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【摘 要】介绍了PE给水管的优越性及在供水工程中的应用,阐述了PE给水管安装工艺的参数控制,提出了施工中易出现的质量缺陷,为进一步扩大应用提供了参考。
【关键词】 PE;管材;管道连接;热熔操作技术
PE管道是以高密度或中密度的聚乙烯原料生产的管道输配水系统,是城市供水管材的新产品，已成为管道领域“以塑代钢”的首选管材,它克服了镀锌管、铸铁管易锈蚀、结垢、滋生细菌、寿命短的缺点。实践证明以PE为原材料的管材,质量可靠、运行安全、维护方便、费用经济、特别是PE给水管热熔工艺更适合管道的直埋、暗埋,有效地解决了接头渗漏的难题。
1.PE给水管道的优越性
（1）耐腐蚀、不结垢:PE给水管材是一种具有非极性结构的高分子材料,具有较好的耐化学性。对水中和土地中的所有离子和建筑物内的化学物质均不起化学作用,具有抗酸碱腐蚀能力、不生锈、不结垢、耐老化、不滋生微生物、不产生异味。絮凝物使水质变色,符合卫生规定,是饮用水输送的理想管材。
（2）质量轻:质量仅为钢材的1/10,可大大减轻工人的施工强度,降低了机械的吊装费用。缩短了工期,提高了功效。
（3）管件连接牢固,由于聚乙烯具有良好的热熔性,能保证接口材质结构与管体本身的同一性,实现了接头与管材的一体化,熔接接头泄露率比金属管道显著降低。
（4）管内流体阻力小,管段内壁平滑,沿程摩阻力比金属管道小,管件连接不缩径,局部阻力系数比钢管小。
（5）使用寿命长易回收利用,镀锌管的使用寿命一般为10年～15年,实际使用时间往往更短，而PE管使用寿命可达50年。它易回收利用,不产生对环境有影响的物质,技术成熟且不断发展。
（6）对地基的变化有较强的适应性。PE 管材是一种高韧性管材,其断裂伸长率一般超过50%,对管基不均匀沉降的适应能力非常强,对地基沉降和端部荷载具有有效的抵抗能力。
2.PE给水管在供水工程中的应用
2.1 PE给水管道的施工
2.1.1沟槽断面
在断面选择中,考虑以下几个因素的影响:管道的直径、埋设深度、土壤类别、地下水情况、施工季节、沟槽是否用支撑、土方的运输、排水方法，基于以上8个方面因素的考虑,结合亳州市区内的工程地质情况,地下水位较低,在多年的施工中,对于DN300以下的管道在城区内施工几乎未遇到地下水,亳州市的冻土层约为0.5m,所以采用的是直壁与放坡相结合的断面形式,沟槽放坡按给水排水管道工程施工及验收规范执行。
2.1.2基础处理
开挖中若基础为未扰动槽底原状土,可直接铺设管道,对于一般土质,主要采用铺砂垫层,厚度为200mm,管道在铺砂垫层前,应先夯实平整,其密度不应低于90%。对于流砂、淤泥层硬土层等,采用换土、打桩等措施,确保工程质量。
2.1.3 PE管材、管件之间的连接
PE管材、管件之间的连接一般有热熔连接、电熔连接及机械连接,供水改造工程的3家公司全部采用热熔连接。热熔连接又分为热熔承插连接和热熔对接连接,DN65管道以下(包括DN65)采用热熔承插连接,DN100以上采用热熔对接连接。热熔连接要采用相应的专用连接工具,连接时严禁明火。要校直两对立的待连接件,使其在同一轴线上。
