朱瑞霞，甘 露，武芷萱

（河北泉恩高科技管業(yè)有限公司，河北廊坊065000）

0 前言

在我國(guó)，塑料管道以其無(wú)以比擬的優(yōu)點(diǎn)得到快速發(fā)展，2019 年中國(guó)塑料管道整體產(chǎn)能超過(guò)30 000 kt，總產(chǎn)量16 000 kt，較2018 年同比增長(zhǎng)2.1 %［1］。PVC 管道具有耐腐蝕、流動(dòng)阻力小、使用壽命長(zhǎng)、安裝方便、生產(chǎn)能耗低、可回收利用等優(yōu)異的性能和價(jià)格優(yōu)勢(shì)，優(yōu)質(zhì)PVC 管道在我國(guó)的推廣應(yīng)用符合我國(guó)國(guó)情，有利于促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

前幾年，我國(guó)PVC-U 給水管材主要以小口徑為主，且存在設(shè)計(jì)和施工不規(guī)范等問題，在市政管道領(lǐng)域應(yīng)用較少；而以美國(guó)為例，PVC管材近幾十年來(lái)一直是市政給水管材用量最大的管材品種，而其產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性和可靠性得益于其既注重原材料和配方控制，又注重生產(chǎn)過(guò)程控制，具有完善的標(biāo)準(zhǔn)和質(zhì)量控制體系［2］。近幾年，我國(guó)PVC 管材產(chǎn)品設(shè)計(jì)及執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)不斷改進(jìn)提升，出現(xiàn)了幾種新型PVC 管材，進(jìn)一步提升了產(chǎn)品要求和產(chǎn)品質(zhì)量，促進(jìn)了PVC 給水管材在我國(guó)市政給水工程中的應(yīng)用。

由于硬聚氯乙烯管材在制造過(guò)程不加入增塑劑，因而在ISO 標(biāo)準(zhǔn)中定義為unplasticized polyvinyl chloride，簡(jiǎn)稱PVC-U。PVC-U 管材主要有ISO 標(biāo)準(zhǔn)及國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，但性能指標(biāo)存在差異。PVC-UH 給水管材是一種從產(chǎn)品原料、結(jié)構(gòu)、性能及檢測(cè)等要求均得到提升的一種新型硬質(zhì)聚氯乙烯管材，該產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)是參考PVC-U 的ISO 標(biāo)準(zhǔn)及美國(guó)PVC 給水管標(biāo)準(zhǔn)編制的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)［3］。PVC-M 給水管是一種通過(guò)增加改性劑使產(chǎn)品具有更好的抗沖擊性能和抗開裂性能，并保持高強(qiáng)度的改性聚氯乙烯管材；PVC-O 給水管是通過(guò)管材加工過(guò)程中的雙向拉伸，通過(guò)分子取向使管材強(qiáng)度大幅度提升并具有高韌性的聚氯乙烯管材。

本文從原料、設(shè)備、性能及連接結(jié)構(gòu)等方面介紹并對(duì)比了PVC-U、PVC-UH、PVC-M 及PVC-O 4 種常見的PVC 給水管材，總結(jié)分析了PVC-UH 管道的選取優(yōu)勢(shì)，并對(duì)PVC-UH管道的正確安裝和施工提出建議，為用戶正確選擇優(yōu)質(zhì)的PVC 給水管材及中大口徑PVC管材的設(shè)計(jì)施工提供參考，從而促進(jìn)PVC 管材在我國(guó)市政管網(wǎng)中的快速應(yīng)用和發(fā)展。

1 產(chǎn)品概述

PVC-U、PVC-UH、PVC-M 及PVC-O 給水管均為硬質(zhì)聚氯乙烯實(shí)壁管材，主要應(yīng)用于水溫不超過(guò)45 ℃的埋地承壓輸水系統(tǒng)的主干線和支線管道，也可用于室內(nèi)或管廊內(nèi)使用。4 種管材現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)情況及管材規(guī)格如表1所示。

表1 4種PVC給水管執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)情況Tab.1 Standards for the four types of PVC water supply pipes

2 混配料技術(shù)要求

混配料即基礎(chǔ)樹脂PVC 與各種必要助劑的均勻混合物，是用于PVC 管材直接擠出的原材料［4］。對(duì)于壓力管材，PVC 混配料的配方設(shè)計(jì)及混配料的性能指標(biāo)非常關(guān)鍵，直接影響產(chǎn)品的性能及長(zhǎng)期使用壽命，PVC 樹脂及各種助劑對(duì)產(chǎn)品性能的影響可參考《聚氯乙烯配方設(shè)計(jì)與制品加工》［5］。本章節(jié)主要從混配料性能指標(biāo)、混配料定級(jí)要求及混配料配方設(shè)計(jì)要求三方面進(jìn)行介紹。

