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

前幾年，我國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；而以美國為例，PVC管材近幾十年來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 給水管材在我國市政給水工程中的應(yīng)用。

由于硬聚氯乙烯管材在制造過程不加入增塑劑，因而在ISO 標(biāo)準(zhǔn)中定義為unplasticized polyvinyl chloride，簡稱PVC-U。PVC-U 管材主要有ISO 標(biāo)準(zhǔn)及國家標(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 給水管是通過管材加工過程中的雙向拉伸，通過分子取向使管材強(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，并對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)品的性能及長期使用壽命，PVC 樹脂及各種助劑對產(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PVC 給水管材中，PVC-UH 管材參考美國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)行混配料定級試驗(yàn)，即混配料以管材形式進(jìn)行的長期靜液壓強(qiáng)度試驗(yàn)，以20 ℃、50年對應(yīng)的分級強(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給水管混配料定級要求情況如表3所示。

在ISO 1452-1：2009 中對材料進(jìn)行了級別劃分，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，即材料等級為PVC-U 250。PVC-U 管材國標(biāo)GB/T 10002.1—2006 對管材混配料的壓力等級沒有進(jìn)行規(guī)定。PVC-UH 給水管材對混配料規(guī)定了MRS≥25 MPa的定級要求。PVC-M 管材的MRS≥24.5 MPa。

表3 PVC給水管混配料定級要求情況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，對應(yīng)的管材原材料等級代碼分別為315、355、400、450、500，其中400 和450 等級一般生產(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PVC樹脂的熔體流動性能有較高要求，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Oxy Vinyl LP 公司，中國石化齊魯石化公司、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，美國廣泛使用有機(jī)錫穩(wěn)定劑，在我國目這2 種都有使用。鈣鋅穩(wěn)定劑一般為復(fù)合穩(wěn)定劑，添加量相對較高；有機(jī)錫穩(wěn)定劑一般添加量較低，對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Galata Chemicals 公司、美國PMC 公司等。若對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)外潤滑劑也必不可少，主要使用的潤滑劑有硬脂酸、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。潤滑劑的代表廠家有美國Honeywell公司、美國Sasol Wax公司等。

PVC 管材中根據(jù)產(chǎn)品設(shè)計(jì)也會添加碳酸鈣填料，碳酸鈣的作用主要是提高管材剛性、減少收縮率，同時也降低成本。碳酸鈣的加入，會降低管材產(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性相對較差，密度偏小，但對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)株式會社、美國羅門哈斯公司、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，即在長期使用過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）核算公式簡化為：

式中 S——環(huán)剛度，kN/m2

E——管壁材料的彈性模量，對于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，對于PVC-M 和PVC-O管材的公稱壓力等級較高，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)目前在國內(nèi)發(fā)展迅速；而對于大口徑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Bottenfeld、德國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，目前在美國等發(fā)達(dá)國家已應(yīng)用多年，在國內(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

我國國家標(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 %。國內(nèi)PVC-U 給水管和PVC-UH 給水管的性能指標(biāo)對比如表7所示［6］。

表7 PVC-U和PVC-UH給水管的性能指標(biāo)對比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混配料定級要求的管材進(jìn)行長期靜液壓試驗(yàn)過程中，短期耐壓要求也可以從標(biāo)準(zhǔn)曲線上看出。20 ℃、1 h對應(yīng)的環(huán)應(yīng)力要求為42 MPa、60 ℃、1 000 h對應(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長期靜液壓標(biāo)準(zhǔn)曲線耐壓要求，而國標(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，也無法滿足國家標(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，對于dn≥110 mm 的管材規(guī)定了23 ℃、20 m高速沖擊試驗(yàn)，對產(chǎn)品抗沖擊性能及韌性要求很高。按照PVC-M 國家標(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)品除對抗沖擊性能及韌性有很高的要求外，同樣對耐壓性能有要求。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管材高一個等級，所以一般同等壓力等級的管材米價成本基本一致，或PVC-M 管材略高。而對于埋地工程管道而言，長期耐壓性能是產(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

7.1 PVC-UH管材優(yōu)勢概述

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)勢也在實(shí)際的使用過程中凸顯。根據(jù)國家環(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，能夠滿足國內(nèi)飲用水標(biāo)準(zhǔn)要求及美國國家衛(wèi)生基金會（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管材對于管材的長期耐壓性能，柔韌性都具有明確的指標(biāo)要求，埋地使用過程中實(shí)際使用壽命可達(dá)100年以上。

縱觀全文比對分析內(nèi)容可以看出，PVC-U 給水管未對混配料定級提出要求，且1 h 靜液壓試驗(yàn)的環(huán)應(yīng)力要求低于長期使用壽命設(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，且目前國內(nèi)市場混亂，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??；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)，且目前國內(nèi)最大口徑已生產(chǎn)至1 200 mm，該產(chǎn)品是綜合性價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)效益和社會效益，在市政管輸水領(lǐng)域具有明顯的選取優(yōu)勢。

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、青海引大濟(jì)煌、北京大興機(jī)場、成都天府機(jī)場、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111 km。此項(xiàng)目于2018 年底施工完成，目前運(yùn)行良好，無任何泄漏問題。

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管材在美國的應(yīng)用情況

美國標(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，并涂抹潤滑劑；

（2）管材承插過程應(yīng)嚴(yán)格按照安裝指導(dǎo)線進(jìn)行安裝，避免過度承插［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，對管材的長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)合目前國內(nèi)施工現(xiàn)狀及墊層材料情況，建議參考國內(nèi)施工規(guī)范的要求進(jìn)行墊層選擇及處理；美國《管道安裝2.0》規(guī)定墊層厚度至少10 cm［11］，國內(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，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

本文對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)，且對每根管材增加了整管水壓測試要求，在產(chǎn)品質(zhì)量過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。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，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)的長期運(yùn)行。

PVC 管道作為性價比優(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)、檢測及安裝，有利于實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品長期穩(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，將無法經(jīng)受時間和客戶的考驗(yàn)，最終也會影響行業(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)形式在美國等發(fā)達(dá)國家已使用了幾十年，近幾年在我國也得到迅速發(fā)展，希望未來在我國的PVC管道生產(chǎn)領(lǐng)域得到普遍開發(fā)應(yīng)用。

我國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)識和認(rèn)可。