a.热熔承插连接方法:将匹配的内表面和外表面同时加热到粘流态,拆去加热工具,将外表面插入内表面形成承插搭接。其连接的界面是柱状面。热熔对接连接关键是要把熔接过程中柱状熔融界面的温度、时间和接缝压力三个参数调到最佳,把熔融界面材料的特性、柱状界面几何尺寸自身的匹配及界面和加热工具的匹配性、环境温度等因素同时考虑。这种操作大多为手工操作,因此人为因素是焊接质量的一个重要影响因素。
b.热熔对接连接方法:将两相同的连接界面用加热板加热到粘流状态后,移开热板,再给连接面施加一定的压力,并在此压力状态下冷却固化,形成牢固的连接,其连接界面是平面。热熔对接连接的关键是要在对接过程中调整好温度、时间、压力三个参数,要把连接界面材料的性能、应力状况、几何形态以及环境条件等自然因素一起考虑,才能实现可靠的熔焊。
c.不同管径之间的PE管连接采用PE 异径管件变径后,仍采用热熔连接。
2.1.4 PE管材与其他的管材、管件及阀门之间的连接
城市的配水主管道的施工管段水压试验及冲洗消毒合格后,要与用户管、已建管道等其他材质的管材、阀门进行过渡连接,尤其是对更新改造的主干管更是存在着与其他管道连接的问题。
a. dn63 以下的PE给水管与金属管道、小口径阀门的连接,可采用内(外)镶嵌金属螺纹的注塑管件进行过渡。
b. dn63以上的PE给水管与其他材质管道、阀门、伸缩器、消火栓等金属管件的连接,采用相同型号的法兰连接进行过渡,PE 管材的过渡法兰由法兰头和钢塑法兰片组成。PE 管材与其他材质的管材、管件、阀门等的连接,其过渡管件的压力等级不得低于管材的公称压力。
2.1.5热熔连接过程中易出现的操作缺陷及预防措施
熔接强度的确定要考虑材料的性质和接头的质量,一般控制熔接温度为230℃±10℃,温度的上限受制于材料结构的变化和焊缝形状的优劣。温度过高,会出现卷边尺寸增大,聚合物熔体对工具的粘附。聚合物的热氧化会析出挥发性产物(一氧化碳、不饱和烃等) ,使接头强度降低。
热熔连接过程中易出现的质量缺陷及预防措施如下：
a.接头处或接头附近的管材上出现裂缝:由于设定的温度过高，产生管材表面碳化，相互熔接的两端材料熔体流动的速率不同。
b.熔缝出现缺口：熔接压力不足，吸热时间或冷却时间过短，管口切削不平行。
c.管端错位：由于机具夹具不同轴，管段没有架设水平，操作误差大。
d.卷边不规范：过窄是熔接压力过大，过宽是吸热时间不正确。
e.熔接不充分产生假焊：连接的管端面有污染，转换时间过长，热板温度过低。
f.角度变形：由熔接机和管材安装不当产生管端受力不均。
g.连接面出现孔洞砂眼：焊接压力不足，冷却时间不足。
h.外来杂质引起的空隙:加热板处理的不干净或加热板上有水溶剂的存在。
2.2 PE管材的水压试验
由于PE管材是一种热塑料材料,管材本身具有发生蠕变和应力松弛的特性,与传统性材料(如球铁、钢等)管道不同,水压试验过程中,PE管材发生蠕变会导致一段时间内呈连续下降趋势,试压时间较长,需要注水补压,不应认为管道漏水,故PE 管材的水压试验与GB 50268 给水排水管道工程施工及验收规范对压力管道的水压试验不同,判断水压试验的方法与标准也不同,应充分理解PE管道在压力试验期间的压力下降现象。
3.结束语
PE管材作为一种新型管材,虽然在施工中有其优点,但应注意以下问题:
（1）PE管材为塑料管材,不易储存,怕日晒,必须有封闭较好的仓库保管储存。
（2）PE管材的管道基础相对于球墨铸铁管,要求更严格。
（3）PE管材的水压试验对于初次试压时难以控制。