2.1 混配料性能要求

在我國(guó)PVC 給水管材中，PVC-UH 管材參考美國(guó)PVC 給水管標(biāo)準(zhǔn)AWWA C900 規(guī)定了混配料的物理力學(xué)性能要求，如表2所示，目前其他幾種PVC 給水管中暫未有關(guān)于混配料性能指標(biāo)的規(guī)定。該指標(biāo)的要求更好地控制了管材原料和配方的選取及質(zhì)量控制。

表2 PVC-UH給水管規(guī)定的PVC混配料的物理力學(xué)性能要求Tab.2 Physical and mechanical properties of PVC compound for PVC-UH pipes

2.2 混配料定級(jí)要求

PVC壓力管道設(shè)計(jì)使用壽命50年，管材的混配料應(yīng)按照ISO 9080或GB/T 18252的規(guī)定進(jìn)行混配料定級(jí)試驗(yàn)，即混配料以管材形式進(jìn)行的長(zhǎng)期靜液壓強(qiáng)度試驗(yàn)，以20 ℃、50年對(duì)應(yīng)的分級(jí)強(qiáng)度即最小要求強(qiáng)度（MRS）進(jìn)行表征。PVC-U給水管、PVC-UH給水管、PVC-M給水管及PVC-O給水管混配料定級(jí)要求情況如表3所示。

在ISO 1452-1：2009 中對(duì)材料進(jìn)行了級(jí)別劃分，根據(jù)材料的最小要求靜液壓強(qiáng)度值，規(guī)定了管材用PVC材料MRS 為25 MPa，即材料等級(jí)為PVC-U 250。PVC-U 管材國(guó)標(biāo)GB/T 10002.1—2006 對(duì)管材混配料的壓力等級(jí)沒有進(jìn)行規(guī)定。PVC-UH 給水管材對(duì)混配料規(guī)定了MRS≥25 MPa的定級(jí)要求。PVC-M 管材的MRS≥24.5 MPa。

表3 PVC給水管混配料定級(jí)要求情況Tab.3 Requirements for the classification of PVC compound for water supply pipes

ISO 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的PVC-O 管材的MRS 分為5 種：31.5、35.5、40、45、50 MPa，對(duì)應(yīng)的管材原材料等級(jí)代碼分別為315、355、400、450、500，其中400 和450 等級(jí)一般生產(chǎn)較多，其他幾種不常用。

2.3 混配料關(guān)鍵物料的選擇要求

PVC 給水管材配方主要由PVC 樹脂、穩(wěn)定劑、內(nèi)外潤(rùn)滑劑、填料、著色劑、抗沖改性劑及加工助劑等按一定比例組成，各種原料的選取及配比對(duì)管材的性能及使用都起到至關(guān)重要的作用。

PVC管材的加工對(duì)PVC樹脂的熔體流動(dòng)性能有較高要求，實(shí)際生產(chǎn)中，一般選用SG-5 型懸浮法PVC 樹脂。PVC制備方法分為乙烯法和電石法。乙烯法是從石油中提取乙烯，讓氯氣與乙烯發(fā)生取代反應(yīng)，制得氯乙烯單體，經(jīng)聚合反應(yīng)生成聚氯乙烯樹脂。代表廠家有美國(guó)Oxy Vinyl LP 公司，中國(guó)石化齊魯石化公司、天津樂金大沽化學(xué)有限公司等。電石法一般在國(guó)內(nèi)比較通用，是利用電石（碳化鈣），遇水生成乙炔，將乙炔與氯化氫合成制出氯乙烯單體，再經(jīng)聚合反應(yīng)生成聚氯乙烯樹脂，代表廠家有茌平信發(fā)華興化工有限公司、新疆天業(yè)（集團(tuán)）有限公司、新疆中泰化學(xué)股份有限公司等。

PVC 是工業(yè)上最具熱敏性、極易產(chǎn)生熱降解的聚合物之一，熱穩(wěn)定劑是PVC管材加工不可缺少的助劑。在PVC 管材生產(chǎn)過(guò)程中，目前常用的熱穩(wěn)定劑有鈣鋅穩(wěn)定劑和有機(jī)錫穩(wěn)定劑，歐洲主要使用鈣鋅穩(wěn)定劑，美國(guó)廣泛使用有機(jī)錫穩(wěn)定劑，在我國(guó)目這2 種都有使用。鈣鋅穩(wěn)定劑一般為復(fù)合穩(wěn)定劑，添加量相對(duì)較高；有機(jī)錫穩(wěn)定劑一般添加量較低，對(duì)于中大口徑管材的生產(chǎn)穩(wěn)定效果較好。鈣鋅穩(wěn)定劑的代表廠家有德國(guó)熊牌、大連開米森化工產(chǎn)品有限公司、山東金昌樹新材料科技有限公司等；有機(jī)錫穩(wěn)定劑的代表廠家有美國(guó)Galata Chemicals 公司、美國(guó)PMC 公司等。若對(duì)管材具有高的耐候性要求，也可以加入適量抗氧劑和光穩(wěn)定劑。

