胡浩然　尹青亞　李　靜河南建筑材料研究設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司（450002）

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不飽和樹(shù)脂排水管道系統(tǒng)應(yīng)用現(xiàn)狀

胡浩然尹青亞李靜
河南建筑材料研究設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司（450002）

摘要:介紹了不飽和聚酯樹(shù)脂的發(fā)展歷程和應(yīng)用領(lǐng)域，對(duì)比了樹(shù)脂成品排水溝與傳統(tǒng)排水系統(tǒng)的性能差異，綜述了不同類別的不飽和樹(shù)脂排水管道在城鎮(zhèn)交通、市政設(shè)施方面的應(yīng)用現(xiàn)狀，以及不飽和樹(shù)脂基材若干改性技術(shù)，提出了相關(guān)企業(yè)在發(fā)展過(guò)程中應(yīng)注意的幾點(diǎn)問(wèn)題。

關(guān)鍵詞:不飽和聚酯；排水管道；城鎮(zhèn)交通；市政設(shè)施；改性技術(shù)；企業(yè)發(fā)展

不飽和聚酯樹(shù)脂(unsaturated polyester resins)指由不飽和二元酸(或酸酐)與二元醇縮聚而成的含有酯鍵和非芳香族不飽和雙鍵的線性低聚物，屬于熱固性樹(shù)脂。在引發(fā)劑作用下，通常能與苯乙烯等有聚合能力的單體發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，生成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的體型聚合物，從而具有黏結(jié)性和強(qiáng)度。不飽和聚酯樹(shù)脂是現(xiàn)代復(fù)合材料中最早的聚合物基品種，1940年，美國(guó)成功制成不飽和聚酯、玻璃纖維軍用飛機(jī)雷達(dá)罩，不飽和樹(shù)脂及其復(fù)合材料開(kāi)始受到工業(yè)界關(guān)注。二戰(zhàn)后，不飽和樹(shù)脂及其復(fù)合材料迅速擴(kuò)展到民用領(lǐng)域，如汽車、船艇、風(fēng)力發(fā)電機(jī)部件，節(jié)能、防腐、排水管道設(shè)備，冷卻塔、波形瓦、食品生產(chǎn)設(shè)備，門窗、潔具、運(yùn)動(dòng)器材等，已成為國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)不可缺少的重要材料[1]。

1不飽和樹(shù)脂排水管道特性

不飽和樹(shù)脂排水管道系統(tǒng)主要由管道溝體、上層蓋板、備品附件組成。管道溝體以樹(shù)脂聚合物替代水泥作為膠黏劑，以天然礦物、玻璃纖維等為增強(qiáng)材料，屬于新型樹(shù)脂混凝土。重量?jī)H相當(dāng)于傳統(tǒng)水泥的25%(密度2.1~2.3 kg/dm3)，安裝不需大型設(shè)備和專用工具。不飽和樹(shù)脂排水管道具有無(wú)毛孔(表面光滑)、無(wú)滲透(吸水率＜0.05%)、耐化學(xué)腐蝕(pH值3~9范圍適用)、抗壓及抗折強(qiáng)度高(＞90 N/mm2和22 N/mm2)、韌性好(彈性模量25~35 kN/mm2)、耐久性好(抗老化免保養(yǎng))、節(jié)能環(huán)保(與其他礦物兼容,可搭配雨水回收系統(tǒng))、機(jī)械加工性能好(能耐受切割、鉆孔、鑿刻)等優(yōu)點(diǎn)[2]。

表1不飽和樹(shù)脂成品排水溝與傳統(tǒng)排水系統(tǒng)的性能對(duì)比

不飽和樹(shù)脂排水管道主要用于戶外，可防止積水對(duì)鋪裝材料和構(gòu)筑物造成損壞，減小公眾雨天出行的安全隱患，屬于典型的“線性排水”系統(tǒng)。與傳統(tǒng)的“點(diǎn)式排水”相較，具有如下優(yōu)點(diǎn):外觀簡(jiǎn)潔統(tǒng)一，易于清理維護(hù)；線性連續(xù)截水，排水效率高；管道不易堵塞，使用壽命長(zhǎng)；不需四面找坡，易于施工；埋地深度淺，開(kāi)挖量小，不與其他埋地管線沖突。