（4）PE管道的主管材价格相对便宜,但管件价格目前与其他管材相比,相对较高,如:电熔管件等。虽然PE管材有一定的不足,但作为一种新型管材,具有优异的材料性能、广泛的环境适应性及良好的连接、施工性能,PE给水管道会得到更广泛的应用。
【关键词】 PE;管材;管道连接;热熔操作技术
PE管道是以高密度或中密度的聚乙烯原料生产的管道输配水系统,是城市供水管材的新产品，已成为管道领域“以塑代钢”的首选管材,它克服了镀锌管、铸铁管易锈蚀、结垢、滋生细菌、寿命短的缺点。实践证明以PE为原材料的管材,质量可靠、运行安全、维护方便、费用经济、特别是PE给水管热熔工艺更适合管道的直埋、暗埋,有效地解决了接头渗漏的难题。
1.PE给水管道的优越性
（1）耐腐蚀、不结垢:PE给水管材是一种具有非极性结构的高分子材料,具有较好的耐化学性。对水中和土地中的所有离子和建筑物内的化学物质均不起化学作用,具有抗酸碱腐蚀能力、不生锈、不结垢、耐老化、不滋生微生物、不产生异味。絮凝物使水质变色,符合卫生规定,是饮用水输送的理想管材。
（2）质量轻:质量仅为钢材的1/10,可大大减轻工人的施工强度,降低了机械的吊装费用。缩短了工期,提高了功效。
（3）管件连接牢固,由于聚乙烯具有良好的热熔性,能保证接口材质结构与管体本身的同一性,实现了接头与管材的一体化,熔接接头泄露率比金属管道显著降低。
（4）管内流体阻力小,管段内壁平滑,沿程摩阻力比金属管道小,管件连接不缩径,局部阻力系数比钢管小。
（5）使用寿命长易回收利用,镀锌管的使用寿命一般为10年～15年,实际使用时间往往更短，而PE管使用寿命可达50年。它易回收利用,不产生对环境有影响的物质,技术成熟且不断发展。
（6）对地基的变化有较强的适应性。PE 管材是一种高韧性管材,其断裂伸长率一般超过50%,对管基不均匀沉降的适应能力非常强,对地基沉降和端部荷载具有有效的抵抗能力。
2.PE给水管在供水工程中的应用
2.1 PE给水管道的施工
2.1.1沟槽断面
在断面选择中,考虑以下几个因素的影响:管道的直径、埋设深度、土壤类别、地下水情况、施工季节、沟槽是否用支撑、土方的运输、排水方法，基于以上8个方面因素的考虑,结合亳州市区内的工程地质情况,地下水位较低,在多年的施工中,对于DN300以下的管道在城区内施工几乎未遇到地下水,亳州市的冻土层约为0.5m,所以采用的是直壁与放坡相结合的断面形式,沟槽放坡按给水排水管道工程施工及验收规范执行。
2.1.2基础处理
开挖中若基础为未扰动槽底原状土,可直接铺设管道,对于一般土质,主要采用铺砂垫层,厚度为200mm,管道在铺砂垫层前,应先夯实平整,其密度不应低于90%。对于流砂、淤泥层硬土层等,采用换土、打桩等措施,确保工程质量。
2.1.3 PE管材、管件之间的连接
PE管材、管件之间的连接一般有热熔连接、电熔连接及机械连接,供水改造工程的3家公司全部采用热熔连接。热熔连接又分为热熔承插连接和热熔对接连接,DN65管道以下(包括DN65)采用热熔承插连接,DN100以上采用热熔对接连接。热熔连接要采用相应的专用连接工具,连接时严禁明火。要校直两对立的待连接件,使其在同一轴线上。
a.热熔承插连接方法:将匹配的内表面和外表面同时加热到粘流态,拆去加热工具,将外表面插入内表面形成承插搭接。其连接的界面是柱状面。热熔对接连接关键是要把熔接过程中柱状熔融界面的温度、时间和接缝压力三个参数调到最佳,把熔融界面材料的特性、柱状界面几何尺寸自身的匹配及界面和加热工具的匹配性、环境温度等因素同时考虑。这种操作大多为手工操作,因此人为因素是焊接质量的一个重要影响因素。