PVC管材加工中，內(nèi)外潤(rùn)滑劑也必不可少，主要使用的潤(rùn)滑劑有硬脂酸、石蠟、聚乙烯蠟及兼具穩(wěn)定作用的硬脂酸鈣等，潤(rùn)滑體系的用量應(yīng)根據(jù)設(shè)備及產(chǎn)品配方設(shè)計(jì)要求確定，關(guān)鍵是要能夠保證混配料具有良好的塑化效果，使管材的熱變形溫度和力學(xué)性能不受到明顯影響。潤(rùn)滑劑的代表廠家有美國(guó)Honeywell公司、美國(guó)Sasol Wax公司等。

PVC 管材中根據(jù)產(chǎn)品設(shè)計(jì)也會(huì)添加碳酸鈣填料，碳酸鈣的作用主要是提高管材剛性、減少收縮率，同時(shí)也降低成本。碳酸鈣的加入，會(huì)降低管材產(chǎn)品的強(qiáng)度，增加脆性，因此，PVC管材生產(chǎn)中碳酸鈣填料應(yīng)控制適當(dāng)用量。碳酸鈣一般分為重鈣和輕鈣，重鈣配方的混配料流動(dòng)性較好，適合集中供料輸送系統(tǒng)，尤其是風(fēng)輸送系統(tǒng)；輕鈣配方的混配料流動(dòng)性相對(duì)較差，密度偏小，但對(duì)于添加量很少的給水管配方影響不大。重鈣的代表廠家有歐米亞集團(tuán)，江西廣源化工有限責(zé)任公司等；輕鈣的代表廠家一般比較區(qū)域化，如河北區(qū)域主要有石家莊市三興鈣業(yè)有限公司、河北陸德化工有限公司等。

PVC 管材的顏色一般為灰色或藍(lán)色，著色劑常用的主要有鈦白粉、炭黑及酞青藍(lán)等。一般著色劑的添加量較少，需要具有很好的著色力及耐候性。代表廠家有杜邦中國(guó)集團(tuán)有限公司、卡博特化工（天津）有限公司、巴斯夫化工有限公司等。

抗沖改性劑及加工助劑在PVC 管材加工中有利于改善管材的抗沖擊性能及加工性能。生產(chǎn)代表廠家有日本鐘淵化學(xué)工業(yè)株式會(huì)社、美國(guó)羅門哈斯公司、蘇州安利化工有限公司、山東日科化學(xué)股份有限公司等。

2.4 混配料配方設(shè)計(jì)要求

根據(jù)2.1 混配料性能要求和2.2 混配料定級(jí)要求可以看出，4 種管材的混配料要求不同，因此4 種管材產(chǎn)品的配方設(shè)計(jì)及成本也有一定差異，具體配方設(shè)計(jì)要求參考表4。因產(chǎn)品設(shè)計(jì)不同，產(chǎn)品性能指標(biāo)也存在差異，本文第5節(jié)將詳細(xì)闡述。

3 允許內(nèi)壓及抗外壓能力

3.1 管材的允許內(nèi)壓

壓力管道設(shè)計(jì)應(yīng)力：

式中 P——管材的公稱壓力（設(shè)計(jì)壓力），MPa

σs——壓力管道設(shè)計(jì)應(yīng)力，MPa

dn——公稱外徑，mm

en——公稱壁厚，mm

表4 4種PVC給水管的配方設(shè)計(jì)要求Tab.4 Formula design requirements for the four types of PVC water supply pipes

表5 國(guó)內(nèi)各種PVC壓力管材設(shè)計(jì)應(yīng)力的最大允許值Tab.5 Maximum allowable value of design stress of various PVC pressure pipes in China

根據(jù)CJJ 101—2016《埋地塑料給水管道工程技術(shù)規(guī)程》4.1.7 可知，管材的設(shè)計(jì)壓力標(biāo)準(zhǔn)值等于1.5 倍的工作壓力標(biāo)準(zhǔn)值，即：

式中 Pwk——管材的工作壓力，MPa

可以看出，PVC-UH 管材的總體使用（設(shè)計(jì)）系數(shù)較PVC-M 管材和PVC-O 管材均高，即在長(zhǎng)期使用過(guò)程中具有更高的安全性保障。