2不飽和樹(shù)脂排水管道應(yīng)用現(xiàn)狀

專家指出，過(guò)去5年間(2011~2014)，不飽和樹(shù)脂產(chǎn)品的市場(chǎng)需求已進(jìn)入穩(wěn)定的飽和狀態(tài)，未來(lái)該產(chǎn)業(yè)新的增長(zhǎng)點(diǎn)首先是城市排水管網(wǎng)和玻璃鋼沼氣池等系統(tǒng)化設(shè)施，其次是玻璃鋼漁船、玻璃鋼儲(chǔ)油罐、集成衛(wèi)浴等產(chǎn)品[3]。近年來(lái)，我國(guó)幾乎每個(gè)大城市在夏季暴雨來(lái)襲時(shí)都曾遭受洪澇之災(zāi)，排水不暢已成為當(dāng)前城市建設(shè)中一個(gè)非常棘手的問(wèn)題。因此，城市建設(shè)的重點(diǎn)將從“地面”轉(zhuǎn)向“地下”,以不飽和聚酯樹(shù)脂混凝土為主體的排水設(shè)施將成為市政基礎(chǔ)建設(shè)的重點(diǎn)。

2.1城鎮(zhèn)交通方面

不飽和樹(shù)脂排水管道系統(tǒng)在城鎮(zhèn)交通方面的應(yīng)用是非常重要的，也是取代水泥基混凝土管道、PVC、PB、PE、PP等脆性樹(shù)脂管道的未來(lái)市場(chǎng)走向。人流、車流量高的地點(diǎn)，如高速公路、城市道路、隧道、機(jī)場(chǎng)、碼頭、物流園區(qū)、集裝箱裝配區(qū)、重工業(yè)廠房等，對(duì)路面排水要求很高:排水系統(tǒng)必須能夠承受重載汽車等動(dòng)態(tài)重量，必須確保大雨量降水情況下路面能迅速排水，設(shè)計(jì)、安裝、維護(hù)過(guò)程必須經(jīng)濟(jì)可行[2]。目前，城鎮(zhèn)交通較多采用的不飽和樹(shù)脂排水管道系統(tǒng)有以下幾種:

1）一體式線性排水系統(tǒng)

專為瀝青和混凝土路面設(shè)計(jì)，適用于城市道路、機(jī)場(chǎng)、物流裝配區(qū)；溝體和蓋板均為樹(shù)脂混凝土材質(zhì)，蓋板厚達(dá)13.5 cm，內(nèi)部有鋼筋加強(qiáng)，可有效提高排水溝的抗側(cè)向沖擊力。一體化成型、防滑設(shè)計(jì)，車輛高速行駛中無(wú)蓋板移位或跳板現(xiàn)象。排水溝側(cè)壁附帶出水孔、間隔配套跌水井，能有效收集瀝青路面的層間水。

2）路緣石線性排水系統(tǒng)

特別適用于弧形交通路面的線性排水，如快速路、景觀路、車站。樹(shù)脂混凝土一體式結(jié)構(gòu),可有效結(jié)合路面排水和路緣石功能，取代傳統(tǒng)道路雨水口,節(jié)約部分管道施工費(fèi)用。配備沉砂箱、檢修口、積水槽、垃圾井、保護(hù)蓋等，便于清理維護(hù)。

3）重承載線性排水系統(tǒng)

適用于城市道路、機(jī)場(chǎng)、物流裝配區(qū)、道路邊緣、小型車輛行駛區(qū)。溝體為樹(shù)脂混凝土材質(zhì)、帶球墨鑄鐵護(hù)邊，蓋板為球墨鑄鐵材質(zhì)、花紋樣式繁多，承載力最高可達(dá)900 kN。溝體間采用承插式連接方式，并留有5 mm打膠槽，可供特殊區(qū)域的二次防滲打膠。

4）有軌電車線路排水系統(tǒng)