b.热熔对接连接方法:将两相同的连接界面用加热板加热到粘流状态后,移开热板,再给连接面施加一定的压力,并在此压力状态下冷却固化,形成牢固的连接,其连接界面是平面。热熔对接连接的关键是要在对接过程中调整好温度、时间、压力三个参数,要把连接界面材料的性能、应力状况、几何形态以及环境条件等自然因素一起考虑,才能实现可靠的熔焊。
c.不同管径之间的PE管连接采用PE 异径管件变径后,仍采用热熔连接。
2.1.4 PE管材与其他的管材、管件及阀门之间的连接
城市的配水主管道的施工管段水压试验及冲洗消毒合格后,要与用户管、已建管道等其他材质的管材、阀门进行过渡连接,尤其是对更新改造的主干管更是存在着与其他管道连接的问题。
a. dn63 以下的PE给水管与金属管道、小口径阀门的连接,可采用内(外)镶嵌金属螺纹的注塑管件进行过渡。
b. dn63以上的PE给水管与其他材质管道、阀门、伸缩器、消火栓等金属管件的连接,采用相同型号的法兰连接进行过渡,PE 管材的过渡法兰由法兰头和钢塑法兰片组成。PE 管材与其他材质的管材、管件、阀门等的连接,其过渡管件的压力等级不得低于管材的公称压力。
2.1.5热熔连接过程中易出现的操作缺陷及预防措施
熔接强度的确定要考虑材料的性质和接头的质量,一般控制熔接温度为230℃±10℃,温度的上限受制于材料结构的变化和焊缝形状的优劣。温度过高,会出现卷边尺寸增大,聚合物熔体对工具的粘附。聚合物的热氧化会析出挥发性产物(一氧化碳、不饱和烃等) ,使接头强度降低。
热熔连接过程中易出现的质量缺陷及预防措施如下：
a.接头处或接头附近的管材上出现裂缝:由于设定的温度过高，产生管材表面碳化，相互熔接的两端材料熔体流动的速率不同。
b.熔缝出现缺口：熔接压力不足，吸热时间或冷却时间过短，管口切削不平行。
c.管端错位：由于机具夹具不同轴，管段没有架设水平，操作误差大。
d.卷边不规范：过窄是熔接压力过大，过宽是吸热时间不正确。
e.熔接不充分产生假焊：连接的管端面有污染，转换时间过长，热板温度过低。
f.角度变形：由熔接机和管材安装不当产生管端受力不均。
g.连接面出现孔洞砂眼：焊接压力不足，冷却时间不足。
h.外来杂质引起的空隙:加热板处理的不干净或加热板上有水溶剂的存在。
2.2 PE管材的水压试验
由于PE管材是一种热塑料材料,管材本身具有发生蠕变和应力松弛的特性,与传统性材料(如球铁、钢等)管道不同,水压试验过程中,PE管材发生蠕变会导致一段时间内呈连续下降趋势,试压时间较长,需要注水补压,不应认为管道漏水,故PE 管材的水压试验与GB 50268 给水排水管道工程施工及验收规范对压力管道的水压试验不同,判断水压试验的方法与标准也不同,应充分理解PE管道在压力试验期间的压力下降现象。
3.结束语
PE管材作为一种新型管材,虽然在施工中有其优点,但应注意以下问题:
（1）PE管材为塑料管材,不易储存,怕日晒,必须有封闭较好的仓库保管储存。
（2）PE管材的管道基础相对于球墨铸铁管,要求更严格。
（3）PE管材的水压试验对于初次试压时难以控制。
（4）PE管道的主管材价格相对便宜,但管件价格目前与其他管材相比,相对较高,如:电熔管件等。虽然PE管材有一定的不足,但作为一种新型管材,具有优异的材料性能、广泛的环境适应性及良好的连接、施工性能,PE给水管道会得到更广泛的应用。