3.2 管材的抗外壓能力

根據(jù)GB/T 19278—2018 中2.4.2 環(huán)剛度的定義可知環(huán)剛度與管材壁厚成3 次方的關(guān)系，環(huán)剛度（S）核算公式簡(jiǎn)化為：

式中 S——環(huán)剛度，kN/m2

E——管壁材料的彈性模量，對(duì)于PVC 管材規(guī)范規(guī)定選取3 000 MPa

dn——公稱外徑，mm

en——公稱壁厚，mm

可以看出，同種外徑的管材，壁厚越大、環(huán)剛度越大、抗外壓變形的能力越大。4種管材環(huán)剛度比較如表6所示（以公稱壓力1.0 MPa 管材為例）。從表6 可以看出，PVC-M 和PVC-O 管材從設(shè)計(jì)參數(shù)來(lái)看，達(dá)到使用壓力要求的管材可選擇壁厚更薄的，但壁厚太薄也會(huì)使得管材的抗外壓變形能力較差。

表6 4種管材環(huán)剛度比較Tab.6 Comparison of ring stiffness for four kinds of PVC pipes

若按照同等環(huán)剛度比較，對(duì)于PVC-M 和PVC-O管材的公稱壓力等級(jí)較高，因材料配方成本和加工成本更高，其管材成本也高于PVC-U及PVC-UH管材。

4 設(shè)備要求

PVC-U、PVC-UH及PVC-M給水管具有相同的設(shè)備要求，即管材生產(chǎn)必須的物料完成混料后，混配料的擠出成型都是通過(guò)擠出機(jī)、成型口模、定型模、冷卻裝置、牽引裝置、切割裝置形成的整條產(chǎn)線及擴(kuò)口設(shè)備來(lái)完成的。擠出機(jī)是PVC 管材生產(chǎn)的關(guān)鍵設(shè)備，可以完成對(duì)PVC混配料的加熱、熔融混煉和塑化，并使熔體壓緊壓實(shí)，以均勻的流速進(jìn)入機(jī)頭口模中。PVC管材生產(chǎn)常用的擠出機(jī)目前主要為異徑錐雙螺桿或異徑平雙螺桿擠出機(jī)。一般錐雙螺桿擠出機(jī)產(chǎn)生的剪切熱量大于平雙擠出機(jī)，使預(yù)塑效果更好，錐雙螺桿擠出機(jī)目前在國(guó)內(nèi)發(fā)展迅速；而對(duì)于大口徑PVC管材的生產(chǎn)，能夠滿足塑化要求的情況下，平雙螺桿能夠具有更好的產(chǎn)出量及加工穩(wěn)定性，一般平雙螺桿的擠出機(jī)設(shè)備在大口徑PVC管材的生產(chǎn)中使用較多。PVC管材擠出機(jī)設(shè)備代表廠家有德國(guó)Bottenfeld、德國(guó)KraussMaffei、上海金緯擠出機(jī)械制造有限公司、寧波方力機(jī)械有限公司等。

對(duì)于PVC-O給水管，與其他3種管材的生產(chǎn)設(shè)備不同，擠出成型的管材經(jīng)過(guò)二次預(yù)熱后進(jìn)行軸向拉伸和環(huán)向擴(kuò)張，制備形成規(guī)定尺寸的PVC-O管材，該產(chǎn)品在設(shè)備和工藝要求上更高，產(chǎn)品加工成品率較其他3種管材偏低，生產(chǎn)加工成本較高。PVC-O管材的生產(chǎn)設(shè)備目前有一步法和兩步法兩種類型，也稱為“在線”和“離線”加工法。一步法是管材擠出成型的生產(chǎn)線上建立取向加工系統(tǒng)，擠出成型的管材進(jìn)行環(huán)向的擴(kuò)張以及牽引產(chǎn)生軸向的拉伸，最后經(jīng)過(guò)冷卻制備PVC-O 管材。與二步法相比，該方法生產(chǎn)效率高，尺寸控制精度高，目前在美國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家已應(yīng)用多年，在國(guó)內(nèi)也逐步得到發(fā)展，代表設(shè)備廠家有荷蘭Wavin公司、荷蘭Rollepaal公司。

