新型绿色管材的应用和发展

■ 朱则刚 Zhu Zegang

0 引言

给水系统是指通过管道及辅助设备，按照建筑物和用户的生产、生活和消防的需要有组织的输送到用水地点的网络。铺设专用的给水管道则需要给水管材，目前老百姓居家生活用的给水管材大多采用塑胶管材，因为其相对于金属管材，不仅轻便易安装，而且耐腐蚀，密封性好。

随着科技的发展，人们生活水平的提高，“健康”和“安全”成了现代人最为关注的两大主题。饮用水的水质及水管的安全性也就自然成了人们关注的焦点之一。其中消费者常用的PVC管材由于含铅会造成饮用水的重金属超标，危害人体健康，因此国家出台了含铅PVC管材的禁用规定。 国家建设部颁发的《建设部推广应用和限制禁止使用技术》公告,涉及到水工业的技术或产品共18项，含铅PVC管材限用产品之一。目前，聚乙烯(PE)新型环保管材将逐渐成为给排水管材市场主流，《建设部推广应用和限制禁止使用技术》中建议推广使用的管材主要为聚乙烯(PE)，聚氯乙烯(UPVC)(非铅盐稳定剂)管材。这些新型环保给水排水管材是最近流行的绿色管材，不会危害人体健康，且功能上比PVC等管材更优越，性能更完善。

1 常见建筑给排水新型绿色管材

建筑给排水管道常见的三种新型管材为铝塑复合管、PEX管和铝合金UPVC管。

1.1 铝塑复合管

铝塑复合管的生产现有两种工艺：共挤复合式、分步嵌合式。共挤复合式是内外塑(含热熔胶)及铝管一次挤压成型，一般适用于口径在32mm以下的管道。分步嵌合式由挤内塑管。挤内胶—裹覆铝管—挤外胶—挤外塑管分步工艺构成，适用于口径在32mm以上的管道。铝塑复合管现行规格口径大都在100mm以下(外径)，其规格代号与其他塑料管略有不同，如规格“2025”系指管道内径20mm、管道外径25mm、管道壁厚2.5mm。铝塑复合管材成品可盘卷包装,管材与管件的连接须采用厂家提供的专用连接件。不同厂家提供的专用连接件其连接方式与原理不尽相同。铝塑复合管适用于建筑物冷热水供应系统，如前述，通用型铝塑复合管适用于冷水供应、内外交联聚乙烯铝塑复合管适用于热水供应。

1.2 PEX管

生产PEX管的主要原料是HDPE，以及引发剂、交联剂、催化剂等助剂，如有特殊要求还可以添加其它改质剂。PEX管采用世界上先进的一步法(MONSOIL法)技术制造，采用普通聚乙烯原料加入硅烷接枝料，在聚合物大分子链间形成化学共价键以取代原有的范德华力，从而形成三维交链网状结构的交联聚乙烯，其交联度可达60%～89%，使其具有优良的理化性能。生产工艺：原料预处理+助剂配制→混合→熔融接枝挤出→管材成型→交联→检验包装→成品。PEX管添加剂的作用、目的：交联剂是对其原线性分子结构起裂解作用形成接枝料，进而形成三维网状结构。抗氧剂及色粒的作用是提高PEX管的耐腐性，防止日光长期照射发生物性变化，能够抵御紫外线的长期侵蚀，从而延长其使用寿命。

PEX管的应用，始于90年代初，目前在西方发达国家，已得到广泛推广应用，是目前替代传统镀锌管的较佳产品，被誉为绿色环保管材。

1.3 铝合金UPVC复合管

铝合金UPVC复合排水管，使用寿命长、经济适用、连接方便可靠，克服了普通UPVC排水管的致命缺点，使其具有其它排水管材不可替代的优点。推广应用时机已成熟，工程应用会越来越多，前景看好。

