无规共聚聚丙烯管材在建筑给水中的运用探究

2019-10-23 10:12 来源：钢铁世界网作者：dengys

1999年底，建设部等四部、委、局联合下发了《关于在住宅建设中淘汰落后产品的通知》，要求在2000年6月1日前，新建住宅给水管道禁止使用镀锌钢管，推荐使用塑料管道.三型无规共聚聚（PP—R）作为推荐管材，虽然国内市场只有近两年的应用,市场占有率却遥遥领先于其他塑料给水管,表现出其强劲的生命力.如何在建筑给水技术应用中更加科学化，标准化，已成为一个不容忽视的问题.
1 无规共聚聚管材的变革历程
聚丙稀(Polypropylene ),简称PP，是一种常用的聚烯烃塑料，具有良好的耐热性和耐压强度，且价格低廉，产量较大.但由于普通聚存在低温脆性，长期蠕变性能差等缺陷，限制了在管道工程上的应用.为此原料制造商与管道工程界进行了广泛合作，投入了大量人力、物力和财力进行全面的研究，致力于对PP的改性，使之成为适合于管道工程的可用塑料.先后开发了均聚的PP-H（Ⅰ型），嵌段共聚的PP-B（Ⅱ型）和无规共聚的PP-R(Ⅲ型).
PP-R（Polypropylene -Ethylene Random Copolymer）是采用先进的气相共聚法，使PE(5%左右)在PP的分子链中随机地均匀聚合产生.PP-R较PP-H、PP-B具有更好的低温抗冲击性能和长期蠕变性能.
前一时期国内市场上曾出现了一种称做PP-C的管材，它是共聚聚的统称，PP-B、PP-R都属于PP-C类，即共聚类，市场上被称为PP-C管的实际上是PP-B管，原材料为嵌段共聚聚，价格较为便宜，而PP-R为无规共聚，PP-B的耐压性能与PP-R相比差距较大，故不能混淆.
2 PP-R管材工程应用特点
（1）良好的卫生性能和保温性能.管材原料属聚烯烃，其分子仅由C、H元素组成，原、辅料完全达到卫生标准，耐腐蚀性好，对水中所有离子不起化学作用，不会锈蚀，不仅可用于冷热水系统，而且可用于直饮水系统.PP-R管材导热系数为0.21W/m·k，仅为钢管的1/200，一般情况下不需保温，用于热水管道时保温节能效果明显.在温度变化时产生的膨胀力也较小，适合嵌墙和地坪面层内的直埋暗敷.
（2）较好的耐热性能、使用寿命长.管材最高工作温度可达95℃，在1.0MPa压力下长期使用温度为70℃，满足热水供应的上限温度.常温下使用寿命可达100年以上.
（3）安装方便、连接可靠.管材不仅生产过程简单、设备投资少而且质量轻，重量仅为钢管的1/9，紫铜管的1/10，减轻了工人的施工强度.由于管料采用同种原料加工制作，具有良好的热熔功能，安装方便可靠，连接部位的强度大于管材本体，管件结构不影响流量.并且管道阻力小，直管内壁平滑，不会结垢，沿程摩擦阻力比铜管道小，管配件连接时断面积不变.
(4)管材、管件的废料可回收利用，废料经清洁、破碎后可直接用于生产管材、管件.在生产、施工过程中对环境无污染，民用市场占有率较高.
PP-R管材主要应用于冷热水系统、直饮水系统、采暖系统（包括地板辐射采暖），在欧洲应用较为普遍.例如1996年意大利民用PP-R管材达30Mm，其它各类塑料管道的应用分别是：交联聚乙烯管（PEX）17Mm，聚丁烯（PB）3Mm，铝塑复合管为2Mm，仅为PP-R管材的1/15.
PP-R管材不足之处主要是其刚性和抗冲击性能比金属管道差，在贮运、施工过程中要注意文明施工；线膨胀系数较大，为0.14～0.16 mm/m·k，在设计和施工中要特别重视支架的设置，合适地选用伸缩器，正确地敷设管道；抗紫外线性能差，在阳光的长期直接照射下会老化；材料许用应力低，管壁厚较大，直接影响材料成本；在相同外径下，有效流通截面比其他管材小；原材料价格居高不下.国内生产PP原料的企业较多，如齐鲁、上海、扬子、燕山石化企业均能力生产均聚（PP-H）及共聚（PP-B），但由于过去国内对PP-R原料没有市场的需求，开发研制较晚，目前国内生产PP-R管材原料基本上从欧洲进口.
3 工程应用中的若干问题探讨