專為城市軌道交通設(shè)計(jì)的大排量排水溝及構(gòu)件[4]，具有鋼筋加固的聚合樹(shù)脂側(cè)內(nèi)壁、加強(qiáng)型球墨鑄鐵護(hù)邊、延性鑄鐵格柵蓋板，承重等級(jí)可達(dá)D400，適應(yīng)極端側(cè)向力，符合EN1433歐洲標(biāo)準(zhǔn)[5]；排水溝標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)度1.25 m，符合常規(guī)鐵軌間隙，相應(yīng)的格柵蓋板標(biāo)長(zhǎng)0.5 m和0.75 m，由中央鍵控制其凸銷及4位螺母鎖定，還配備有防振松系統(tǒng)。格柵蓋板表層涂有環(huán)保水溶性涂料，固定用螺母和螺帽也經(jīng)過(guò)防腐處理。排水溝通過(guò)橡膠絕緣片的熱浸鍍鋅鋼與鐵軌接合，橫向貫穿φ60~80 mm的排水孔，確保各級(jí)電氣絕緣與最佳的密封性。

2.2市政設(shè)施方面

市政設(shè)施是不飽和樹(shù)脂排水管道系統(tǒng)應(yīng)用的另一熱點(diǎn)。房屋施工、花園道路和景觀美化項(xiàng)目對(duì)排水系統(tǒng)的要求相對(duì)個(gè)性化:部件構(gòu)造應(yīng)簡(jiǎn)單明朗，便于雜工和技工快速安裝，外觀應(yīng)具有持久吸引力，能夠協(xié)調(diào)從彎曲到整體的設(shè)置，使用壽命較長(zhǎng)，能夠承受一定載荷，價(jià)格合理[6]。目前市政建設(shè)多采用的不飽和樹(shù)脂排水管道系統(tǒng)有以下幾種:

1）金屬蓋板線性排水系統(tǒng)

適用于人行道、自行車道、綠化帶、道路邊緣、小型車輛行駛區(qū)。溝體為樹(shù)脂混凝土材質(zhì)，高強(qiáng)、抗凍、耐腐蝕。金屬蓋板有熱浸鍍鋅、不銹鋼材質(zhì)，花紋樣式繁多。采用嵌入式扣合方式，不需螺母固定，便于隨時(shí)使用簡(jiǎn)易工具清潔檢修。配備端蓋、淤泥箱、出口接頭等附件，出水口設(shè)置靈活，與市政雨水管道連接方便。

2）縫隙式線性排水系統(tǒng)

適用于廣場(chǎng)、幕墻、景觀、學(xué)校、醫(yī)院、小區(qū)，路面僅留若干縫隙，取代金屬蓋板設(shè)計(jì)?？p隙寬度僅15 mm，收水能力達(dá)到0.6 L/m，能與不同的硬質(zhì)鋪裝材料搭配使用，外形簡(jiǎn)潔美觀?？p隙式線性排水系統(tǒng)分為中縫式和側(cè)縫式兩種，縫隙間由片狀鉚釘和方管支撐,承重等級(jí)可達(dá)D400。專用沉沙箱設(shè)計(jì)，解決日常垃圾堆積問(wèn)題，使溝體內(nèi)無(wú)異味產(chǎn)生。

3）停車場(chǎng)線性排水系統(tǒng)

溝體高度僅50 mm，特別適用于層高有限制的多層建筑的地下地下停車場(chǎng)。樹(shù)脂混凝土一次性成型，無(wú)移動(dòng)配件，無(wú)碾壓噪音，承重等級(jí)為C250，無(wú)需大型吊裝設(shè)備，安裝簡(jiǎn)易；排梳狀設(shè)計(jì)，符合輪椅、自行車胎標(biāo)準(zhǔn)寬度，可用作盲道指示，符合殘疾人無(wú)障礙要求。

3不飽和聚酯樹(shù)脂改性技術(shù)

不飽和聚酯樹(shù)脂作為反應(yīng)固化性材料的基體，近20年來(lái)在世界范圍發(fā)展迅速。目前，在排水管道設(shè)備領(lǐng)域,不飽和聚酯樹(shù)脂研發(fā)的熱點(diǎn)是通過(guò)共聚、摻混、特殊工藝等技術(shù)，降低材料的收縮率，優(yōu)化其浸潤(rùn)性、加工性能、力學(xué)性能，增強(qiáng)其與添加劑的相容性，提高成型制品表面質(zhì)量[7]。