目前，我国建筑排水管道工程应用压力排水管较多是选用镀锌衬塑管。近些年，随着全国十几个大中城市和地区建设部门发布通知禁止给排水管道采用镀锌管和铸铁管，在相关政策下，镀锌钢管、铸铁管由于能耗高，污染大，价格高将逐渐退出历史舞台。塑料管、复合管成了管道系统的常用管材，特别是排水管材，UPVC几乎是唯一选材，占我国塑料管行业产量的50%左右，是我国应用最为广泛，技术成熟，用户最熟悉的塑料管材。几种材质新型管材的使用潮流在全国范围内迅速铺开。竞争的焦点主要集中在三种管材上，即UPVC管、铝塑复合管和PEX管。这三种管材在国内市场上均获得较为广泛的应用，市场占有率较高。

纵观目前建筑用排水管及雨水管的应用，选用传统的黑色铸铁管，影响整体外观美感，显然，建筑用排水管及雨水管已经严重滞后需求。同时，铸铁管在维护及耐用性方面，不同程度上存在许多方面的不足，不能满足现代建筑的要求。因此，拥有知识产权的新型绿色给水管材产品的推出，填补了国内外排水管系列品种的空白，在排水管应用中将是最好的选择。

2 新型绿色管材的性能特点

2.1 铝塑复合管

铝塑复合管是近几年在给水领域较广泛采用的一种新型管材，在复合管材大家族中具有一定的代表性。其优点为：铝塑复合管管材损耗小，盘管易运输、任意剪裁。价格较低、卫生耐腐、可弯曲敷设。但在大量使用的近几年，在许多重大工程上连续出现因采用铝塑复合管而造成的管材爆裂、接口漏水等质量事故。致使有些地区已经明文禁止继续采用该管材，国家建设部也有意对铝塑复合管应用方式进行整顿。

铝塑复合管存在的主要问题是：塑铝管里面是交联聚乙稀，外面是铝皮，不过，不管是铝塑复合管还是塑铝管，都存在着两种材料膨胀系数不一样的问题。此外，结合方式也决定了如果管道弯曲半径过小，会造成两种材料结合层脱离的现象，将大大影响使用效果和安全系数。

铝塑复合管内层铝合金的焊接，无法实施惰性气体保护，而存在中间层铝合金焊接有氧化物而不到位的问题，无法确保该管材的抗压强度，出现爆裂和渗漏等质量问题也就成了必然。铝塑复合管由于本身材料性能的限制，无法解决大口径管材的连接问题，影响了该管材的进一步推广使用。铝塑管无法分类回收，不符合环保要求。由于其连接方便、管材可远距离敷设无需接头等特点，目前在临时性建筑及家庭装修中仍有使用。

2.2 PEX管

PEX管的应用领域主要是室内给水管、热水管、纯净水输送管；食品工业中液体食品输送管道；水暖供热系统、中央空调管道系统、地面辐射采暖系统、太阳能热水器系统等。

PEX管的性能和特点：PEX管与镀锌钢管的性能比较见表1。

2.3 铝合金UPVC复合管

铝合金UPVC复合排水管既有传统UPVC排水管的优点，又克服了UPVC排水管的致命缺点，给建筑排水管道注入了一股新鲜空气。工程实践证明，它是排水管系统综合性能最好的、新型、节能和环保型的管材之一，也是一种竞争力很强的排水管材。UPVC排水管的质量轻，搬运装卸便利；耐化学药品性优良；流体阻力小；施工简易；节约能源，保护环境。

但UPVC排水管也有缺点：UPVC排水管容易老化,特别是室外受紫外线强光的照射,导致塑料变脆、老化，使用寿命大大降低,仅为10年左右；UPVC排水管承压能力不足0.4MPa；建筑防火问题,阻燃性差；耐热性差,软化温度低,低温性能差；排水噪声大：由于UPVC排水管内壁较为光滑，水流不易形成水膜沿管壁流动,在管道中呈混乱状态撞击管壁；抗机械冲击性差,膨胀系数大。

铝合金UPVC复合排水管是在UPVC排水管的基础上，进行包覆铝带。其结构为三层管，内层为UPVC塑料管材，中间为铝合金管，外层为表面特殊防腐涂层。

铝合金UPVC复合排水管外层为特殊防腐材料。其特点是：附着力强，达到国家1级。耐磨性好，经检测，洗刷10 000次涂层无破损、不露铝层。耐水性好，长期浸水不起泡、不掉粉。超强耐候性，无论在炎热的阳光下或严寒的风雪中都无损于其漂亮的外观。可达50年不褪色，极易保养，只需用中性的清洗剂和清水即可，清洗后永久如新，且色彩多样化。