3.1 PP-R管的选用原则
（1）正确区分管材用途，合理选择冷、热水管.冷、热水管壁厚不同，耐压不同，价格也不同.设计时要特别注明采用冷水管还是热水管,并按规定标注管道规格.
根据输送水温、工作压力、使用寿命等因素，PP-R管材的壁厚按压力等级分为PN1.0、PN1.25、PN1.6、PN2.0、PN2.5、PN3.2 等六个系列.冷水管材及管件压力等级最小为PN1.0 MPa，热水管材及管件最小压力等级为PN2.0 MPa.
PP-R管材承压具有二个显著特点，一是随着管内水的温度上升，其允许压力会急剧下降；二是承压时间增长，其允许压力也明显下降.考虑管道长期使用寿命以及施工和实际使用中非正常因素，为安全需要，冷水管选用的公称压力等级为系统最大工作压力乘以1.5倍安全系数，热水管则乘以3.0倍的安全系数.试验数据显示，当管道使用水温从20 ℃上升到60 ℃时，同一压力等级管道允许压力下降50%，水温70℃ 时，下降2/3.以PN2.0管材为例，20℃水温时允许压力为2.0 MPa,70℃ 水温时最大允许压力仅为0.66 MPa.选用管材压力等级必须满足工作水温时的承压能力.
（2）现行建筑给水排水设计与施工验收规范以及所有塑料管材生产企业，对塑料管径规格的表示均为公称外径，符号为De，单位为mm.PP-R管材用De× t表示，t代表壁厚.塑料管材管径规格表示方法已不同于《给水排水制图标准》中所述公称直径DN(mm)，在设计计算、材料供应、组织施工中都要特别注意压力级别和管径规格.普通塑料管公称外径和公称直径对应关系如表1.PP-R冷、热水管公称外径虽然相同，但由于壁厚不同，计算内径不同，见表2.
(3) 禁止作为消防管材使用.PP-R管氧指数较低，属于可燃材料,不得用于消防给水系统，也不得与消防给水管道连接.
3.2 PP-R管的布置与敷设
PP-R管的布置原则应遵照现行《建筑给水排水设计规范》，敷设则宜采用暗敷.暗敷的理由主要是解决热膨胀.直接嵌墙或在建筑面层内敷设，可利用其摩擦力，克服管道因温差引起的膨胀力.此外有利于隔热，避免老化.
暗敷方式有直埋暗敷方式（包括嵌墙敷设，地坪面层敷设）和非直埋暗敷方式（包括管道井、吊顶内、装饰板后、地坪架空层敷设）.
管道嵌墙暗敷时，要求土建配合预留凹槽，尺寸的深度为De+20 mm,宽度为De+(40～60)mm.管道试压合格后，墙槽用M7.5级水泥砂浆填塞补实.
管道暗敷在地面层内应按图施工，如有变更，应在施工图上注明，且通知到用户，以避免地面装修时导致破坏.
3.3 管道的安装连接、试压及穿墙、板、基础时的做法
（1）管道的安装连接.同种材质的PP-R管件之间采用热熔连接，暗敷部分不得出现丝扣、法兰连接.
热熔连接是一个物理过程，适用于同种材质的聚烯烃热塑性塑料.将材料原来紧密连接的分子链熔化分叉，加热一定时间，两个部件连接并固定，在熔合区建立接缝压力.由于接缝压力的作用，熔化的分子链随材料冷却，温度下降重新连接，使二个部件闭合成为一个整体.
热熔连接分为对接式热熔连接、承插式热熔连接和电熔连接.建筑给水管道应采用后二种方式.
（2）管道的试压.冷水管试验压力为管道系统工作压力的1.5倍，但不得小于1.0 MPa;热水管试验压力为管道系统工作压力的2倍，但不得小于1.5 MPa.
（3）管道穿墙、板、基础时的做法.热水管道穿墙时，应配合土建设置钢套管，冷水管穿墙可预留洞，洞口尺寸较外径大50 mm；管道穿楼板或屋面时，应设置钢套管，套管高出地面50 mm，并采取严格的防水措施；管道穿基础墙时，应设置金属套管，基础墙预留孔洞上方距套管净距不得小于100 mm.
4 结论
无规共聚聚管材以其较高的质量品位，方便快捷、永无渗漏的热熔连接方式，赢得了民用大部分市场.工程技术人员要把握住新材料的性能特点，注意其压力等级、管径规格、管壁厚度等

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