5 性能指標(biāo)要求

5.1 PVC-U及PVC-UH給水管

我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的PVC-U 管材在性能指標(biāo)上與ISO1452-2 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的PVC-U 管材有一定差異，耐壓性能要求降低，抗沖擊性能要求提高，即落錘沖擊試驗(yàn)（TIR）要求≤5%，較ISO 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的TIR≤10%在管材韌性方面提出了更高的要求。PVC-UH 管材參考PVC-U 給水管ISO 標(biāo)準(zhǔn)和美國(guó)PVC 給水管標(biāo)準(zhǔn)制定，管材的物理力學(xué)性能要求增加了壓扁試驗(yàn)和整管水壓性能，實(shí)現(xiàn)每根管材的產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)控且抗沖擊性能要求較ISO 標(biāo)準(zhǔn)提高，落錘沖擊試驗(yàn)要求較ISO 標(biāo)準(zhǔn)提升至TIR≤5 %。國(guó)內(nèi)PVC-U 給水管和PVC-UH 給水管的性能指標(biāo)對(duì)比如表7所示［6］。

表7 PVC-U和PVC-UH給水管的性能指標(biāo)對(duì)比Tab.7 Performance comparison of PVC-U and PVC-UH water supply pipes

根據(jù)ISO 1452-1：2009給出的PVC-U 250長(zhǎng)期靜液壓標(biāo)準(zhǔn)曲線（如圖1 所示［7］），可以看出，滿足MRS≥25 MPa混配料定級(jí)要求的管材進(jìn)行長(zhǎng)期靜液壓試驗(yàn)過(guò)程中，短期耐壓要求也可以從標(biāo)準(zhǔn)曲線上看出。20 ℃、1 h對(duì)應(yīng)的環(huán)應(yīng)力要求為42 MPa、60 ℃、1 000 h對(duì)應(yīng)的環(huán)應(yīng)力要求為10 MPa。從表7可以看出，PVC-UH管材滿足PVC-U 250長(zhǎng)期靜液壓標(biāo)準(zhǔn)曲線耐壓要求，而國(guó)標(biāo)規(guī)定的PVC-U管材在短期耐壓指標(biāo)（20 ℃、1 h、38 MPa環(huán)應(yīng)力）上低于標(biāo)準(zhǔn)曲線要求，也無(wú)法滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的PVC-U管材能夠滿足MRS≥25 MPa的設(shè)計(jì)要求。

5.2 PVC-M給水管

表8 為PVC-M 給水管標(biāo)準(zhǔn)性能要求，可以看出，PVC-M 產(chǎn)品在落錘沖擊、切口管材靜液壓試驗(yàn)及C-環(huán)韌度方面進(jìn)行了規(guī)定，對(duì)于dn≥110 mm 的管材規(guī)定了23 ℃、20 m高速?zèng)_擊試驗(yàn)，對(duì)產(chǎn)品抗沖擊性能及韌性要求很高。按照PVC-M 國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)的管材產(chǎn)品，韌性和抗沖擊性能很好［8］。

PVC-M 管材產(chǎn)品除對(duì)抗沖擊性能及韌性有很高的要求外，同樣對(duì)耐壓性能有要求。因此，按標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)的PVC-M 管材產(chǎn)品配方成本較常規(guī)PVC-U 或PVCUH 管材要高，且加工產(chǎn)量偏低；因其總體使用（設(shè)計(jì)）系數(shù)降低，使得其公稱壓力較常規(guī)PVC-U 或PVC-UH管材高一個(gè)等級(jí)，所以一般同等壓力等級(jí)的管材米價(jià)成本基本一致，或PVC-M 管材略高。而對(duì)于埋地工程管道而言，長(zhǎng)期耐壓性能是產(chǎn)品的主要指標(biāo)，抗沖擊性能及韌性滿足正常使用要求即可。

圖1 ISO 1452-1：2009 PVC-U 250定級(jí)曲線［7］Fig.1 Standard curves for PVC-U 250 of ISO 1452-1：2009［7］

表8 PVC-M給水管性能要求Tab.8 Performance requirements of PVC-M water supply pipes

5.3 PVC-O給水管

6 接口形式

PVC 管材最常用的接口是粘接、承插連接和法蘭連接。一般200 mm 以下口徑的管材可采用膠黏劑粘接，110 mm 及以上口徑管材大多都采用密封圈承插連接，與鋼管或閥門等連接采用機(jī)械法蘭連接。

表9 PVC-O給水管性能要求Tab.9 Performance requirements of PVC-O water supply pipes

密封圈密封承插連接目前主要有R 口活套密封圈承口形式和鋼骨架一體成型密封圈承口形式，R 口活套密封圈一般在常規(guī)PVC-U 給水管，PVC-M 給水管及PVC-O 給水管中應(yīng)用較多；鋼骨架一體成型密封圈承口形式在PVC-UH 給水管中應(yīng)用較多，具體可參考CJ/T 493-2016標(biāo)準(zhǔn)。