不飽和聚酯樹(shù)脂固化過(guò)程中常伴隨7%~10%的體積收縮，影響制品尺寸的穩(wěn)定性。針對(duì)該問(wèn)題，武漢理工大學(xué)等通過(guò)加入聚苯乙烯和聚醋酸乙烯酯類助劑，采用“兩步法”合成工藝，適當(dāng)降低分子中雙鍵的含量，使材料收縮率降至0.36%以下。南京工業(yè)大學(xué)在淤泥、玻纖填充不飽和聚酯體系中加入低收縮添加劑，制成抗折強(qiáng)度達(dá)100 MPa的型材。清華大學(xué)利用廢舊線路板回收粉料、短切玻璃纖維作填料，采用模壓成型工藝，制成抗壓、抗折強(qiáng)度達(dá)102 MPa、64 MPa的復(fù)合材料。西北工業(yè)大學(xué)分析了溫度、邊緣效應(yīng)、SiC納米粉填料對(duì)樹(shù)脂流動(dòng)性和力學(xué)性能的影響，通過(guò)對(duì)預(yù)制體進(jìn)行真空浸漬,使樹(shù)脂在其中充分流動(dòng)，制成抗折強(qiáng)度達(dá)325 MPa的復(fù)合材料[8]。其他增強(qiáng)增韌填料還有活性硅微粉、納米碳酸鈣、玻纖織物、炭黑、碳納米管等。

排水管道用不飽和樹(shù)脂還應(yīng)具有優(yōu)異的抗?jié)B、防腐性能。法國(guó)科學(xué)家用滲透法和顯微鏡研究不飽和樹(shù)脂中水分的吸收、擴(kuò)散作用，明確了潮濕環(huán)境下不飽和樹(shù)脂材料的滲透、破裂行為[9]。湖南工業(yè)大學(xué)用氫氧化鈉、硫酸、甲苯浸泡以Ca(OH)2、Al(OH)3為填料的不飽和樹(shù)脂聚合物，發(fā)現(xiàn)聚合物與填料之間黏結(jié)力降低，導(dǎo)致材料強(qiáng)度嚴(yán)重受損[10]。保利科技將順酐、二醇制得的不飽和樹(shù)脂與含有氣干性基團(tuán)的預(yù)聚物接枝共聚，得到的產(chǎn)物可耐強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、氧化介質(zhì)的長(zhǎng)期腐蝕[11]。

技術(shù)研發(fā)應(yīng)始終與工業(yè)生產(chǎn)、下游市場(chǎng)高度銜接，才會(huì)有準(zhǔn)確方向和持久生命力。無(wú)論面臨何種市場(chǎng)環(huán)境，不斷提升產(chǎn)品質(zhì)量是企業(yè)立足之本。對(duì)于樹(shù)脂基材生產(chǎn)企業(yè)來(lái)講，以DCS為核心的工藝技術(shù)優(yōu)化是提高與穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵。對(duì)于玻纖增強(qiáng)樹(shù)脂(玻璃鋼)制品企業(yè)來(lái)講，模具與自動(dòng)化水平將決定制品的成型質(zhì)量與生產(chǎn)效能。不斷改善作業(yè)環(huán)境和勞動(dòng)保護(hù)手段，例如使用苯乙烯揮發(fā)量低的樹(shù)脂來(lái)降低原材料的毒性、通過(guò)防護(hù)措施減少玻纖毛刺對(duì)皮膚的傷害，增強(qiáng)產(chǎn)業(yè)的安全性與吸引力，緩解一線人員流失狀況。此外，企業(yè)應(yīng)強(qiáng)化供應(yīng)鏈管理,充分利用市場(chǎng)信息來(lái)降低生產(chǎn)成本，不僅要研究產(chǎn)品銷售市場(chǎng),更要研究原材料供應(yīng)市場(chǎng)。

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[5] EN 1433- 2002《車輛和行人區(qū)的排水通道分類、設(shè)計(jì)、試驗(yàn)要求、標(biāo)記和合格評(píng)定》.

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