由于铝合金UPVC塑料排水管的外层包覆了一层铝合金金属层。使管材表面具有金属抗冲击、刚性等特性，在我国的北方地区，由于冬天气候较冷，普通的UPVC管极易发脆，轻轻地磕碰就会破裂。因此，与UPVC塑料管相比，特别是在低温状态下其耐冲击力、管材的刚性等物理特性都优于UPVC塑料管，在户外明装、公共建筑、市政工程管道上应用具有明显的优势。

铝合金UPVC复合排水管的技术性能特点：将铝合金包覆UPVC塑料管并进行表面处理，形成了独特的既保持了UPVC排水管的优点，又克服了UPVC排水管的致命缺陷的特别属性,具有抗紫外线、使用寿命长、耐冲击、耐腐蚀、防火、外观色彩多样化等物理性能。

目前，建筑上使用最多的是UPVC排水管，其最大的缺点是管材长期在紫外线的照射下易老化，管材的各项物理性能指标下降，管材发脆、表面发黄褪色、使用寿命大大缩短。为了解决此问题，现在工程应用中一般采用在UPVC管材表面刷涂油漆或砌砖墙将UPVC隔离。直接在UPVC管材表面上刷涂油漆，其附着力极差，一般在应用1年左右，表面就开始脱落、龟裂。采用砌砖墙的方法会减少有效使用面积,增加建筑物承重、维修困难、增加成本等诸多的缺陷。而铝合金UPVC复合排水管则彻底克服了这一缺点。外层特殊防腐材料和中间层的铝合金形成双层的保护层,有效地阻隔紫外线,形成一道紫外线保护屏障,防止了紫外线强光直接对塑料内管的照射，阻止了塑料内管的老化，提高了内管的使用寿命。同时特殊防腐材料及铝合金管本身也具有抗老化的能力,使得本复合管材使用寿命真正达到50年。管材可直接用于户外及明装排水、雨水管道。

由于铝合金UPVC塑料排水管的外层包覆了一层铝合金金属层。使管材表面具有金属抗冲击、刚性等特性，在我国的北方地区，由于冬天气候较冷，普通的UPVC管极易发脆，轻轻地磕碰就会破裂。因此，与UPVC塑料管相比，特别是在低温状态下其耐冲击力、管材的刚性等物理特性都优于UPVC塑料管，在户外明装、公共建筑、市政工程管道上应用具有明显的优势。

铝合金UPVC复合排水管的连接采用传统成熟可靠的UPVC黏接技术。因此，其内层具有同等于UPVC的防腐和耐化学药品的性能。而管材的外表面采用附着力达到国家1级，耐磨性经10 000次洗刷不破损、不露层、不起泡，超强耐候性的特殊防腐材料。因此，其外表面的耐腐蚀性能好。

由于铝合金UPVC复合排水管外层包覆了铝合金金属层，其熔点为 660℃。它的防火性和阻燃性强，是一种安全的建筑材料，克服了UPVC管在建筑排水管道应用中的防火安全问题。是现代建筑户内、地下车库、外排水、雨水管道的理想选择。

在铝合金表面可涂覆附着力极强的特殊防腐材料。涂层的颜色可以根据建筑外观的色调调配,满足中高档建筑的个性化需求,配合建筑物个墙颜色搭配,获得最佳的美观效果。涂层的耐候性高于建筑外墙涂层。简单轻松地用通用的裁纸刀沿着铝合金UPVC复合排水管圆周剥掉需承插粘接的铝合金部分后,就可以用传统的UPVC连接方式一样操作了。连接方式成熟、施工简便、实用、可靠。根据内管的结构,铝合金UPVC复合排水管的品种有：铝合金UPVC复合排水管、铝合金UPVC复合雨水管、铝合金UPVC中空发泡复合排水管、铝合金UPVC螺旋复合排水管、铝合金UPVC压力复合排水管,能完全符合市场对系列排水管的要求,能完全满足现代建筑发展的需求。

管道系统的经济性决非是单一的管材、管件的单价。而是有许多的施工、安装、维护、管理、管道系统的使用寿命等综合因素构成。主要体现在长寿命的建筑物中其寿命同期成本效益和适用范围上。从上述有关铝合金UPVC复合排水管的技术特性中得知，其经济适用性明显地优于UPVC排水管和铸铁管。