PVC-UH 給水管一體成型鋼骨架密封圈結(jié)構(gòu)是指鋼骨架密封圈在管材擴(kuò)口同時(shí)嵌入擴(kuò)口中，擴(kuò)口凹槽結(jié)構(gòu)由密封圈直接預(yù)制成型，擴(kuò)口完成后，形成一體成型的鋼骨架密封圈承口結(jié)構(gòu)，非破壞情況下，承口中密封圈不可脫出，鋼骨架密封圈中鋼骨架主要起支撐作用，鋼骨架本身不承壓。 PVC-U 給水管與PVC-UH給水管承口結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。

圖2 PVC-U給水管與PVC-UH給水管承口結(jié)構(gòu)圖Fig.2 Schematic diagram of PVC-U and PVC-UH pipe bell structure

7 PVC-UH管材的選取優(yōu)勢(shì)

7.1 PVC-UH管材優(yōu)勢(shì)概述

隨著產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)和產(chǎn)品質(zhì)量的提升，PVC 管材的性能優(yōu)勢(shì)也在實(shí)際的使用過(guò)程中凸顯。根據(jù)國(guó)家環(huán)保要求的發(fā)展，PVC管材的生產(chǎn)目前已基本要求無(wú)鉛，尤其是給水管材，標(biāo)準(zhǔn)中已明確規(guī)定不應(yīng)使用鉛鹽，產(chǎn)品具有良好的衛(wèi)生性能，能夠滿足國(guó)內(nèi)飲用水標(biāo)準(zhǔn)要求及美國(guó)國(guó)家衛(wèi)生基金會(huì)（NSF）衛(wèi)生要求；PVC 工程管道以密封圈連接為主，屬于柔性連接，每根管材自身的熱脹冷縮可以在承插口位置自行消耗，不需要單獨(dú)設(shè)置伸縮節(jié)；PVC 密封圈連接管材，尤其是PVC-UH 鋼骨架一體成型的連接結(jié)構(gòu)，使管材能夠承受至少1°左右的偏角，且極限可承受偏角達(dá)3.5°左右（正常施工情況下偏角不允許超過(guò)1°），在地基較軟或低頻次地震區(qū)域也具有很好地應(yīng)用，與球墨鑄鐵管材或水泥管材等相比，具有更好的承口密封性；PVC管材對(duì)于管材的長(zhǎng)期耐壓性能，柔韌性都具有明確的指標(biāo)要求，埋地使用過(guò)程中實(shí)際使用壽命可達(dá)100年以上。

縱觀全文比對(duì)分析內(nèi)容可以看出，PVC-U 給水管未對(duì)混配料定級(jí)提出要求，且1 h 靜液壓試驗(yàn)的環(huán)應(yīng)力要求低于長(zhǎng)期使用壽命設(shè)計(jì)要求；PVC-M 管材具有很好的抗沖擊性能，但生產(chǎn)成本高，800 mm以上大口徑生產(chǎn)難度大，且目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)混亂，嚴(yán)格按標(biāo)準(zhǔn)要求生產(chǎn)的廠家非常少；PVC-O管材強(qiáng)度和韌性雖然都很好，但口徑偏小，一般在630 mm 以下，管材生產(chǎn)難度大，成品率低，且管材壁厚薄，承受外壓的能力很小；PVC-UH管材從壓力設(shè)計(jì)上要求混配料滿足MRS≥25 MPa 的定級(jí)要求，靜液壓和抗沖擊試驗(yàn)條件高，強(qiáng)度和韌性都具有很高的要求，管材承口為一體成型的鋼骨架密封圈結(jié)構(gòu)，安裝快捷方便，且每根要求進(jìn)行整管水壓試驗(yàn)，且目前國(guó)內(nèi)最大口徑已生產(chǎn)至1 200 mm，該產(chǎn)品是綜合性價(jià)比最好的一種市政給水管材。綜合而言，PVC-UH管材在標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)要求上對(duì)產(chǎn)品強(qiáng)度和韌性的各項(xiàng)性能指標(biāo)都做了嚴(yán)格規(guī)定，并能滿足50 年以上設(shè)計(jì)使用壽命要求，安裝快捷方便，具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，在市政管輸水領(lǐng)域具有明顯的選取優(yōu)勢(shì)。

7.2 PVC-UH管材的應(yīng)用

PVC-UH 管材近幾年在市政工程領(lǐng)域也得到了廣泛的應(yīng)用，目前在南水北調(diào)，崇禮冬奧會(huì)、青海引大濟(jì)煌、北京大興機(jī)場(chǎng)、成都天府機(jī)場(chǎng)、二連浩特供水管網(wǎng)改造、寧夏濱河新區(qū)產(chǎn)業(yè)園、上海迪斯尼樂園、新疆阿圖什配水工程等重點(diǎn)工程項(xiàng)目中都得到很好的應(yīng)用，應(yīng)用規(guī)格包含了160 mm≤dn≤1 200 mm 各中大口徑的PVC-UH 管材。圖3 為PVC-UH 管材的典型應(yīng)用案例。

