]n = m （3）

式中： [σ]A：不銹鋼抗拉強(qiáng)度應(yīng)力值。[σ]n：為任意材料抗拉強(qiáng)度應(yīng)力值。m：應(yīng)力關(guān)系數(shù)。T1 =Tm；式中：T1：換算到等效不銹鋼強(qiáng)度時(shí)的厚度；T：原管材的厚度。計(jì)算各種管材材料的應(yīng)力關(guān)系系數(shù)如下：不銹鋼管 m=1.0；低碳鋼管 m=0.56；紫銅管m=0.40；

PP-R管m=0.1；PE63管m=0.096。

3.5 討論：

（1） 通過(guò)等強(qiáng)度計(jì)算厚度結(jié)果，可看到不同管材的同一個(gè)規(guī)格、厚度值T1相差很大，

（2） 在工程使用中，許多還是以價(jià)格來(lái)選擇管材的。很少能有人去全面論證管材的安全度。

（3） 厚度的差別直接反映價(jià)格的差別。通過(guò)計(jì)算不僅可評(píng)價(jià)安全度，也可評(píng)價(jià)價(jià)格體系。

（4）還應(yīng)分析接口的可靠性，施工安裝性能。

（5）從耐久性、節(jié)水、節(jié)能、衛(wèi)生健康評(píng)價(jià)管材的經(jīng)濟(jì)、合理性，無(wú)疑薄壁不銹鋼水管是目前水管中又厚又結(jié)實(shí)、又安全、又經(jīng)濟(jì)的管道系統(tǒng)。

（6）當(dāng)不銹鋼管和塑料等其它管材一樣強(qiáng)度條件下管壁大為減薄后的單價(jià)就會(huì)是管材中最低的管材。

4 正確選擇使用管材

建筑給水系統(tǒng)已成為現(xiàn)代建筑物的重要組成部分，如何選擇合符標(biāo)準(zhǔn)的好水管，本文提出以下標(biāo)準(zhǔn)。

第一條 必須對(duì)水質(zhì)不產(chǎn)生二次污染，不會(huì)影響人體健康，也不會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生污染的系統(tǒng)。

第二條 有良好的抗變異性。

第三條 整個(gè)系統(tǒng)是等牢固度，等壽命，等安全度。

第四條 水力學(xué)特性良好，流阻損失最小，是輸供水硬件系統(tǒng)最節(jié)電能的系統(tǒng)。

第五條 系統(tǒng)的配管投資必須是所有管材中，同安全度，同壽命價(jià)值中，最經(jīng)濟(jì)、綜合成本最低。

第六條 耐久性好與建筑物同壽命。

第七條 施工方便。

第八條 環(huán)保，可回收再使用。

這八項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)在一個(gè)管道系統(tǒng)中，必須同時(shí)滿足。目前薄壁不銹鋼管道系統(tǒng)全部達(dá)到了這八項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)。

5. 薄壁不銹鋼水管系統(tǒng)的技術(shù)基本參數(shù)規(guī)定：

1 選用材質(zhì)：

0Cr19Ni9； 00Cr19Ni11； 0Cr17Ni12M02； 00Cr17Ni14M02； 0Cr18Ni12M02Ti

2 水壓試驗(yàn)

管件與管子出廠前逐根或逐個(gè)試水壓.A級(jí)≥4.0Mpa， B級(jí)≥6.0Mpa， C級(jí)≥8.0Mpa。

3、氣密性試驗(yàn) 保壓2分鐘。

用于液體，試驗(yàn)壓力為0.75Mpa，用于氣體2.4Mpa。保壓2分鐘。

4、衛(wèi)生檢驗(yàn)

用于凈水、食品、符合GB/T17219-98規(guī)定。

5、水壓強(qiáng)度試驗(yàn)

耐壓等級(jí)

額定工作

壓力Mpa

系統(tǒng)（試樣組）

試驗(yàn)壓力Mpa

破壞試驗(yàn)壓力 Mpa

≤DN 50規(guī)格

DN60- DN100

A級(jí)配管系統(tǒng)

1.6

2.5

8.0

6.0

B級(jí)配管系統(tǒng)

2.5

4.0

10.0

8.0

C級(jí)配管系統(tǒng)