表1 PEX管与镀锌钢管的性能比较

2.4 三种管材的性能异同点

从性能上分析，三种管材除具有不锈蚀、不结垢、不滋生细菌和安装简便等共性外，还有一些区别：PEX管使用温度为-70～110℃，UPVC管使用温度为5～45℃，铝塑复合管使用温度为-40～85℃；UPVC管由于采用胶水黏接，防振性能略逊色于铝塑复合管和PEX管；UPVC管和铝塑复合管使用寿命约20～30年，PEX管约50年；由于PEX管其网络分子结构，即使处于高温下也能输送多种化学物质，而不被腐蚀；当PEX管被加热到适当温度(小于180℃)会变成透明状，再冷却时会恢复到原来的形状，即在使用过程中任何错误的弯曲都可以通过热风枪加以矫正，使用起来更加自如；水中碳酸氢钙及镁离子的存在易形成沉淀物，慢慢使管道堵塞，而PEX管具有较低的表面张力以致使高表面张力的水不会被浸润管壁，从而防止管内水垢的形成；经过诸多充分论证和化验，PEX管是无污染环境的绿色管材，不含任何毒素，也不释放有害物质，焚烧后只产生水和二氧化碳。而UPVC管在生产过程中加入重金属添加剂，同时本身残存的单位氯乙烯在使用时一起进入输送的介质中，易造成介质污染；铝塑复合管由于中间为铝层，因铝和塑料的膨胀系数不一样，易发生龟裂现象，属不可降解物质，其垃圾易造成环境污染。因此，PEX管作为绿色环保管材更为名副其实。

3 新型绿色管材的管道布置和敷设要点

首先应根据建筑物的结构及工艺布置要求确定配管位置和走向。管道宜在吊顶、管窿、管井内暗设或嵌墙敷设。管道敷设在地坪架空、地坪整浇层内时，宜设护硬聚氯乙稀波纹管。

管槽开挖以直线为宜，槽底开挖宽度为DN+0.30m。遇到管道在地下连接时，应适当增加接口处槽底宽度，管道槽底宽度不宜小于DN+0.50m，以方便安装对接为宜。

管道埋设时最小管顶覆土深度应符合下列要求：埋设在车行道下时，不应小于0.80m；埋设在人行道下时，不应小于0.60m。当横穿车行道达不到设计深度时，应采取敷设钢制套管的措施进行保护。管槽必须转弯时，转弯角度不宜过大；人工开挖管槽时，要求沟槽底部平整、密实，无尖锐物体。沟底可以有起伏，但必须平滑地支撑管材，若有超挖时，必须回填夯实。

PE给水管道连接有热熔连接和电熔连接。热熔连接又分热熔承插连接和热熔对接连接，电熔连接分为电熔承插连接和电熔鞍型连接。采用热熔对接连接方式施工的主要步骤有：将管道或管件置于平坦位置，放于对接机上，留足10～20mm的切削余量；根据所焊制的管材、管件选择合适的卡瓦夹具，夹紧管材，为切削做好准备；切削所焊管段、管件端面杂质和氧化层，保证两对接端面平整、光洁、无杂质；两焊管段端面要完全对中，错边越小越好，错边不能超过壁厚的10%。否则，将影响对接质量；对接温度一般在210～230℃之间为宜，加热板加热时间冬夏有别，以两端面熔融长度为1～2mm为佳；将加热板拿开，迅速让两热融端面相黏并加压，为保证熔融对接质量，切换周期越短越好；熔融对接是焊接的关键，对接过程应始终处于熔融压力下进行，卷边宽度以2～4mm为宜。保持对接压力不变，让接口缓慢冷却，冷却时间长短以手摸卷边生硬，感觉不到热为准。对接完成冷却好后松开卡瓦，移开对接机，重新准备下一接口连接。