圖3（a）項(xiàng)目為南水北調(diào)衡水段，沿線穿越大廣高速、213省道，管材規(guī)格為dn800 SDR41（0.63 MPa），項(xiàng)目總長(zhǎng)17.2 公里。項(xiàng)目管件采用大口徑全塑承插彎頭，此項(xiàng)目PVC-UH 管材采用一體成型鋼骨架密封圈承插連接，密封性好不泄露，管材重量輕，安裝方便，一個(gè)工作面每天可至少安裝400 m。此項(xiàng)目于2016 年7月通水運(yùn)行，目前一直運(yùn)行良好，無(wú)任何泄漏問題。

圖3 PVC-UH管材的典型應(yīng)用案例Fig.3 Typical application cases of PVC-UH pipes

圖3（b）項(xiàng)目為雙遼市遼東給水廠及配套管網(wǎng)工程項(xiàng)目，管材規(guī)格315 mm≤dn≤800 mm，項(xiàng)目總長(zhǎng)111 km。此項(xiàng)目于2018 年底施工完成，目前運(yùn)行良好，無(wú)任何泄漏問題。

圖3（c）項(xiàng)目為崇禮區(qū)冬奧核心區(qū)棋盤梁至云頂、北歐中心、冬季兩項(xiàng)中心和太舞公路沿線崇禮區(qū)輸配水管網(wǎng)項(xiàng)目——長(zhǎng)城嶺段輸、配水項(xiàng)目。管材規(guī)格160 mm≤dn≤450 mm，SDR17（1.6 MPa），項(xiàng)目總長(zhǎng)77 km。目前此項(xiàng)目即將施工完成，部分管段已打壓驗(yàn)收完成。

7.3 PVC管材在美國(guó)的應(yīng)用情況

美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的PVC 管材與本文規(guī)定的PVCUH 管材性能要求及產(chǎn)品結(jié)構(gòu)基本一致，PVC 管材在美國(guó)是發(fā)展最成熟的塑料管材，其應(yīng)用范圍囊括了所有給排水系統(tǒng)，是美國(guó)給水管道的主流產(chǎn)品［2］，JM Eagle集團(tuán)的PVC給水管材和排污、排水管材在美國(guó)已有幾十年的應(yīng)用，如Fort Leonardwood 項(xiàng)目、Inland water works項(xiàng)目、Rowlett污水管網(wǎng)改造項(xiàng)目等。

8 PVC-UH管材的施工建議

PVC-UH 管材安裝應(yīng)按照GB 50268—2008《給水排水管道工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》和CJJ 101-2016《埋地塑料給水管道工程技術(shù)規(guī)程》的要求執(zhí)行。管材的安裝及回填非常重要，合理規(guī)范的操作可保障管材百年以上的使用壽命，并成為基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的重要成分。對(duì)于大口徑PVC-UH管材，安裝及施工應(yīng)注重細(xì)節(jié)，此文結(jié)合實(shí)際施工出現(xiàn)的不規(guī)范操作給出幾條施工建議，以便客戶正確使用PVC-UH管材：

（1）承口（含密封圈）安裝前要清潔，并涂抹潤(rùn)滑劑；

（2）管材承插過(guò)程應(yīng)嚴(yán)格按照安裝指導(dǎo)線進(jìn)行安裝，避免過(guò)度承插［9］；承插應(yīng)水平，借轉(zhuǎn)角度控制在1°以內(nèi)，軸向偏移過(guò)大在承插口位置有可能產(chǎn)生應(yīng)力點(diǎn)［10］，在外壓力作用下，對(duì)管材的長(zhǎng)期使用壽命可能存在隱患；

（3）管材不能直接敷設(shè)在原地基上，應(yīng)具有墊層，墊層敷設(shè)在管溝底部，為管材提供均勻支撐的材料，美國(guó)Howard《Pipeline Installation 2.0》［11］中表示在管底正下方位置的墊層不壓實(shí)，不壓實(shí)的墊層為管道創(chuàng)造一種緩沖，并最大限度減少點(diǎn)載荷，不壓實(shí)墊層的寬度僅需要1 倍的管材外徑或1/3 管溝寬度，兩者取較小的數(shù)據(jù)，其他位置的墊層需要按規(guī)范要求壓實(shí)；而國(guó)內(nèi)塑料管道施工規(guī)范規(guī)定管底墊層壓實(shí)度應(yīng)≥90 %，管道有效支撐角范圍墊層壓實(shí)度應(yīng)≥95 %，結(jié)合目前國(guó)內(nèi)施工現(xiàn)狀及墊層材料情況，建議參考國(guó)內(nèi)施工規(guī)范的要求進(jìn)行墊層選擇及處理；美國(guó)《管道安裝2.0》規(guī)定墊層厚度至少10 cm［11］，國(guó)內(nèi)規(guī)范一般要求不小于15 cm。墊層可采用滿足尺寸要求的砂礫，或中、粗砂。