4.0

6.0

15.0

10.0

6、耐真空負(fù)壓

20℃±5℃；壓力–80kPa 保壓1h ； 壓降小于5kPa

7、水壓振動(dòng)試驗(yàn)

凈長(zhǎng)度500mm，內(nèi)連接系統(tǒng)，注入常溫清水20℃±10℃；

A級(jí)2.5Mpa； B級(jí)4.0Mpa 振幅±5.0mm， 頻率1400HZ/分， 持續(xù)500萬(wàn)次，無(wú)滲漏；C級(jí)6.0Mpa 無(wú)異常。

8、水壓冷熱水循環(huán)試驗(yàn)

回路：熱水90℃±2℃ 每循環(huán)一次20分鐘

冷水20℃±10℃ 水壓：A級(jí)4.0Mpa；

B級(jí)5.0Mpa 反復(fù)2000次；

C級(jí)6.0Mpa；

往復(fù)試驗(yàn)完成注入0.6Mpa氣壓無(wú)滲漏、無(wú)異常。

9、水壓沖擊試驗(yàn)

取回路水溫20℃±10℃， 20次/分鐘， 往復(fù)2萬(wàn)次。脈沖水壓：A級(jí)峰值4.0Mpa，谷值0.0Mpa；B級(jí)峰值5.0Mpa，谷值0.0Mpa；C級(jí)峰值6.0Mpa，谷值0.0Mpa；2萬(wàn)次后，注0.6Mpa氣壓，無(wú)滲漏。

10、水壓彎曲試驗(yàn)

試件靜距1000mm ，注入水壓：2.5Mpa保壓中間加載彎曲撓度：保壓2分鐘，f = 0.15L～0.3l 不漏水。

11、水壓扭動(dòng)試驗(yàn)

注入清水壓力：A級(jí)2.5Mpa， 旋轉(zhuǎn)180°保壓2分鐘不滲漏。B級(jí)4.0Mpa，C級(jí)6.0Mpa

12、水壓拉拔

OD15-50： 注入清水12.0Mpa-40.0Mpa 單口拔出長(zhǎng)度3mm。OD70-100： 注入清水10.0Mpa-20.0Mpa 單口拔出長(zhǎng)度10mm。接口無(wú)滲漏。

13、耐腐性

煙霧試驗(yàn)符合DIN50021：98標(biāo)準(zhǔn)。

1 鹽霧試驗(yàn) 2 浸泡試驗(yàn)

鹽液濃度：5%NaCl， 蒸溜水：85%，

箱體溫度：35±1℃， HNO：10%～20%，

鹽液PH值：3.2， HF：1%-4%，

鹽霧沉降率：1.6ml / （80cm2.h）， NaCl：1%，

試驗(yàn)時(shí)間：24h， 試驗(yàn)溫度：20℃±10℃，

無(wú)任何變化。 PH：1.0，

浸24h，肉眼觀測(cè)無(wú)變化。

6 結(jié)語(yǔ)

1、21世紀(jì)建筑水管的發(fā)展方向。有以下幾個(gè)方面的主流發(fā)展趨勢(shì)。

（1）薄壁輕型化的傾向。 （2）衛(wèi)生健康環(huán)保的傾向。

（3）高安全度發(fā)生一定變異松動(dòng)也不會(huì)漏水能包容的良好系統(tǒng)。

（4）配管分級(jí)別化，走向?qū)嵱媒?jīng)濟(jì)型。 （5）耐久穩(wěn)定免除維護(hù)型。

（6）水力學(xué)特性好，節(jié)能、節(jié)水。

（7）耐久安全性接口，牢固穩(wěn)定。消除不穩(wěn)定接口。

（8）施工簡(jiǎn)單、方便、快速，接口安裝很少受人為影響。

因而根據(jù)以上文中分析評(píng)價(jià)，薄壁不銹鋼管會(huì)是21世紀(jì)建筑供水管道的主要發(fā)展方向。

參考文獻(xiàn)

[1]CJ/T 151-2001 薄壁不銹鋼水管；[2]GB/T 19228.1-2003 不銹鋼卡壓式管件；[3]GB/T 19228.2-2003 不銹鋼卡壓式管件連接用薄壁不銹鋼管；[4]GB/T 19228.3-2003 不銹鋼卡壓式管件用橡膠O形密封圈；