安装前检验管槽是否达到安装要求，然后查看管道外观有无明显凹陷、裂痕、擦伤、划伤，发现质量隐患及时更换。在管道弯头、三通、渐缩接头、消防栓等处均用C20混凝土设置支礅，法兰阀门用砖砌支礅加固。PE给水管与金属管道、阀门、消防栓连接时，必须采用钢塑过渡接头或专门的法兰连接。在管路隆起部位或上坡地段均应设置排气阀，以减小气、水混压对管道的冲击。管道与排气阀的比例设计为1:8。由于PE管材本身具有较好的柔韧性和伸缩性，所有管道安装均未考虑伸缩节的安装。管道安装敷设完毕，待隐蔽工程验收后，应立即回填，回填时应符合下列规定：防止槽内积水造成管道漂浮，如有积水，应想办法排尽。对石方、土石混合地段的管槽回填时，应先装运黏土或砂土回填至管顶200～300mm，夯实后再回填其它杂土。回填必须从管两侧同时回填，回填一层夯实一层。管道试压前，一般情况下回填土不宜少于500mm。管道试压后的大面积回填，宜在管道内充满水的情况下进行，管道敷设后不宜长时间处于空管状态。

管道穿越楼板屋面，在穿越部位应设固定支承点，且应有严格防水措施，穿越墙、梁、柱时应设套管。管道不宜穿越建筑物沉降缝、伸缩缝，当不得不穿越时，在穿越部位应设置防沉降和伸缩措施。室外管道穿越基础地下室混凝土墙板时，宜采取防沉降措施。管道穿越水池水箱，其进出水管至阀门间管段应采用耐腐蚀金属管材。

室外明敷给水管道，应按国家给水管道防冻、保温工程技术规程采取保温措施。热水管敷设在吊顶管井、管窿内及明管段，应采取保温措施。管道与热源距离一般不小于1m，室内明设管道距离家用灶具不得小于0.4m。分水器应配置分水器箱，其中心离地面高度宜为冷水管0.3m，热水管0.45m。分水器材质应用耐腐蚀材料，进水及出水管口端部应安装铜质阀门。

管道安装前，应对材料外观质量和管件的配合公差进行仔细检查，受污染的管材、管件内污垢应彻底清理干净。小口径管道安装时应利用管道可弯曲性能，尽量不设或少设管道连接件。

管道穿越楼板、屋面混凝土墙板、水池池壁时，应按设计要求配合土建预留孔洞、预埋套管或管件。预留孔径宜大于管外径70mm，预埋套管的内径不宜大于管外径50mm。管道穿越屋面楼板部位，应严格做好防渗漏措施。嵌墙敷设管道在确定部位应配合土建预留或开凿管槽，槽壁与管外壁间距不应小于10mm，槽深不得小于管道外壁与毛墙面间距5mm，槽口应整齐平整。

管道安装完毕，应进行水压试验，试验压力为管道系统工作压力的1.5倍，但不得小于0.60MPa，对系统加压应缓缓升压，升至规定压力后，稳压1h，然后观察接点部位是否有漏水现象，15min内压力降不超过0.5MPa为合格。

4 行业存在的问题与对策

4.1 存在的问题

虽然新型绿色管材受到了管道工程界的青睐，但在应用过程中也存在以下问题：

(1)原料品种少、质量不稳定、价格波动大、缺少专用料，产品质量得不到保证。国外塑料管材生产原料分类较为详细，品种较多，可适应不同场合需要制成各种专用料，极大方便了塑料管企业生产，有效地保证了产品质量，而我国原料牌号少，质量一般，无专用料可言，许多原材料还需从国外进口。在原料价格方面，普通型原料价格基本适宜，并且与国外价格基本相当，专用料及要求较高的原料，普遍价格偏高，尤其是一些辅料和助剂价格更高，致使许多要求较高的原料需要从国外进口。这是不利于国民经济全面增长的发展方针的。

(2)产品结构、生产规模不合理，生产设备、产品质量总体较差。塑料管材产品结构不合理，突出反映在规格系列不全，管材管件配套不完善。管材与管件生产不配套是我国塑料管推广应用中的瓶颈问题，一直未能得到很好地解决。目前我国塑料管生产企业数量较多，但企业规模普遍较小。企业生产效率低，内部消耗大，经济效益差，造成自身发展的能力弱，生产成本高，产品的价格也居高不下，严重影响了塑料管材的推广应用。塑料管产品质量参差不齐，有相当一部分企业的产品质量不稳定。