（4）回填應(yīng)采取中、粗砂填充壓實(shí)，其壓實(shí)系數(shù)應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求；溝槽回填時(shí)，不得回填淤泥、有機(jī)物或凍土，回填土中不應(yīng)含有石塊、磚及其他雜物；

（5）對(duì)于承插口連接位置，在管材敷設(shè)溝槽內(nèi)應(yīng)設(shè)置承口凹槽，避免承口位置受力，如圖4所示。

圖4 承口凹槽示意圖Fig.4 Schematic diagram of the bell hole

（6）冬季施工應(yīng)嚴(yán)格規(guī)范管材的運(yùn)輸、裝卸、安裝及回填。

9 結(jié)語(yǔ)

本文對(duì)PVC-U、PVC-UH、PVC-M及PVC-O給水管的性能特點(diǎn)及產(chǎn)品結(jié)構(gòu)進(jìn)行了全面對(duì)比分析，可以看出，PVC-UH給水管在混配料性能要求及混配料定級(jí)方面要求更加全面；PVC-UH給水管設(shè)計(jì)安全系數(shù)高，更利于運(yùn)行的安全性，并具有很好的抗外壓能力；PVC-UH管材目前國(guó)內(nèi)最大口徑生產(chǎn)至1 200 mm口徑，PVC-M管材最大口徑為800 mm，PVC-O 管材最大口徑為630 mm；管材性能指標(biāo)方面，PVC-UH管在耐壓及抗沖擊性能上都具有嚴(yán)格的要求，對(duì)50年以上使用壽命具有充分保障；在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)方面，PVC-UH 給水管為鋼骨架密封圈一體成型擴(kuò)口結(jié)構(gòu)，且對(duì)每根管材增加了整管水壓測(cè)試要求，在產(chǎn)品質(zhì)量過(guò)程控制方面更有保障；在經(jīng)濟(jì)指標(biāo)方面，PVC-U管材配方及加工成本最低，但其耐壓性能等技術(shù)指標(biāo)偏低，PVC-UH管材配方成本略低于PVC-M管材，且產(chǎn)量高于PVC-M管材，PVC-UH管材生產(chǎn)加工成本低于PVC-O 管材，且大口徑管材的生產(chǎn)具有明顯的優(yōu)勢(shì)。綜上所述，在PVC 給水管道領(lǐng)域，PVC-UH給水管在生產(chǎn)及應(yīng)用方面具有明顯優(yōu)勢(shì)，有利于PVC 管道產(chǎn)品的推廣應(yīng)用，在正確安裝和施工情況下，有利于實(shí)現(xiàn)高品質(zhì)管網(wǎng)的長(zhǎng)期運(yùn)行。

PVC 管道作為性價(jià)比優(yōu)異的一種管道類型，嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)要求選材、生產(chǎn)、檢測(cè)及安裝，有利于實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品長(zhǎng)期穩(wěn)定的運(yùn)行質(zhì)量。以降低成本、以次充好、非標(biāo)生產(chǎn)等形式制作的管材，將無(wú)法經(jīng)受時(shí)間和客戶的考驗(yàn)，最終也會(huì)影響行業(yè)的順利發(fā)展。鋼骨架密封圈一體成型擴(kuò)口結(jié)構(gòu)促使管道的施工效率及施工質(zhì)量大大提升，且此結(jié)構(gòu)形式在美國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家已使用了幾十年，近幾年在我國(guó)也得到迅速發(fā)展，希望未來(lái)在我國(guó)的PVC管道生產(chǎn)領(lǐng)域得到普遍開發(fā)應(yīng)用。

我國(guó)目前市政輸水管道中，塑料管道占比較小，尤其是630 mm 及以上中大口徑的應(yīng)用更少。雖然近幾年也得到迅速發(fā)展且應(yīng)用效果很好，但市場(chǎng)的拓展還需要加大提升，優(yōu)質(zhì)的PVC 管道產(chǎn)品需要能夠快速得到更多客戶的認(rèn)識(shí)和認(rèn)可。