(3)管理混乱，标准、规范、图集、定额等严重滞后，配套性很差，适应不了发展需要且缺少实践检验。许多产品标准、质量检验标准、安装规程严重滞后，甚至根本没有，导致目前产品规格、质量较为混乱的局面。塑料管产品标准，设计、施工规范、标准图以及概预算定额等严重不配套。有很多种塑料管生产和检测只得参考国外标准执行。

宏观调控不力，市场机制不规范，缺少相关扶持性政策。各地区无规划地滥上，规模太小，生产设备、工艺、管理太落后，致使竞争激烈，产品质量差，总体水平低。尤其是有些劣质产品已成为自身品种发展的阻力。

4.2 对策

解决行业存在的问题，应采取以下相应措施促进管材工业健康有序地发展。

(1)重视原材料的生产、研发。原材料及辅助材料(包括各种助剂、稳定剂、粘接剂等)应根据各种塑料管材加工性能的要求，开发专用料，以保障制品的加工性能和质量。生产品种多、品牌强、专业性强、价格稳定的原材料，以促进国民经济全方位的增长。

(2)调整产品结构，加强新产品研发。各地行政主管部门和有关部门应根据自身的实际情况，从产品结构上进行调整，深入对各种管材的调查研究，引导、开发及应用相适应的优质管材。严格项目审批手续，限制和淘汰技术落后、能耗大的产品，鼓励和扶持塑料管材的发展。

(3)建立和完善企业质保体系和售后服务承诺，为工程建设提供优质管材、管件；各地有关部门要加强塑料管材质量监督与检查，结合当地实际情况建立产品推广认定制度。以质量求生存、求发展，加强质量监控与检测。对产品的质量控制，一是生产厂家的产品质量控制，二是对销售过程的管理控制。对生产厂家的产品质量控制，除了对产品进行定期不定期的检验外，重点还要对厂家的质量管理体系是否完善，进行定期不定期的检查。

(4)大力加强塑料管材的科普教育工作,提高人们对塑料管材的认识,促进塑料管材的普及和应用;积极开展塑料管道工程应用试点示范工作,及时总结经验，充分发挥示范的作用，加速塑料管材的推广应用；组织塑料管材设计、施工安装技术培训和岗前培训，实行持证上岗。

(5)制定、完善相关标准规范与技术经济政策。各方合作尽快制定、完善各类产品生产、安装、验收、检测技术标准和定额；应用新产品、新技术的经济优惠和扶持政策；对研发塑料管材的相关企业、机构进行政策倾斜、经济优惠。建立有利于振兴民族经济所需要的技术经济政策。

行业要更好地发展，必须加强产品研发、创新，在更大的应用范围上替代金属和其它高能耗管道；制造企业从单纯的价格竞争，提升到价值的竞争、品牌竞争，向用户提供性价比更好的产品；在质量监管上，通过强有力行业监测，加强对低端质量产品的限制，确保用户使用优质产品；行业管理部门要进一步加强“以塑代钢”政策宣传，推广新产品、新技术、新工艺，使整个行业健康、快速地发展。

5 结语

目前国内工程建筑的飞速发展，各种管材的相应出现，让人眼花缭乱。我国新型绿色管材发展迅速,优势突现，新型管材技术成熟、可靠、施工方便、性价比高。人们也越来越了解和逐步接受各种新型绿色管材。随着国民经济提高，特别是沿海开发地区和经济发达地区，高档住宅、高档宾馆的建设势头不减,新型绿色管材市场潜力巨大,推广应用时机已成熟。随着技术的发展，生产工艺的更新，新型绿色管材的成本降低，将会有更多的用户接受，使用会越来越广泛，推广应用前景十分看好。随着人们生活水平的不断提高，新型绿色管材的需求量必将越来越大，新型绿色管材具有金属管材无法比拟的优越性，但是任何事物不可能十全十美，比如在某些工业项目中,使用PEX管道输送纯化水，存在管道架空跨度小、支承点多等缺点。因此，在设计过程中应正确使用PEX管，更好地为社会服务，造福人类。并同时呼吁国家尽快出台有关管材的设计、施工、验收等国家规范，加速推广我国新型绿色建筑管材的应用。